CN102424749A - 一种高矿化度聚合物凝胶及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高矿化度聚合物凝胶制法。该高矿化度聚合物凝胶的制备方法，将部分水解聚丙烯酰胺HPAM干粉均匀分散到溶剂水中搅拌2小时，部分水解聚丙烯酰胺质量浓度为0.05%～0.50%，将交联剂有机铬与聚合物溶液混合并搅拌均匀，Cr3+质量浓度与聚合物质量浓度比为：聚:Cr3+”=180:1，溶剂水总矿化度为30g/l～180g/l，其中Ca2+和Mg2+离子浓度范围0.01%～1.00%，在油藏温度条件下或25℃～85℃条件下成胶15min～30min，然后将混合液注入地层或岩心。采用本发明制得聚合物凝胶具有黏度低、成胶速度快、流动阻力大、流动性可控和与油藏孔隙适应性强等特点，可以用于水驱开发油藏注水井吸水剖面调整，也可以作为驱油剂用于高矿化度油藏提高原油采收率，可以获得良好的技术和经济效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种调整油田注入井吸液剖面和提高水驱开发效果的助剂，是一种在高矿化度注入水或地层水条件下聚合物凝胶及其制法。背景技术
随着国内注水开发油田综合含水的不断升高,如何减少注入水在高渗透层或大孔道内低效和无效循环、扩大对中低渗透层的波及体积已成为油田开发过程中的主要技术难题。目前，油田上常用的调整注水井吸液剖面的封堵剂(简称调剖剂)主要包括Al3+、Cr3+和复合离子作为交联剂的聚合物凝胶类和固体颗粒类如黏土、油井采出污泥、粉煤灰和沸石等。
在室内条件下，依据溶剂水矿化度的不同，形成聚合物凝胶的交联反应可分为同一聚合物分子链上部分支链间（分子内）和不同聚合物分子链间（分子间）两种类型。前者具有“局部性”网状聚集态，与聚合物相比较，聚合物凝胶分子线团尺寸（Dh）即黏度变化不大（表明其与油藏孔隙结构的适应性没有受到明显影响），但分子链的柔软性即形变能力变差，进而导致其在岩石孔道内运移过程中滞留量增加，流动阻力增大，这将有助于改善非均质油藏注入井的吸液剖面，扩大波及体积，提高水驱开发效果。后者具有“区域性”网状聚集态，聚合物凝胶分子线团尺寸（Dh）明显增大，且远大于岩石孔隙喉道半径，难以进入岩石孔道，即便在外力作用下进入孔道，其分子聚集态也将遭到破坏，失去原有功能和特征。
与室内条件相比较，矿场配制和成胶过程受到油藏“复杂化学环境”、“微小和连续性差的孔隙空间环境”和“流动和剪切作用”等方面因素制约，导致油藏内聚合物分子难以实现“分子间”交联反应，这是现有聚合物凝胶矿场试验效果差的原因之一。
介于油藏岩石多孔介质内难以形成具有“区域性”聚集态的聚合物凝胶体系，而地面形成后又难以进入油藏多孔介质，即使在外力进入多孔介质，其聚集态也将遭到破坏，失去原有功能和特征。因此，采用在地面配制形成具有“局部性”聚集态的聚合物凝胶体系并注入油藏成为改善水井吸液剖面和提高水驱开发效果的有效技术路线。
发明内容
本发明目的是解决现有技术的不足，提供一种高矿化度聚合物凝胶及其制法。该聚合物凝胶体系中交联反应主要发生在同一聚合物分子链内部分支链间，形成“局部性”网状聚集态，具有黏度低、成胶速度快、流动阻力大、流动性可控和与油藏孔隙适应性强等特点，可以用于水驱开发油藏注水井吸水剖面调整，也可以作为驱油剂用于高矿化度油藏提高原油采收率，可以获得良好的技术和经济效果。
本发明所采用的技术方案内容是：该高矿化度聚合物凝胶的制备方法，将部分水解聚丙烯酰胺HPAM干粉均匀分散到溶剂水中搅拌2小时，部分水解聚丙烯酰胺质量浓度为0.05wt%～0.50 wt %，将交联剂有机铬与聚合物溶液混合并搅拌均匀，Cr3+质量浓度与聚合物质量浓度比为：聚:Cr3+”=180:1，溶剂水总矿化度为30g/l～180g/l，其中Ca2+和Mg2+离子浓度范围0.01 wt %～1.00 wt %，在油藏温度条件下或25℃～85℃条件下成胶15min～30min，然后将混合液注入地层或岩心。
本发明的有益效果是：采取上述技术方案，在地面预先配制形成具有“局部性”聚集态的聚合物凝胶体系，然后直接注入地层或岩心。该聚合物凝胶体具有黏度低、成胶速度快、流动阻力大、流动性可控和与油藏孔隙适应性强等特点，可以用于水驱开发油藏注水井吸水剖面调整，也可以作为驱油剂用于高矿化度油藏提高原油采收率，可以获得良好的技术和经济效果。
附图说明：
图1注入压力与PV数关系；
图2注入压力与PV数关系；
图3注入压力与PV数关系。
具体实施方式：
实验室实验：
1、实验用水：
实验用水为模拟水，其离子组成见表1。
表1 水质分析
2、 岩心：
岩心为石英砂环氧树脂胶结人造柱状岩心，柱状岩心物理模型气测渗透率为2400×10-3um2和600×10-3um2。几何尺寸?2.5 cm×10 cm。
3、交联剂：
交联剂为有机铬，Cr3+含量为2.7wt%。
4、仪器设备：
(1)黏度:采用DV-Ⅱ型布氏黏度仪测试黏度，转速为6 r/min，测试温度60 ℃。
(2)分子线团尺寸Dh:聚合物分子线团尺寸Dh采用美国布鲁克海文BI-200SM型广角动/静态光散射仪系统（Brookhaven Instruments Cop，USA）测试，测定散射角为90°。测试前，所有样品经3.0μm核微孔滤膜过滤，测试后，采用CONTIN数学模型进行数据处理。
其中，dP 1 为岩心水驱压差，dP 2 为化学驱压差，dP 3 为后续水驱压差。上述注入过程应当保持注液速度相同，注入量4PV～5PV。
5、结果分析：
(1)黏度及其影响因素：
在溶剂水矿化度不同条件下，聚合物溶液和聚合物凝胶黏度测试结果见表2。
黏度测试数据（mPa·s，温度65 ℃，“聚:Cr3+”=180:1）表2
从表2可以看出，溶剂水矿化度及时间对聚合物溶液和聚合物凝胶的黏度存在影响。随着溶剂水矿化度的逐渐增加，聚合物浓度和交联聚合物溶液的黏度的逐渐降低。随着时间的增加，聚合物浓度和交联聚合物溶液的黏度基本上略有降低。与聚合物溶液相比，交联聚合物溶液的黏度较低但总体差异不大，说明没有发生大范围分子间交联。
(2)分子线团尺寸：
在溶剂水矿化度不同条件下，聚合物溶液和聚合物凝胶中聚合物分子线团尺寸Dh测试结果见表3。
聚合物分子线团尺寸Dh，温度65 ℃ 表3
从表3可以看出，溶剂水矿化度对聚合物分子线团尺寸Dh存在影响。在聚合物溶液中，聚合分子线团尺寸随矿化度增加而降低，随时间延长而增大。在聚合物凝胶中，聚合分子线团尺寸随时间延长而增大。当时间为0.5h时，不同矿化度溶剂水中聚合分子线团尺寸Dh差别不大；3h时聚合分子线团尺寸随溶剂水的矿化度的增加而升高；6h时聚合分子线团尺寸随溶剂水的矿化度的增加而降低。
(3)流动性：
A、溶剂水矿化度对聚合物溶液流动性的影响：
聚合物溶液（Cp=2000mg/L）阻力系数（F R）和残余阻力系数（F RR）测试结果见表4。
阻力系数和残余阻力系数 表4
注：岩心渗透率为Kg=600′10-3mm2。
从表4可以看出，溶剂水矿化度对聚合物溶液的阻力系数和残余阻力系数存在影响。随着矿化度的逐渐升高，阻力系数和残余阻力系数逐渐降低。
在岩心渗透率相同条件下，不同矿化度溶剂水配制聚合物溶液注入压力与PV数关系见图1。
从图1可以看出，矿化度对聚合物溶液的注入压力存在影响。矿化度越高，注入压力越低。这主要是因为，溶剂水矿化度愈高，其中阳离子含量愈高，阳离子压缩聚合物分子扩散双电层作用愈强，聚合物分子线团愈小，进而导致其滞留能力减弱，流动阻力减小，注入压力降低。
B、矿化度对聚合物凝胶流动性的影响：
聚合物凝胶（Cp=2000 mg·L-1，“聚:Cr3+”=180:1，预热0.5 h）阻力系数（F R）和残余阻力系数（F RR）测试结果见表5。
阻力系数和残余阻力系数 表5
注：岩心渗透率Kg=2400′10-3mm2。
从表5可以看出，溶剂水矿化度对聚合物凝胶的阻力系数和残余阻力系数存在影响。随溶剂水矿化度逐渐增加，阻力系数和残余阻力系数逐渐升高。与表4中数据比较发现，在岩心渗透率较大情况下，聚合物凝胶的阻力系数和残余阻力系数仍远大于聚合物溶液的值。由此可见，聚合物凝胶在岩石孔隙内滞留量较大，附加流动阻力较大，转向能力较强。
在岩心渗透率相同条件下，不同矿化度溶剂水配制聚合物凝胶注入压力与PV数关系见图2。
从图2可以看出，溶剂水的矿化度对交联聚合物溶液的注入压力存在影响。随着矿化度的增加，交联聚合物溶液的注入压力逐渐升高。这是因为矿化度越高交联反应越快所致。研究表明，在部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)/Cr3+混合体系中，随溶剂水中NaCl、MgCl2·6H2O、Na2SO4·7H2O和CaSO4·2H2O等盐浓度增加，聚合物分子与Cr3+作用发生交联所需时间会缩短，而NaHCO3和Na2CO3等盐含量增加会缩短成胶时间。
C、交联反应时间对聚合物凝胶流动性的影响：
在溶剂水矿化度为60 g·L-1条件下，不同反应时间聚合物凝胶（Cp=2000mg·L-1，“聚:Cr3+”=180:1）的阻力系数（FR）和残余阻力系数（FRR）测试结果见表6。
阻力系数和残余阻力系数 表6
注：岩心渗透率Kg=2400′10-3mm2。
从表6可以看出，反应时间对聚合物凝胶的阻力系数和残余阻力系数存在影响。随反应时间增加，阻力系数和残余阻力系数逐渐升高。
在岩心渗透率相同条件下，不同反应时间聚合物凝胶的注入压力与PV数关系见图3
从图3可以看出，反应时间对聚合物凝胶的注入压力存在影响。随反应时间增加，聚合物凝胶的注入压力逐渐升高。
介于渤海海水矿化度范围在32g/L～35g/L，渤海油田合理矿化度范围为32g/L～35g/L。同理，考虑渤海油田井深和注入速度以及交联反应必须在混合液进入油藏前完成的技术要求，交联剂与聚合物溶液混合合理时间范围为15min～30min。
Claims (4)
1.高矿化度聚合物凝胶的制备方法，将部分水解聚丙烯酰胺HPAM干粉均匀分散到溶剂水中搅拌2小时，部分水解聚丙烯酰胺质量浓度为0.05wt%～0.50 wt %，将交联剂有机铬与聚合物溶液混合并搅拌均匀，Cr3+质量浓度与聚合物质量浓度比为：聚:Cr3+”=180:1，溶剂水总矿化度为30g/l～180g/l，其中Ca2+和Mg2+离子浓度范围0.01 wt %～1.00 wt %，在油藏温度条件下或25℃～85℃条件下成胶15min～30min，然后将混合液注入地层或岩心。
2.根据权利要求1所述的高矿化度聚合物凝胶的制备方法,其特征在于：溶剂水总矿化度为32g/l～35g/l。
3.根据权利要求1所述的高矿化度聚合物凝胶的制备方法,其特征在于：聚合物相对分子质量为500×104～3500×104，水解度在15%～25%之间。
4.根据权利要求1所述的高矿化度聚合物凝胶的制备方法,其特征在于：溶剂水为油田污水或水源水。
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- 2011-10-17 CN CN201110312551.8A patent/CN102424749B/zh not_active Expired - Fee Related
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