嚴永剛 ，孫華慧 ，周亞清 ，任紅影 ，胡之力

（1.東新石油工程技術(shù)有限公司，吉林 松原 138001；2.中國石油天然氣股份有限公司 吉林油田分公司 扶余采油廠，吉林 松原 138000；3.吉林油田分公司 職業(yè)培訓中心，吉林 松原 138000；4.吉林油田分公司采油工藝研究院，吉林 松原 138000）

我國油田多為注水開發(fā)油田，大部分已進入高含水階段。隨著開采時間的增長，由于地層的非均質(zhì)性，注入水在地層無效循環(huán)越來越嚴重，導致注水開發(fā)效率大大降低。為提高注水開發(fā)效果，達到控水穩(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。隨著人們對調(diào)剖效果認識和評價，為達到深部調(diào)剖的目的，要保證調(diào)剖劑注得進去，送至油藏深部并具有經(jīng)濟有效性。部分水解聚丙烯酰胺（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度又不會大大增加調(diào)剖劑成本的條件下。在HPAM凝膠加入膨潤土，形成了網(wǎng)絡互穿凝膠。增大了凝膠強度，提高了調(diào)剖效果。在吉林油田經(jīng)過調(diào)剖試驗，取得了較好的效果。

1 網(wǎng)絡互穿凝膠作用機理

1.1 膨潤土的基本性質(zhì)

膨潤土多為層狀黏土礦物?？稍谒兴稚?。每個晶格單元存在可交換陽離子，可以是Ca2+、Na+等。鈉基膨潤土的可交換陽離子為Na+，所以稱之為鈉基膨潤土。是以蒙脫石為主的含水粘土礦物,公認分子式為:Nax(H2O)4(AI2-xMg0.83)Si4O10)(OH)2,鈉基膨潤土水化性能好，吸水性好，吸水后膨脹倍數(shù)為4～10倍。充分水化后，可分散成10～6m以下的微粒。

1.2 HPAM的成膠過程

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，-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電荷，相同電荷具有斥力，使HPAM在水中分子鏈舒展，增大了分子間作用力，為此具有較好的增黏性。同時HPAM分子鏈上具有可交聯(lián)基團，即-CONH2、-COO-等。目前，有機鉻交聯(lián)劑是較常用的交聯(lián)劑，通過Cr3+在水中形成多核羥橋絡離子，與HPAM中的羧基發(fā)生交聯(lián)作用，由原來的線形結(jié)構(gòu)變成空間網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，即成為不再溶于水的凝膠。

1.3 網(wǎng)絡互穿凝膠的形成

單獨用HPAM與交聯(lián)劑形成凝膠，由于成本的原因，強度不理想，如增大強度，則要增加HPAM的濃度，也增加了調(diào)剖成本。向HPAM體系中加入鈉基膨潤土，膨潤土在水中水化，形成微小顆粒，可進入HPAM凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，填充了網(wǎng)絡空間，形成網(wǎng)絡互穿結(jié)構(gòu)，使凝膠成為網(wǎng)絡互穿凝膠，大大增加了凝膠強度。

2 實驗部分

2.1 藥品

部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）（相對分子質(zhì)量1.75×107南昌市聚晟實業(yè)有限公司化工）；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）（相對分子質(zhì)量1.8×107中石油大慶煉化有限公司）；有機鉻交聯(lián)劑（自制）（有效鉻含量：3.5%）；鈉基膨潤土（簡稱鈉基土）（細度：200目、325目，吉林省公主嶺劉房子）；鈉基膨潤土（細度：200目、325目，吉林省磐石市龍宇實業(yè)有限公司）；鈣基膨潤土（簡稱鈣基土）（細度：200目、325目，吉林省磐石市龍宇實業(yè)有限公司）。

2.2 實驗方法

配制3g·L-1HPAM溶液，充分水化后，加入3g·L-1有機鉻交聯(lián)劑，加入60℃恒溫水浴中，觀察其成膠情況，評價成膠強度；另配以上溶液，分別加入不同濃度的預水化的膨潤土；按上述方法觀察成膠后情況。

2.3 凝膠強度評價方法

參照Sydansk等的成膠強度等級標準評價凝膠性能（代碼法），制訂了凝膠強度評價方法：A：與水黏度相近；B：高度流動凝膠；C：易流動凝膠；D：中等流動凝膠；E：難流動凝膠；F：高度變形不流動凝膠；G：中等變形不流動凝膠；H：輕微變形不流動凝膠；I：剛性凝膠。

3 結(jié)果與討論

3.1 HPAM有機鉻凝膠的強度

經(jīng)室內(nèi)試驗結(jié)果得出，當3g·L-1HPAM溶液，加入3g·L-1的有機鉻交聯(lián)劑，在60℃水浴中，6h后初凝。12h后，完全成膠，凝膠強度不再變化。根據(jù)凝膠強度評價方法，其凝膠強度為D級，是不同濃度HPAM溶液和有機鉻交聯(lián)劑最佳配液濃度。HPAM超過此濃度，凝膠強度雖略有增加，但是增大了凝膠成本，低于此濃度，強度差。有機鉻濃度低于3g·L-1，凝膠強度差，高于此強度，放置時間長后易破膠。以下試驗HPAM溶液和有機鉻交聯(lián)劑配液濃度均取該值，做為試驗基礎(chǔ)凝膠。

3.2 膨潤土的類型、粒徑對凝膠強度的影響

分別取200目、325目粒徑的鈉基膨潤土、鈣基膨潤土，將其預水化，分別按5g·L-1加已充分溶解的3g·L-1HPAM溶液中，再加入3g·L-1的有機鉻交聯(lián)劑，充分攪拌后，放入60℃水浴中，成膠強度發(fā)生變化，見表1。

表1 不同粒徑鈉基膨潤土對成膠時間的影響Tab.1 Effect of different sodium base bentonite in size on gelling time

3.2.1 膨潤土粒徑對網(wǎng)絡互穿凝膠的影響 由以上實驗結(jié)果可以看出，當凝膠體系中加入200目鈉基膨潤土時，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色聚丙烯酰胺凝膠，下部為與膨潤土混合一起的凝膠，顏色與鈉基土顏色相同。由于粒徑大，在沒達到網(wǎng)絡互穿的時候，即發(fā)生沉降。3#鈣基土凝膠中1/4處以上為淡藍色聚丙烯酰胺凝膠，下部1/4與膨潤土混合一起的凝膠，顏色與土顏色相同。可見，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，凝膠強度仍有所增加。加鈣基土，凝膠強度略有上升。

當體系中加入325目不同類型膨潤土時，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，說明已水化分散的鈉基土顆粒進入聚丙烯酰胺凝膠網(wǎng)絡，形成網(wǎng)絡互穿結(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?？梢?25目鈉基土在凝膠中配伍性能好，可達到網(wǎng)絡互穿的作用。

3.2.2 不同類型膨潤土對網(wǎng)絡互穿凝膠的影響 不同類型膨潤土均與聚丙烯酰胺可形成凝膠，并可增加凝膠強度。從實驗結(jié)果來看，磐石鈉基土效果最好，在聚丙烯酰胺凝膠中分散均勻，達到了網(wǎng)絡互穿的效果，凝膠強度由D級，上升至G級。強度增加幅度大。劉房子鈉基土，凝膠強度有所增加，強度由D級上升到了F級，但是放置穩(wěn)定性差。而鈣基土，效果差，凝膠強度略有上升，但是分散性差。

3.3 不同濃度膨潤土對網(wǎng)絡互穿凝膠的影響

通過對膨潤土的篩選，磐石產(chǎn)325目鈉基土與3g·L-1聚丙烯酰胺成膠效果好，通過改變鈉基土的不同加量，確定鈉基土的最佳濃度。實驗情況見表2。

表2 不同濃度的鈉基土對凝膠強度的影響Tab.2 Influence of different concentrations of sodium base bentonite on gelling strength

由表2可以看出，當鈉基土濃度在10 g·L-1時，即可達到網(wǎng)絡互穿的效果，凝膠強度上升較高。當鈉基土增至20 g·L-1時，凝膠強度不變。當濃度增至25g·L-1時，出現(xiàn)分層現(xiàn)象，強度下降?？梢娾c基土最佳加量范圍在 10～20g·L-1。

3.4 鈉基土對成膠時間的影響

采用不同濃度鈉基土，用基液配制網(wǎng)絡互穿凝膠。在60℃下觀察其成膠時間，結(jié)果見表3。

表3 不同濃度的鈉基土對成膠時間的影響Tab.3 Influence of different concentrations of sodium base bentonite on gelling time

由表3可以看出，隨鈉基土加量增大，成膠時間增長。鈉基土加量在10g·L-1時，初凝時間為12h，完全成膠時間為20h，由此可見，在網(wǎng)絡互穿凝膠中，當成膠強度即達到最大值（10g·L-1）時，成膠時間可完全滿足施工要求。

3.5 不同溫度對成膠時間的影響

根據(jù)吉林油田不同地層溫度，采用鈉基土加量為10g·L-1時的網(wǎng)絡互穿凝膠。我們分別做了32、90℃成膠試驗，結(jié)果見表4。

表4 不同溫度的鈉基土對成膠時間的影響Tab.4 Influence of different Temperature of sodium base bentonite on gelling time

可見，隨溫度增加，成膠時間減小。90℃時初凝時間6h，可滿足注入要求。

3.6 網(wǎng)絡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-1鈉基土的網(wǎng)絡互穿凝膠在95℃的水浴中放置15d。取出后，觀察凝膠強度，其強度仍在F級?？梢娔苓m用于90℃以下地層的調(diào)剖。

3.6.2 網(wǎng)絡互穿凝膠的穩(wěn)定性 將配制好的加入10g·L-1網(wǎng)絡互穿凝膠，在32℃水浴中（該適用于吉林扶余油田），放置8個月，取出后，凝膠強度無變化，仍為H級。體系均勻，不分層，說明該凝膠有較好的穩(wěn)定性。

4 網(wǎng)絡互穿凝膠的現(xiàn)場應用

吉林油田扶余采油廠開發(fā)已40多年，目前該油田綜合含水已達90%。地層中無效水循環(huán)嚴重，地層存水率逐年下降。自然遞減和綜合遞減嚴重。在層中存在以裂縫和大孔道而形成的復合竄流通道及裂縫型竄流通道和高滲透大孔道。為此，注水井調(diào)剖是提高注水開發(fā)效果的主要措施之一。近年來，注水井調(diào)剖取得了較好的效果。

為適應該區(qū)塊的調(diào)剖需要，結(jié)合地層溫度低（32℃），竄流通道復雜等特點，采取了以網(wǎng)絡互穿凝膠為主調(diào)剖劑，在體膨型顆粒為裂縫封堵劑的復合調(diào)剖體系。于2010年在扶余采油廠西13-10區(qū)塊的11口注水井、東25-6區(qū)塊9口注水井進行深部調(diào)剖。其中網(wǎng)絡互穿凝膠占總用量的80%以上；調(diào)后注水井注入壓力平均上升1.7MPa；區(qū)塊平均減水3%；井組平均增油350t以上，取得了較好的調(diào)剖效果，目前仍有效。

5 結(jié)論

（1）在HPAM鉻凍膠中加入鈉基土，由于鈉基土在HPAM凝膠空間網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)中互穿，可形成強度較高的網(wǎng)絡互穿凝膠。

（2）網(wǎng)絡互穿凝膠的最佳加量：HPAM3g·L-1；有機鉻交聯(lián)劑：3g·L-1；鈉基土：10～203g·L-1；基凝膠強度可達H級。

（3）網(wǎng)絡互穿凝膠在32～90℃條件下均可成膠，可滿足該溫度條件下的注水井調(diào)剖。

（4）現(xiàn)場應用中取得了較好的調(diào)剖效果。

［1］嚴瑞瑄，等.水溶性高分子［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1998.

［2］胡之力，張龍，于振波.油田化學劑及應用［M］.長春：吉林人民出版社，1998.

［3］張明霞，楊全安，等.堵水調(diào)剖的凝膠性能評價方法綜述［J］.鉆采工藝，2007，（7）：130-133.

［4］劉琳波，戴彩麗，等.影響絡合鉻凍膠成凍因素研究［J］.油田化學，2010，26（2）：153-157.

［5］趙群.并膠類調(diào)剖劑性能評價方法及適用條件的研究［D］.大慶石油學院碩士學位論文，2004.