1、注水井調(diào)剖用網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的研制Study of Stereonet Interpenetrating Gel forProfile in Injection Wells 嚴(yán)永剛1 孫華慧2、周亞清3 任紅影4胡之力11、東新石油工程技術(shù)有限公司 2、中國(guó)石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司扶余采油廠3、吉林油田分公司職業(yè)培訓(xùn)中心4、吉林油田分公司采油工藝研究院Yonggang Yan1 Huahui Sun2、 Yaqing Zhou3 Hongying Ren 4 Zhili Hu11.Antonoil Dongxin Petroleum Engineering Technology Co.

2、Ltd 2.Fuyu Extraction Factory,Jilin Branch Company of Petroligenic Natural Gas Corporation 3.Vocational Education Center of Jilin Branch Company 4. Oil Recovery Technology Institute of Jilin Branch Company摘要：為滿足注水井調(diào)剖的需要，研制了網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠，考察了鈉基膨潤(rùn)土粒徑、種類、加量等對(duì)成膠時(shí)間和成膠強(qiáng)度的影響，得出網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠最佳用量：部分水解聚丙烯酰胺（HPAM） 3g/L;有機(jī)鉻交聯(lián)

3、劑3g/L;325目鈉基膨潤(rùn)土1020g/L; 在3290時(shí)均可成膠，凝膠強(qiáng)度大。在扶余采油廠二個(gè)區(qū)塊的注水井調(diào)剖取得了較好的效果Abstract : To meet demand of Profile in Injection Wells,we developed stereonet interpenetrating gel . We get the optimum dosage of the gel by investing the effect of Particle size, species and the amount of Sodium base bentonite on Gel

4、ling time and Gelling strength . PAM partly hydrolysis（HPAM） 3g/L; Organic chromium crosslinking agent 3g/L; Sodium base bentonite 325 orders 1020g/L;It can gel at temperature 3290,with high intensity.We have achieved good results in two block of FuyuExtraction Factory .關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠、鈉基膨潤(rùn)土、HPAM、有機(jī)鉻交聯(lián)劑、

5、凝膠強(qiáng)度。KEYWORD：Stereonet Interpenetrating Gel、Sodium Base Bentonite、HPAM、Organic Chromium Crosslinking Agent、Gelling Strength前言我國(guó)油田多為注水開(kāi)發(fā)油田，大部分已進(jìn)入高含水階段。隨著開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，由于地層的非均質(zhì)性，注入水在地層無(wú)效循環(huán)越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致注水開(kāi)發(fā)效率大大降低。為提高注水開(kāi)發(fā)效果，達(dá)到控水穩(wěn)油的作用。注水井調(diào)剖成為多數(shù)油田的主要控水穩(wěn)油增產(chǎn)措施之一。隨著人們對(duì)調(diào)剖效果認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，為達(dá)到深部調(diào)剖的目的，要保證調(diào)剖劑注得進(jìn)去，送至油藏深部并具有經(jīng)濟(jì)有效性。部分水解

6、聚丙烯酰胺（HPAM）凝膠體系是深部調(diào)剖的主要用劑之一。為此，在保證凝膠的足夠強(qiáng)度又不會(huì)大大增加調(diào)剖劑成本的條件下。在HPAM凝膠加入膨潤(rùn)土，形成了網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。增大了凝膠強(qiáng)度，提高了調(diào)剖效果。在吉林油田經(jīng)過(guò)調(diào)剖試驗(yàn)，取得了較好的效果。1、網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠作用機(jī)理作者簡(jiǎn)介：作者：嚴(yán)永剛 1983年生，2007年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)油藏工程專業(yè)，獲雙學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系電話：0438.郵箱：dongainshiyou 163.com1.1 膨潤(rùn)土的基本性質(zhì) 膨潤(rùn)土多為層狀黏土礦物?？稍谒兴稚ⅰＣ總€(gè)晶格單元存在可交換陽(yáng)離子，可以是Ca2+、Na+離子等。鈉基膨潤(rùn)土的可交換陽(yáng)離子為Na+離子，所以稱之為鈉基膨

7、潤(rùn)土。是以蒙脫石為主的含水粘土礦物,公認(rèn)分子式為:Nax(H2O)4 (AI2-xMg0.83) Si4O10) (OH)2,鈉基膨潤(rùn)土水化性能好，吸水性好，吸水后膨脹倍數(shù)為410倍。充分水化后，可分散成106m以下的微粒。1.2 HPAM的成膠過(guò)程 眾所周知，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）為水溶性高分子，分子鏈存在親水基團(tuán)，CONH2、COO等。在水中溶解形成線性高分子。HPAM為聚電解質(zhì)，分子鏈上存在相同負(fù)電荷，相同電荷具有斥力，使HPAM在水中分子鏈?zhǔn)嬲?，增大了分子間作用力，為此具有較好的增黏性。同時(shí)HPAM分子鏈上具有可交聯(lián)基團(tuán)，即CONH2、COO等。目前，有機(jī)鉻交聯(lián)劑是較常用的交聯(lián)

8、劑，通過(guò)Cr3+在水中形成多核羥橋絡(luò)離子，與HPAM中的羧基發(fā)生交聯(lián)作用。由原來(lái)的線形結(jié)構(gòu)變成空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。即成為不再溶于水的凝膠。1.3 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的形成單獨(dú)用HPAM與交聯(lián)劑形成凝膠，由于成本的原因，強(qiáng)度不理想，如增大強(qiáng)度，則要增加HPAM的濃度。增加了調(diào)剖成本。向HPAM體系中加入鈉基膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土在水中水化，形成微小顆粒，可進(jìn)入HPAM凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，填充了網(wǎng)絡(luò)空間，形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)。使凝膠成為網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠，大大增加了凝膠強(qiáng)度。2 實(shí)驗(yàn)部分21 藥品 部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），產(chǎn)地：南昌市聚晟實(shí)業(yè)有限公司化工，相對(duì)分子質(zhì)量1.75107；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），

9、產(chǎn)地：中石油大慶煉化有限公司，相對(duì)分子質(zhì)量1.8107；有機(jī)鉻交聯(lián)劑（自制），有效鉻含量：3.5%。鈉基膨潤(rùn)土（簡(jiǎn)稱鈉基土），產(chǎn)地：吉林省公主嶺劉房子。細(xì)度：200目、325目；產(chǎn)地：吉林省磐石市龍宇實(shí)業(yè)有限公司，細(xì)度：200目、325目；鈣基膨潤(rùn)土（簡(jiǎn)稱鈣基土），產(chǎn)地：吉林省磐石市龍宇實(shí)業(yè)有限公司，細(xì)度：200目、325目。2.2 實(shí)驗(yàn)方法配制方法為：配制3g/L HPAM溶液，充分水化后，加入3g/L有機(jī)鉻交聯(lián)劑，加入60恒溫水浴中，觀察其成膠情況，評(píng)價(jià)成膠強(qiáng)度；另配以上溶液，分別加入不同濃度的預(yù)水化的膨潤(rùn)土；按上述方法觀察成膠后情況。2.3 凝膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法 參照Sydansk等的成膠強(qiáng)

10、度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)凝膠性能（代碼法），制訂了凝膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法：A與水黏度相近，B高度流動(dòng)凝膠，C易流動(dòng)凝膠，D中等流動(dòng)凝膠，E難流動(dòng)凝膠，F(xiàn)高度變形不流動(dòng)凝膠，G中等變形不流動(dòng)凝膠，H輕微變形不流動(dòng)凝膠；I剛性凝膠。3 結(jié)果與討論3.1 HPAM有機(jī)鉻凝膠的強(qiáng)度 經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果得出，當(dāng)3g/L HPAM溶液，加入3g/L的有機(jī)鉻交聯(lián)劑，在60水浴中，6小時(shí)后初凝。12小時(shí)后，完全成膠，凝膠強(qiáng)度不再變化。根據(jù)凝膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法，其凝膠強(qiáng)度為D級(jí)。是不同濃度HPAM溶液和有機(jī)鉻交聯(lián)劑最佳配液濃度。HPAM超過(guò)此濃度，凝膠強(qiáng)度雖略有增加，但是增大了凝膠成本，低于此濃度，強(qiáng)度差。有機(jī)鉻濃度低于3g/L，凝膠

11、強(qiáng)度差，高于此強(qiáng)度，放置時(shí)間長(zhǎng)后易破膠。以下試驗(yàn)HPAM溶液和有機(jī)鉻交聯(lián)劑配液濃度均取該值，做為試驗(yàn)基礎(chǔ)凝膠。3.2 膨潤(rùn)土的類型、粒徑對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響分別取200目、325目粒徑的鈉基膨潤(rùn)土、鈣基膨潤(rùn)土，將其預(yù)水化，分別按5g/L加已充分溶解的3g/L HPAM溶液中，再加入3g/L的有機(jī)鉻交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢韬?，放?0水浴中，成膠強(qiáng)度發(fā)生變化。見(jiàn)下表表1 不同粒徑鈉基膨潤(rùn)土對(duì)成膠時(shí)間的影響Table 1 The effect of different Sodium base bentonite in size on gelling time樣品號(hào) 膨潤(rùn)土粒徑， 膨潤(rùn)土種類 產(chǎn)地 現(xiàn)象 凝膠強(qiáng)

12、度 目1# 200 * 劉房子 分層 E2# 200 * 磐石 分層 E3# 200 * 磐石 嚴(yán)重分層 介于D、E之間4# 325 劉房子 不分層，出現(xiàn)絮狀凝膠 F5# 325 磐石 均勻分散 G6# 325 磐石 分層 E* 、 鈉基土； 鈣基土32.1 膨潤(rùn)土粒徑對(duì)網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的影響 由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)凝膠體系中加入200目鈉基膨潤(rùn)土?xí)r，成膠后，凝膠出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，1#、2#樣在凝膠中一半體積為淡藍(lán)色聚丙烯酰胺凝膠，下部為與膨潤(rùn)土混合一起的凝膠，顏色與鈉基土顏色相同。由于粒徑大，在沒(méi)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)互穿的時(shí)候，即發(fā)生沉降。3#鈣基土凝膠中1/4處以上為淡藍(lán)色聚丙烯酰胺凝膠，下部1/4與膨

13、潤(rùn)土混合一起的凝膠，顏色與土顏色相同。可見(jiàn)，鈣基土由于水化不好，與聚丙烯酰胺凝膠配伍性差。雖然出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，凝膠強(qiáng)度仍有所增加。加鈣基土，凝膠強(qiáng)度略有上升。當(dāng)體系中加入325目不同類型膨潤(rùn)土?xí)r，鈉基土凝膠不分層，但是劉房子鈉基土放置48h后，凝膠呈絮狀，分散不均勻。而磐石鈉基土，呈均勻分散狀態(tài)，完全成為一體，說(shuō)明已水化分散的鈉基土顆粒進(jìn)入聚丙烯酰胺凝膠網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)。鈣基土仍出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分層部位在1/2處。好于200目鈣基土。可見(jiàn)325目鈉基土在凝膠中配伍性能好，可達(dá)到網(wǎng)絡(luò)互穿的作用。3.2.2 不同類型膨潤(rùn)土對(duì)網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的影響 不同類型膨潤(rùn)土均與聚丙烯酰胺可形成凝膠，并可增加凝

14、膠強(qiáng)度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，磐石鈉基土效果最好，在聚丙烯酰胺凝膠中分散均勻，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)互穿的效果，凝膠強(qiáng)度由D級(jí)，上升至G級(jí)。強(qiáng)度增加幅度大。劉房子鈉基土，凝膠強(qiáng)度有所增加，強(qiáng)度由D級(jí)上升到了F級(jí)，但是放置穩(wěn)定性差。而鈣基土，效果差，凝膠強(qiáng)度略有上升，但是分散性差。3.3 不同濃度膨潤(rùn)土對(duì)網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的影響 通過(guò)對(duì)膨潤(rùn)土的篩選，磐石產(chǎn)325目鈉基土與3g/L聚丙烯酰胺成膠效果好，通過(guò)改變鈉基土的不同加量，確定鈉基土的最佳濃度。實(shí)驗(yàn)情況見(jiàn)表2表2 不同濃度的鈉基土對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響*Table 2 The influence of Different concentrations of sodium

15、base bentonite on gelling strength樣品號(hào) 鈉基土濃度，g/L 成膠后凝膠外觀 凝膠強(qiáng)度 1 5 均勻 G 2 7 均勻 G 3 10 均勻 H 4 15 均勻 H 5 20 均勻 H 6 25 分層 F*鈉基土采用磐石325目鈉基土，HPAM濃度3g/L，有機(jī)鉻交聯(lián)劑3g/L。由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)鈉基土濃度在10 g/L時(shí)，即可達(dá)到網(wǎng)絡(luò)互穿的效果，凝膠強(qiáng)度上升較高。當(dāng)鈉基土增至20 g/L時(shí)，凝膠強(qiáng)度不變。當(dāng)濃度增至25 g/L時(shí)，出現(xiàn)分層現(xiàn)象，強(qiáng)度下降?？梢?jiàn)鈉基土最佳加量范圍在10 g/L20 g/L。 圖1 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠3.4 鈉基土對(duì)成膠時(shí)間的影響

16、 采用不同濃度鈉基土，用基液配制網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。在60下觀察其成膠時(shí)間，結(jié)果如表3表3 不同濃度的鈉基土對(duì)成膠時(shí)間的影響Table 3 The influence of Different concentrations of sodium base bentonite on gelling time樣品號(hào) 鈉基土濃度， 初凝時(shí)間 凝膠等級(jí) 完全成膠時(shí)間 凝膠等級(jí)g/L h h 1 5 8 D 14 G 2 7 9 D 16 G 3 10 12 D 20 H 4 15 13 D 20 H 5 20 15 D 26 H由以上實(shí)驗(yàn)可以看出，隨鈉基土加量增大，成膠時(shí)間增長(zhǎng)。鈉基土加量在10g/L時(shí)，初凝

17、時(shí)間為12h，完全成膠時(shí)間為20h，由此可見(jiàn)，在網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠中，當(dāng)成膠強(qiáng)度即達(dá)到最大值（10g/L）時(shí)，成膠時(shí)間可完全滿足施工要求。3.5 不同溫度對(duì)成膠時(shí)間的影響 根據(jù)吉林油田不同地層溫度，采用鈉基土加量為10g/L時(shí)的網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。我們分別做了32，90成膠試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4.表4 不同溫度的鈉基土對(duì)成膠時(shí)間的影響Table 4 The influence of Different Temperature of sodium base bentonite on gelling time樣品號(hào) 試驗(yàn)溫度， 初凝時(shí)間 凝膠等級(jí) 完全成膠時(shí)間 凝膠等級(jí) h h 1 30 16 D 26 H 2 9

18、0 6 D 15 H 可見(jiàn)，隨溫度增加，成膠時(shí)間減小。90時(shí)初凝時(shí)間6h，可滿足注入要求。3.6 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的耐溫性和穩(wěn)定性3.6.1根據(jù)吉林油田地質(zhì)條件，適于調(diào)剖區(qū)塊地層溫度多在90以下，為此將加10g/L鈉基土的網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠在95的水浴中放置15天。取出后，觀察凝膠強(qiáng)度，其強(qiáng)度仍在F級(jí)?？梢?jiàn)可適用于90以下地層的調(diào)剖。3.6.2 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的穩(wěn)定性將配制好的加入10g/L網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠，在32水浴中（該適用于吉林扶余油田），放置八個(gè)月，取出后，凝膠強(qiáng)度無(wú)變化，仍為H級(jí)。體系均勻，不分層。說(shuō)明該凝膠有較好的穩(wěn)定性。4、網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用吉林油田扶余采油廠開(kāi)發(fā)已40多年，目前該油田綜合含水已達(dá)90%。地層中無(wú)效水循環(huán)嚴(yán)重，地層存水率逐年下降。自然遞減和綜合遞減嚴(yán)重。在層中存在以裂縫和大孔道而形成的復(fù)合竄流通道和裂縫型竄流通道和高滲透大孔道。為此，注水井調(diào)剖是提高注水開(kāi)