CN110846012A - 一种耐温泡沫凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

一种耐温泡沫凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐温泡沫凝胶及其制备方法与应用。按照质量百分比计，泡沫凝胶包括如下组分：聚合物0.3％；交联剂0.15～0.35％；起泡剂0.05～0.15％；余量的水；交联剂为交联剂A或交联剂A与交联剂B的混合物，交联剂A为间苯二酚；交联剂B为甲醛。使用显微镜和扫描电镜观察水基泡沫、聚合物溶液泡沫和泡沫凝胶的微观结构，由结果得知，普通泡沫和聚合物在常温条件下由于液膜的流动无法保持长时间的稳定，泡沫凝胶的液膜形成了网状凝胶结构，从而增强了液膜的黏度和强度，阻碍了液膜的流动，泡沫凝胶在高温条件下具有较好的稳定性。通过低渗裂缝型岩心封堵实验，本发明泡沫凝胶体系可以在岩心中形成有效封堵，抑制气体突破效果良好，在低渗油藏中具有广阔的应用前景。

Description

一种耐温泡沫凝胶及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种耐温泡沫凝胶及其制备方法与应用，属于优化气驱波及体积技术领域。
背景技术
近些年来，我国经济的快速发展，提高了城市化水平，同时也加快了工业化进程。很多的高新技术产业比如炼化及精细化学和航天航空等一系列现代工业都需要大量的石油作为原料及工业生产能源。从石油中炼制出的柴油、汽油、沥青、石蜡等化工产品更是在人们日常生活生产中被广泛应用。所以，石油消费量一直保持增长并且多年来一直保持高位。随着油田的大规模开采和开发，石油作为一种不可再生能源，已逐渐进入衰退期，对油井产能开发和采油新技术的需求也变得日益迫切。三次采油技术的提出改变了目前的采油模式，深入挖掘了低产井的潜力，发挥了低产井的最大能量，保障了为老油田的开采质量。
在泡沫堵水体系和凝胶堵水体系的基础上，进而发展出了泡沫凝胶堵水体系。泡沫凝胶体系是由聚合物溶液通过发泡然后交联形成凝胶所构成的一种复合体系。该体系在成胶之前具有水基泡沫的特点，在成胶之后又具有弱凝胶的特点，泡沫凝胶与水基泡沫之间的主要差异在于泡沫凝胶的连续相不同，前者是以凝胶为外相的泡沫，这使得泡沫凝胶体系具有良好的机械强度及稳定性，从而可延长泡沫凝胶体系的堵水有效期。
随着石油开发的不断深入，日益复杂的储层环境对泡沫凝胶性能要求也越来越高。我国的耐温泡沫凝胶体系研制工作已经有了很大的进展，在矿场实验中也得到了丰富的经验。但是目前多数研制出的耐温凝胶泡沫体系稳定性较差，在高温条件下泡沫凝胶易发生破灭，无法对地层进行长时间的封堵。因此需要提供一种耐高温、稳定性高的泡沫凝胶体系。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐温泡沫凝胶，本发明利用Haake流变仪和布氏粘度计研究了泡沫凝胶体系流变性和稳定性及其影响因素，利用扫描电镜观察了泡沫凝胶体系的微观结构，得到了耐高温、稳定性高的泡沫凝胶体系。
本发明所提供的耐温泡沫凝胶，按照质量百分比计，包括如下组分：
聚合物0.3％；
交联剂0.15～0.35％；
起泡剂0.05～0.15％；
余量的水；
所述交联剂为交联剂A或交联剂A与交联剂B的混合物，所述交联剂A为间苯二酚；所述交联剂B为甲醛；
所述起泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、十二烷基硫酸钠(SDS)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，CAB-35、SDS和SDBS三种表面活性剂同时与交联剂A和交联剂A与交联剂B的凝胶体系均具有较好的配伍性，且具有较好的耐温性能。
经起泡剂起泡能力及稳泡能力的测试得知，CAB-35的泡沫综合值最高，且聚合物泡沫具有最好的稳定性，综合配伍性、耐温性、起泡和稳泡能力考虑，选择用量为0.075wt％的CAB-35作为泡沫凝胶体系的起泡剂，有利于泡沫凝胶体系的生成及稳定。
上述的耐温泡沫凝胶中，所述聚合物可为聚丙烯酰胺，其分子量为2000万～3000万；
具体可为聚丙烯酰胺KYPAM(北京恒聚化工有限公司)，分子量2500万～2800万。
所述泡沫凝胶中，所述交联剂为所述混合物时，所述交联剂A的质量百分含量为0.15～0.30％，进一步优选为0.245％；
所述交联剂B的质量百分含量为0.02～0.04％，进一步优选为0.035％。
所述泡沫凝胶中，所述交联剂为所述交联剂A时，所述交联剂A的质量百分含量为0.15～0.30％，进一步优选为0.26％。
本发明采用的交联剂A和复配交联剂(交联剂A与交联剂B的混合物)具有快速交联的能力，并且可以形成具有一定强度的液膜，因此可以在泡沫半衰期内交联形成较好的泡沫凝胶。
上述的耐温泡沫凝胶中，所述泡沫凝胶还包括稳泡剂；
所述稳泡剂可为黄原胶，分子量为200～600万，如300万；
所述稳泡剂的质量百分含量可为3％。
所述稳泡剂延长了泡沫的析液半衰期，使得聚合物有更长的时间与交联剂进行交联，因此在液膜具有较大厚度时交联形成了较高黏度的凝胶相液膜，从而提升了泡沫凝胶的稳定性，使其能够在高温条件下较长时间内稳定；然而，过多的稳泡剂会与交联剂发生反应，形成絮状沉淀随析液排出至量筒底部，从而导致泡沫凝胶强度稍有下降，不利于泡沫凝胶的形成和稳定，因此稳泡剂最适用量为3％。
上述的耐温泡沫凝胶中，所述泡沫凝胶还包括除氧剂；
所述除氧剂可为硫脲；
所述除氧剂的质量百分含量可为0.4％。
随着所述除氧剂浓度的增加，泡沫凝胶的析液逐渐减少，使得更多的聚合物溶液交联形成凝胶相液膜，从而使泡沫凝胶的强度增强，过量的除氧剂对泡沫凝胶的形成无不良影响。综合考虑，除氧剂的最优用量为0.4wt％。
在80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，本发明泡沫凝胶的黏度达到12000mPa·s左右可以形成稳定的泡沫凝胶。
在100℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，耐温泡沫凝胶稳定性良好，半衰期可达10天，体系表现出良好的耐温性能。
本发明泡沫凝胶可按照下述方法制备：
配制所述聚合物的水溶液，然后依次加入下述1)或2)的组分，搅拌发泡即的；
1)所述复配交联剂和所述起泡剂；
2)所述复配交联剂、所述起泡剂、所述稳泡剂和所述除氧剂。
使用显微镜和扫描电镜观察了水基泡沫、聚合物溶液泡沫和泡沫凝胶的微观结构，由结果得知，普通泡沫和聚合物在常温条件下由于液膜的流动无法保持长时间的稳定，泡沫凝胶的液膜形成了网状凝胶结构，从而增强了液膜的黏度和强度，阻碍了液膜的流动，泡沫凝胶在高温条件下具有较好的稳定性。通过低渗裂缝型岩心封堵实验，本发明泡沫凝胶体系可以在岩心中形成有效封堵，抑制气体突破效果良好，在低渗油藏中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为起泡剂的耐温性能评价结果。
图2为常温时不同起泡剂在水溶液中的起泡能力。
图3为80℃时不同起泡剂在0.3％聚合物溶液中的起泡能力。
图4为六种不同交联剂形成泡沫凝胶的照片，其中，图4(a)为酚醛树脂体系泡沫凝胶，图4(b)为交联剂A-酚醛树脂体系泡沫凝胶；图4(c)为交联剂A体系泡沫凝胶；图4(d)为复配交联剂I体系泡沫凝胶；图4(e)为复配交联剂II体系泡沫凝胶；图4(f)为交联剂B体系泡沫凝胶。
图5为不同温度时所用交联剂A用量及凝胶黏度。
图6为24小时后六种凝胶体系黏度随剪切时间的变化.
图7为两种凝胶体系黏度随时间的变化。
图8为两种凝胶泡沫加热一周的析液量。
图9为两种泡沫一周的情况，其中，图9(a)表示交联剂A泡沫凝胶体系，图9(b)表示复配交联剂II泡沫凝胶体系。
图10为泡沫凝胶析液量随稳泡剂用量变化。
图11为泡沫黏度和析液量随除氧剂浓度的变化。
图12为泡沫凝胶黏度随温度的变化。
图13为凝胶泡沫体积随温度变化。
图14为凝胶泡沫黏度及析液量随温度的变化。
图15为水基泡泡沫(图15(a))、聚合物泡沫(图15(b))、泡沫凝胶(图15(c))的微观结构。
图16为水基泡沫、凝胶泡沫显微镜照片，其中，图16(a)为25℃0min后水基泡沫，图16(b)为25℃静置20min水基泡沫，图16(c)为25℃0h的泡沫凝胶，图16(d)为80℃加热24h后的泡沫凝胶。
图17为泡沫凝胶封堵性能评价实验装置。
图18为不同裂缝开度的泡沫凝胶堵特性能，其中，图18(a)表示的裂缝开度为0.1mm，图18(b)表示的裂缝开度为0.3mm，图18(c)表示的裂缝开度为0.5mm。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中交联剂A为间苯二酚，交联剂B为甲醛。
下述实施例中采用的聚合物为聚丙烯酰胺KYPAM，分子量2500万～2800万。
实施例1、凝胶体系与起泡剂的配伍性研究
在交联剂A凝胶体系和交联剂B凝胶体系中分别加入不同浓度(0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％)的α-烯基磺酸钠(AOS)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基磺酸钠(SLS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，探究起泡剂与交联剂B凝胶体系和交联剂A凝胶体系的配伍性，用GSC法观察其在80℃，10000mg/L NaCl矿化度的条件下，凝胶体系在3h时的成胶情况，结果如表2所示。
由表2可以看出，随着AOS用量的增加，3h时交联剂A凝胶体系的凝胶强度逐渐下降，当AOS用量为0.1wt％和0.2wt％时，与空白对照相比，AOS对交联剂A凝胶体系无明显影响，同时，交联剂B凝胶体系中加入不同用量的AOS后均不成胶；当CAB-35用量为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％时，CAB-35对交联剂A凝胶体系无明显影响，当CAB-35用量为0.4wt％、0.5wt％时，随着CAB-35用量的增加，交联剂A凝胶体系的强度逐渐降低，同时，随着CAB-35用量的增加，交联剂B凝胶体系的强度逐渐降低；当SDS用量为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％时，与空白对照相比，交联剂A凝胶体系强度略有下降，当SDS用量为0.5wt％时，对交联剂A凝胶体系强度的影响增强，同时，随着SDS用量的增加，交联剂B凝胶体系的强度逐渐降低；与空白对照相比，加入不同用量的SDBS均对交联剂A凝胶体系强度具有较大的影响，同时，随着SDBS用量的增加，交联剂B凝胶体系的强度逐渐降低；在交联剂A凝胶体系中加入SLS，交联剂A凝胶体系不成胶，各个用量的SLS对交联剂B凝胶体系强度具有较大的影响。
综上，AOS与交联剂A凝胶体系具有较好的配伍性，与交联剂B凝胶体系的配伍性较差；SLS与交联剂A、交联剂B凝胶体系的配伍性均较差；SDBS、CAB-35和SDS三种表面活性剂同时与交联剂A凝胶体系和交联剂B凝胶体系均具有较好的配伍性，在较低用量时，SDBS、CAB-35、SDS对两种凝胶体系成胶的影响均较小。
表1强度代码法标准表
Figure BDA0002286997030000051
表2凝胶体系随起泡剂种类和浓度变化的成胶情况
Figure BDA0002286997030000052
Figure BDA0002286997030000061
实施例2、起泡剂耐温性评价
配制一定浓度的起泡剂溶液100mL密封置于100℃烘箱内48h，取出后冷却至室温，使用Waring-Blender搅拌器以6000r/min的转速搅拌120s发泡，气体介质为空气。测定高温处理后起泡剂的起泡能力和稳泡能力，并与未进行高温处理的相同浓度起泡剂的性能进行对比，以考察起泡剂的耐温性能。高温处理和未处理的SDS、SDBS、CAB-35的泡沫综合值变化如图1所示。
由图1可以看出，SDS具有较好的起泡能力和稳泡能力，经过加热处理后，泡沫综合值下降的幅度最大；CAB-35和SDBS的起泡能力和稳泡能力均较差，并且二者的泡沫综合值和经过加热处理后下降的幅度均相似。综合来讲，SDS、SDBS和CAB-35均具有良好的耐温性能。
实施例3、起泡剂起泡能力及稳泡能力的确定
通过记录水基泡沫半衰期和起泡体积的方法来判断起泡剂的起泡及稳泡性能。在25℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，水基泡沫的体积、半衰期及泡沫综合值，如表3、图2所示。可以看到，三种起泡剂的水基泡沫析液半衰期均随起泡剂浓度先增大而增长，当达到临界浓度后增长变缓或稍有降低，其中，CAB-35临界浓度为0.4wt％，SDS临界浓度为0.3wt％，SDBS临界浓度为0.4wt％。由图2可看出对于水基泡沫，SDS的泡沫综合值随着浓度的升高一直保持最高，CAB-35和SDBS的泡沫综合值则较低。
表3常温时不同起泡剂在水溶液中的起泡能力
Figure BDA0002286997030000071
通过记录聚合物溶液泡沫的半衰期和起泡体积来判断起泡剂在聚合物溶液中的起泡能力和稳泡性能，并考察其变化规律是否与水基泡沫一致。在80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，聚合物溶液泡沫的体积、半衰期及泡沫综合值如表4、图3所示。由于聚合物黏度的限制，加入不同种类和浓度的起泡剂，形成的聚合物溶液泡沫体积相近。与水基泡沫相比，随起泡剂浓度的增加，聚合物溶液泡沫半衰期先增长，再增长变缓或稍有降低，其变化规律与水基泡沫一致。同时，三种起泡剂在聚合物泡沫中的临界值均变小，CAB-35临界浓度为0.075wt％，SDS临界浓度为0.05wt％，SDBS临界浓度为0.1wt％。随着起泡剂浓度增大，离子型起泡剂对聚合物高分子线团的ZETA电位的影响逐渐增大，从而导致聚合物溶液泡沫的半衰期和综合值缓慢降低。由图3可以看出，与水基泡沫不同，在聚合物泡沫中，起泡剂浓度为0.075wt％时，CAB-35的泡沫综合值最高，SDBS次之，SDS的泡沫综合值最低。
表4常温时不同起泡剂在0.3％聚合物溶液中的起泡能力
Figure BDA0002286997030000081
由实施例1可知，SDS、CAB-35、SDBS均具有良好的耐温性能，与两种凝胶体系均具有较好的配伍性。在80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，CAB-35形成的聚合物泡沫具有最高的泡沫综合值，其聚合物泡沫具有最好的稳定性，并且当CAB-35用量为0.075wt％时具有最高的聚合物泡沫综合值。综合配伍性、耐温性、起泡和稳泡能力考虑，选择用量为0.075wt％的CAB-35作为泡沫凝胶体系的起泡剂，有利于泡沫凝胶体系的生成及稳定。
实施例4、六种交联剂形成泡沫凝胶比较
配制六种最优耐温配方的泡沫基液，使用先起泡后成胶的方式制备泡沫凝胶。
取六份100ml质量分数为0.3wt％的聚合物(KYPAM)溶液，分别加入最优量交联剂、起泡剂(即上述实施例确定的量)及适量的除氧剂。取300mL制备的泡沫倒入带塞量筒，置于80℃的烘箱中24h，观察能否形成泡沫凝胶并记录泡沫凝胶的泡沫体积和析液情况。六种凝胶体系制备的泡沫凝胶加热24h后的形态如图4所示，通过图4可以看出：酚醛树脂体系泡沫凝胶全部破灭，析液为弱凝胶；交联剂A-酚醛树脂体系泡沫凝胶全部破灭，析液为大量水，其中有絮状沉淀；交联剂A凝胶体系形成了较好的泡沫凝胶，析液较少，泡沫细腻；交联剂B为主的复配交联剂I(交联剂A的含量为0.025wt％，交联剂B的含量为0.26wt％)体系泡沫凝胶破裂，析液部分为强凝胶，剩余大量网状结构；交联剂A为主的复配交联剂II(交联剂A的含量为0.245wt％，交联剂B的含量为0.035wt％)体系形成较好的泡沫凝胶，析液量少，泡沫细腻；交联剂B体系泡沫凝胶全部破灭，析液为弱凝胶。
酚醛树脂成胶速度慢，未能在凝胶泡沫半衰期内成胶，无法交联形成泡沫凝胶；交联剂A-酚醛树脂体系虽然加快了酚醛树脂的交联速度，但仍无法满足泡沫凝胶对于交联速度的要求；交联剂A和复配交联剂II具有快速交联的能力，并且可以形成具有一定强度的液膜，因此可以在泡沫半衰期内交联形成较好的泡沫凝胶；交联剂B虽然具有较快的交联速度，但是其形成的凝胶黏度无法较好地阻碍聚合物泡沫液膜的流动，因此导致泡沫凝胶的破灭。
实施例5、不同温度泡沫凝胶形成的凝胶黏度
泡沫凝胶是气-凝胶两相不稳定体系，气体的膨胀和自身液膜流动都会使液膜结构遭到破坏。不同温度下，气体膨胀倍数和液膜流动速度也不同，因此形成稳定的泡沫凝胶所需要液膜的强度也不同。为了测量不同温度条件时形成稳定泡沫凝胶所需的凝胶黏度，首先确定在不同温度条件下，可以形成稳定泡沫凝胶体系所需的交联剂A的用量，再测量对应温度时交联剂A相同用量的凝胶体系黏度。如图5所示，随着温度的增加，交联剂用量逐渐减少，是因为随着温度的增高，反应加快，只需要少量的交联剂A即可形成足够黏度的凝胶相液膜来保持泡沫凝胶体系的稳定；随着温度的升高，维持泡沫凝胶体系稳定的凝胶黏度也逐渐增加。在80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，凝胶的黏度需达到12000mPa·s左右可以形成稳定的泡沫凝胶。
使用Haake流变仪测量了在80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，加热24h后的六种凝胶体系的黏度如图6所示，随着剪切时间的增加，六种凝胶体系的黏度趋于稳定。由图5及实验结论可知，在80℃、10000mg/L NaCl矿化度条件下，当凝胶黏度达到12000mPa·s可以形成稳定的泡沫凝胶。如图6所示，交联剂B、酚醛树脂及交联剂A-酚醛树脂所交联形成的凝胶体系黏度均不能达到12000mPa·s，因此在高温条件下，凝胶相液膜仍会缓慢流动，直至泡沫凝胶全部破灭。
复配交联剂I凝胶体系和复配交联剂II凝胶体系的黏度均大于12000mPa·s，并且复配交联剂I凝胶体系的黏度大于复配交联剂II凝胶体系。由实施例4中的图4可知，复配交联剂I凝胶体系并不能形成稳定的泡沫凝胶。
为了探究复配交联剂I凝胶体系与复配交联剂II凝胶体系的成胶过程是否对泡沫凝胶的形成有较大的影响，使用Haake流变仪测量80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下0～50min凝胶体系形成过程时的黏度，实验结果如图7所示。复配交联剂I凝胶体系的黏度随着时间逐渐平稳上升，在0～50min中黏度缓慢上升至12000mPa·s左右，聚合物泡沫的黏度缓慢上升，液膜交联形成凝胶相，高黏度的凝胶相液膜不会因为气体膨胀和重力原因而流动，从而形成了稳定的泡沫凝胶体系；复配交联剂II凝胶体系的黏度在0～40min一直维持在一个较低的黏度，在30～40min时黏度有下降趋势，0～40min的成胶过程中，气体膨胀和重力因素使得弱凝胶相液膜不断向底部流动，在高温条件下较低黏度的凝胶相液膜很难维持泡沫凝胶体系的稳定性，在40min时黏度的骤升，短时间内凝胶液膜的表面张力不断上升，使得泡沫结构发生破灭，同时也在短时间内增强了液膜的强度，阻碍了液膜的持续流动，两种作用相互拮抗，因此复配交联剂I凝胶体系最终只能形成粗糙的网状泡沫凝胶而不是能形成细腻的泡沫凝胶。
实施例6、交联剂A泡沫凝胶体系与复配交联剂II泡沫凝胶体系的比较
由实施例4可知，最优耐温配方的交联剂A凝胶体系和复配交联剂II凝胶体系均可形成良好的泡沫凝胶。为了进一步探究两种泡沫凝胶的耐温性，将两种泡沫凝胶放入80℃烘箱内加热一周，两种泡沫凝胶的泡沫形态及析液情况如图8和图9所示。
在80℃，10000mg/L NaCl矿化度的条件下，经过一周时间的加热，两种泡沫凝胶的泡沫部分均保持完整，泡沫下部均有析液。析液高度变化如图8所示，24h时复配交联剂II泡沫凝胶体系在量筒底部析出了2mm高度的水，交联剂A泡沫凝胶体系析出了3mm高度的水；1～7day交联剂A泡沫凝胶体系所析出的水一直比复配交联剂II泡沫凝胶体系析出的水多，在7day时，复配交联剂II泡沫凝胶体系析出15mm的水，交联剂A泡沫凝胶析出18mm高度的水，因此复配交联剂II泡沫凝胶的析液量比交联剂A凝胶体系的少，表明复配交联剂II凝胶体系的凝胶泡沫具有更好的耐温性能。
实施例7、稳泡剂浓度的确定
为了进一步提升泡沫凝胶的稳定性，加入稳泡剂黄原胶(分子量为300万)以提升聚合物泡沫的液膜黏度，在液膜交联形成凝胶前，减慢析液速度及减少析液量，提高高温条件下聚合物溶液泡沫的稳定性。
在0.3wt％聚合物中加入最优配方的复配交联剂II、起泡剂及适量的除氧剂，起泡后放置在80℃的烘箱中。泡沫凝胶析液高度与稳泡剂用量关系如图10所示，在80℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下聚合物黏度较低，未加入稳泡剂时，凝胶泡沫具有较多析液，复配交联剂II体系的泡沫凝胶在成胶过程中在泡沫底部存在3.5mm少量析液。随着析液的流出，泡沫凝胶的液膜变薄，不利于凝胶泡沫的稳定性。稳泡剂用量从0g到3g，泡沫凝胶的形成过程中的析液逐渐减少至无。当稳泡剂的含量在3g以上，泡沫凝胶无析液。其主要原因是稳泡剂延长了泡沫的析液半衰期，使得聚合物有更长的时间与交联剂进行交联，因此在液膜具有较大厚度时交联形成了较高黏度的凝胶相液膜，从而提升了泡沫凝胶的稳定性，使其能够在高温条件下较长时间内稳定；然而，过多的稳泡剂会与交联剂发生反应，形成絮状沉淀随析液排出至量筒底部，从而导致泡沫凝胶强度稍有下降，不利于泡沫凝胶的形成和稳定，因此稳泡剂最适用量为3g。
实施例8、除氧剂浓度的确定
聚丙烯酰胺的氧化降解是实际应用中十分突出的问题。常温条件下水溶液中氧化降解的聚丙烯酰胺数量可以忽略不计，然而在高温条件下和存在活性杂质的情况下，氧会引起聚合物严重的氧化降解，从而导致溶液的黏度急剧下降，并且由于聚合物的分解而无法交联形成凝胶。虽然制备的泡沫凝胶是用氮气填充的，但在制备过程中，仍然会有空气中的氧溶解在体系中，这部分氧除去后会减少聚合物黏度损失，改善成胶性能。除氧剂硫脲的含量与泡沫凝胶析液高度的关系如图11所示，随着除氧剂浓度的增加，泡沫凝胶的析液逐渐减少，使得更多的聚合物溶液交联形成凝胶相液膜，从而使泡沫凝胶的强度增强，过量的除氧剂对泡沫凝胶的形成无不良影响。综合考虑，除氧剂的最优用量为0.4wt％。
实施例9、泡沫凝胶的耐温性能评价
耐温泡沫凝胶体系：0.3wt％聚丙烯酰胺KYPAM+0.245wt％交联剂A(间苯二酚)+0.035wt％交联剂B(甲醛)+0.075wt％起泡剂(CAB-35)+3wt％稳泡剂(黄原胶)+0.4wt％除氧剂(硫脲)。
在固定剪切速率1.5s-1，剪切时间为60s条件下，改变测量温度以考察温度对泡沫凝胶黏度的影响。实验结果如图12所示，25℃时泡沫凝胶黏度为14000mPa·s左右，温度上升至30℃时，黏度提高至15600mPa·s左右，温度上升至40℃时，黏度为20000mPa·s，50℃时黏度为28000mPa·s，60℃时黏度上升至65000mPa·s，在70℃时黏度最大，达到130000mPa·s，80℃和90℃时，泡沫凝胶黏度逐渐下降。在70℃以下时，随着温度的上升，交联剂与聚合物的反应加快，形成的凝胶液膜黏度急剧增加，当温度达到80℃和90℃时，泡沫凝胶过度交联，在泡沫凝胶的表面有出水现象，导致测量的表观黏度降低。
不同温度下形成泡沫凝胶的体积如图13所示，泡沫凝胶的体积随着温度的上升而增加，聚合物溶液泡沫中的气体膨胀增大，同时无论是聚合物液壁还是之后形成的凝胶相液壁，都具有高稳定性，随着气体体积的增加，泡沫凝胶的体积保持不破裂逐渐增大。
通过改变温度，考察在80℃，10000mg/L NaCl矿化度，24h时，泡沫凝胶的析液量及黏度。如图14所示，泡沫凝胶的析液量随着温度的不断增加而减少。由于交联剂A具有交联速度快且对温度敏感的特点，交联剂A随着温度的上升交联速度加快，液膜壁快速交联形成凝胶，析液量减少。常温条件下，交联剂A反应最慢，因此在形成不流动的凝胶液膜壁前，有少量的聚合物溶液析出。常温时，泡沫凝胶的液膜充分反应，凝胶强度大；同时凝胶泡沫气体体积小，气泡密集也是导致了黏度的增大。40℃和50℃时，凝胶轻微脱水，气泡密度下降，致使泡沫凝胶黏度急剧下降；60℃和70℃时，凝胶脱水情况逐渐加重，但是由于在该温度下交联剂B的作用，增强了凝胶泡沫的黏度；80℃到100℃，随着泡沫凝胶脱水加重和泡沫体积增大，导致体系的黏度下降。
为了探究泡沫凝胶在50～100℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下的半衰期，如表5所示。在50℃时，泡沫凝胶半衰期可达47天，表明泡沫凝胶体系具有良好的耐温性。随着温度不断上升，泡沫凝胶的半衰期迅速缩短，100℃时，泡沫凝胶半衰期为10天。主要原因是在高温环境中，凝胶相液膜过度交联的速度加快，导致析水速度加快。
表5不同温度下泡沫凝胶半衰期
Figure BDA0002286997030000131
实施例10、泡沫凝胶体系的扫描电镜观察
为了对比水基泡沫、聚合物溶液泡沫和泡沫凝胶的微观结构，分析其耐温机理，使用200F扫描电镜对经冷冻干燥处理后的水基泡沫、聚合物溶液泡沫和泡沫凝胶进行拍照。如图15所示，10000mg/L NaCl矿化度条件下，0.5wt％起泡剂的水基泡沫经冷冻干燥处理后，200倍放大后，无法直观的观察出泡沫结构，继续放大至500倍和1000倍，脱去水分后，只剩下缠绕在一起的起泡剂长链和NaCl结晶结构；10000mg/L NaCl矿化度条件下，含有0.1wt％起泡剂和0.3wt％聚合物的聚合物溶液泡沫经冷冻干燥处理后，200倍放大后，失去水分后的聚合物泡沫中可以观察到泡沫的孔状结构，放大至500倍和1000倍，可以看到泡沫的孔状结构由聚合物长链构成；最优配方(凝胶采用的是复合交联剂Ⅱ)的凝胶泡沫经冷冻干燥失去水分，放大50倍和200倍后可以观察到较大的泡沫结构，放大1000倍后可观察到泡沫凝胶的液膜形成了网状凝胶结构。
实施例11、泡沫凝胶的显微镜微观观察
图16(a)为25℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，刚形成的水基泡沫的显微镜下放大40、100、200倍后的形态，图16(b)为水基泡沫静置20min后的形态，泡沫外壁析液速度较快，泡沫壁很快就变得很薄，单个泡沫体积发生膨胀，泡沫形态由圆形变成多边形，濒临破灭；图16(c)为25℃，10000mg/L NaCl矿化度条件下，刚形成的泡沫凝胶还处在聚合物泡沫状态时，显微镜下放大40、100、200倍后的形态，图16(d)为泡沫凝胶体系成型后，显微镜下放大40、100、200倍后的形态，由图16(d)可以看到，泡沫凝胶经80℃烘箱24h成胶后，与刚制备成聚合物泡沫相比，泡沫结构变大，外壁形成凝胶相，也变得更厚，较厚的凝胶液膜使泡沫结构在高温条件下更加稳定，不易破灭。
实施例12、泡沫凝胶封堵性能评价
选用长度68.5mm，孔隙度8.50％，气测渗透率为12mD的低渗岩心，置于台钳上将其压成两半，在断面长度方向上放3根与岩心等长度的铜丝，将岩心合拢后缓缓放于岩心夹持器中，并加4MPa的围压。在温度80℃，固定注入气液比为3:1的条件下，以0.8mL/min的速度向岩心内注入1个PV最优配方泡沫凝胶，考察泡沫凝胶的封堵性能。实验装置如图17所示。
结果如图18所示，可以看出，在同时注1PV的泡沫凝胶条件下，三种裂缝宽度的突破压差分别是1020kPa、912kPa、225kPa。裂缝宽度越大，突破压力越小。由裂缝宽度为0.1mm，的实验结果可知，气窜后压差波动下降，由裂缝宽度为0.3mm的实验结果可知，气窜后压差仍能有上升的趋势，而由裂缝宽度为0.5mm的实验结果可知，气窜后压差骤然下降，说明泡沫凝胶耐冲刷性较好。结果表明本发明泡沫凝胶体系可以在低渗裂缝型油藏中形成有效封堵。

Claims (10)

1.一种泡沫凝胶，按照质量百分比计，包括如下组分：
聚合物0.3％；
交联剂0.15～0.35％；
起泡剂0.05～0.15％；
余量的水；
所述交联剂为交联剂A或交联剂A与交联剂B的混合物，所述交联剂A为间苯二酚；所述交联剂B为甲醛；
所述起泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述聚合物为聚丙烯酰胺，其分子量为2000万～2800万。
3.根据权利要求1或2所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述交联剂为所述交联剂A与所述交联剂B的混合物时，所述交联剂A的质量百分含量为0.15～0.30％；
所述交联剂B的质量百分含量为0.02～0.04％。
4.根据权利要求3所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述泡沫凝胶中，所述交联剂A的质量百分含量为0.245％；
所述交联剂B的质量百分含量为0.035％。
5.根据权利要求1或2所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述交联剂为所述交联剂A时，所述交联剂A的质量百分含量为0.15～0.30％。
6.根据权利要求5所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述泡沫凝胶中，所述交联剂A的质量百分含量为0.26％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述起泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱；
所述起泡剂的质量百分含量为0.075％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的泡沫凝胶，其特征在于：所述泡沫凝胶还包括稳泡剂；
所述稳泡剂为黄原胶；
所述稳泡剂的质量百分含量为3％；
所述泡沫凝胶还包括除氧剂；
所述除氧剂为硫脲；
所述除氧剂的质量百分含量为0.4％。
9.权利要求1-8中任一项所述泡沫凝胶的制备方法，包括如下步骤：
配制所述聚合物的水溶液，然后依次加入下述1)或2)的组分，搅拌发泡即得；
1)所述复配交联剂和所述起泡剂；
2)所述复配交联剂、所述起泡剂、所述稳泡剂和所述除氧剂。
10.权利要求1-8中任一项所述泡沫凝胶在作为低渗油藏调剖剂或在低渗油藏调剖中的应用。
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