肖 磊，孔昭柯，王 琦 王紀云，皇海權 （中石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南 南陽473132）

低濃度鉻交聯(lián)聚合物流動成膠性能研究

肖 磊，孔昭柯，王 琦 王紀云，皇海權 （中石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南 南陽473132）

模擬現(xiàn)場設計了不同動態(tài)條件下的3個成膠試驗（即：攪拌條件下的流動成膠試驗、循環(huán)流動條件下的成膠試驗及不銹鋼篩網(wǎng)串聯(lián)流動成膠試驗），考察低濃度鉻交聯(lián)聚合物體系在流動條件下的成膠性能。通過試驗證實了低濃度鉻交聯(lián)聚合物體系在流動狀態(tài)下和經過多孔介質可以成膠，成膠后的體系具有一定的流動性。

聚合物；交聯(lián)劑；調剖；凝膠；流動成膠

所謂低濃度交聯(lián)聚合物體系由低濃度的交聯(lián)劑、聚合物、水以及其他添加劑組成，將這種體系作為驅油劑注入地層中，受地層溫度的影響逐步發(fā)生交聯(lián)反應，形成弱凝膠體系，提高了驅油劑的粘度，有利于提高驅油效果，其主要應用于油田三次采油提高采收率技術中［1，2］。一般低濃度交聯(lián)聚合物體系采用的交聯(lián)劑有Al3＋［3］、Cr3＋、酚醛等。Cr3＋交聯(lián)劑由于原料易得，合成工藝簡單，成本低廉，常用于低濃度交聯(lián)聚合物研究中。未經處理的鉻離子與聚合物交聯(lián)反應幾乎在瞬間完成，難以滿足現(xiàn)場應用需要。Cr3＋預先與羧酸等形成配位絡合物（羧酸鉻），可以有效控制形成凝膠的速度［4］。鉻交聯(lián)劑與聚合物的交聯(lián)反應機理可看作是Cr3＋的配位體與聚合物的官能團（—COO－）爭奪水合Cr3＋離子的結果；通過調整配位絡合物的類型和用量、交聯(lián)劑和聚合物的濃度等因素，能夠有效減緩Cr3＋/聚合物交聯(lián)反應速度和形成凝膠的強度［5，6］。

在實驗室內開展的鉻/聚合物交聯(lián)體系研究中，聚合物與交聯(lián)劑等混合均勻后放入恒溫箱中候凝是靜態(tài)條件下的成膠試驗。而現(xiàn)場應用過程中，交聯(lián)反應是在多孔介質中流動狀態(tài)下進行的，交聯(lián)聚合物中的組分受多孔介質吸附、色譜分離等因素作用會對交聯(lián)反應產生影響。交聯(lián)聚合物體系在動態(tài)條件下能否成膠，以及成膠后的高分子聚集體在多孔介質中能否流動，是制約和影響現(xiàn)場應用的關鍵因素。

1 攪拌條件下的流動成膠試驗

圖1 不同配方在地層不同深處粘度變化

用清水配制成5000mg/L聚合物母液，用現(xiàn)場污水配成3個不同配比的交聯(lián)聚合物體系，其中聚合物濃度400mg/L，交聯(lián)劑濃度分別為40、50、60mg/L，在45℃ 的恒溫水浴中，采用攪拌方式模擬交聯(lián)聚合物溶液在近井地帶流動成膠性能，結果見圖1和表1。

表1 攪拌速度與滲流速度、注入半徑關系

圖1中3個不同配方的交聯(lián)聚合物體系在近井地帶（5m以內）交聯(lián)聚合物溶液與初始粘度相當，體系粘度均沒有較大變化；在5m以后體系開始成膠，粘度逐漸上升；在9m左右凝膠粘度達到最大，而后開始降低；在15m以后粘度基本上保持穩(wěn)定。說明該交聯(lián)聚合物體系在流動狀態(tài)下能夠成膠，但在近井地帶不會成膠，不會造成地層端面堵塞，具有良好的成膠性能和注入性能。

2 循環(huán)流動條件下的成膠試驗

在45℃恒溫水浴中，用清水配制成5000mg/L的母液，用現(xiàn)場污水稀釋至400mg/L聚合物×50mg/L交聯(lián)劑的交聯(lián)聚合物溶液。利用蠕動泵在不同流速條件下循環(huán)泵送交聯(lián)聚合物溶液，考察低濃度有機鉻交聯(lián)聚合物體系流動成膠性能，結果見圖2和表2。

從表2和圖2可以看出，交聯(lián)聚合物溶液在50ml/min以上的高流速條件下不易成膠，其相當于近井地帶2m左右的滲流速度。但隨著流速的降低（低于20ml/min），交聯(lián)聚合物溶液能夠成膠，其相當于近井地帶5m左右的滲流速度。該試驗進一步驗證了低濃度鉻交聯(lián)聚合物體系在流動狀態(tài)下能夠成膠，但在近井地帶由于流速高不會成膠，注入過程中不會造成地層端面堵塞，具有良好的成膠性能和注入性能。

圖2 不同流速下交聯(lián)體系粘度變化

表2 泵速與注入半徑、滲流速度關系

3 不銹鋼篩網(wǎng)串聯(lián)流動成膠試驗

使用25目不銹鋼篩網(wǎng)，5層按45°重疊組成1組，將5組篩網(wǎng)串聯(lián)起來，每組上安裝壓力監(jiān)測系統(tǒng)，研究有機鉻交聯(lián)體系通過5組不銹鋼網(wǎng)篩過程中的壓力變化。體系配方為400mg/L聚合物×50mg/L交聯(lián)劑、溫度45℃、流速30ml/h。試驗結果見圖3。

試驗結果表明，低濃度交聯(lián)聚合物體系能夠在流動過程中成膠，而且成膠后的交聯(lián)聚合物傳播性良好。成膠過程的動態(tài)特征表現(xiàn)如下：①預交聯(lián)期——該階段交聯(lián)聚合物體系粘度保持平穩(wěn)，各測壓點壓力尚未明顯升高。②成膠期——該階段交聯(lián)聚合物體系粘度快速增加，各測壓點壓力依次同步快速升高。說明該有機鉻交聯(lián)聚合物體系在流動過程中能夠成膠，且在成膠后具有較好的流動性能。③穩(wěn)定期——該階段有機鉻交聯(lián)聚合物體系粘度基本保持平穩(wěn)，各測壓點壓力略有下降，但比預交聯(lián)期的壓力高得多，說明成膠后的低濃度交聯(lián)體系聚合物經多孔介質剪切依然可以保持較高的流動阻力。

圖3 各測壓點壓力和粘度隨循環(huán)流動時間變化曲線

4 結 論

研究的低濃度有機鉻交聯(lián)聚合物體系在流動狀態(tài)下和經過多孔介質剪切后能夠成膠，同時壓力數(shù)據(jù)顯示成膠后的交聯(lián)體系具有較好的流動性。因此，低濃度有機鉻交聯(lián)聚合物體系用于油田三次采油技術中不會造成近井地帶堵塞，同時在地層較深區(qū)域具有建立較高流動阻力的能力。

［1］孫尚如，孔柏嶺，肖磊，等.河南油田微凝膠驅技術的研究和應用 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［2］Albonic P.Effective Gelation-delaying additives for Cr3＋/plymer gels ［J］.SPE25221，1993.

［3］Smith J E.Performance of 18polymers in aluminum citrate colloidal dispersion gels ［J］.SPE28989，1995.

［4］Tackett J E.Characterization of chromium（Ⅲ）acetate in aqueous solutions［J］.Applied Petroscopy，1989，43（3）：490～499.

［5］肖磊，孔昭柯，王琦，等.河南油田有機鉻交聯(lián)體系配方及影響因素研究 ［J］.石油地質與工程，2010，24（3）：76～78.

［6］翁蕊，韋莉.低濃度HPAM/Cr3＋凝膠成膠行為影響因素的研究 ［J］.油田化學，1999，16（1）：53～56.

Study on Flow Gelled Performance of Low Concentration Cr3＋Crosslinking Polymer

XIAO Lei，KONG Zhao-ke，WANG Qi，WANG Ji-yun，HUANG Hai-quan（Authors'Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Henan Oilfield Company，SINOPEC，Nanyang473132，Henan，China）

In order to investigate the gelled performance of low concentration Cr3＋crosslinking polymer，three gelled experiment simulating fields were designed in different dynamic conditions according to stir，circular flow and series flow in stainless steel screen meshes.The experimental results show that the low concentration Cr3＋crosslinking polymer has flowability as it is gelled in flow condition and through porous medium.

polymer；crosslinking agent；profile modification；gel；flow gelling

TE357.46

A

1000-9752（2012）04-0136-03

2012-02-24

中國石油化工集團公司科技項目（P04056）。

肖磊（1963-），男，1984年鄭州大學畢業(yè)，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事三次采油工作。

［編輯］ 蕭 雨