复合聚丙烯酰胺凝胶体系的研究:
复合聚丙烯酰胺凝胶体系的研究,聚合物在强化采油中的作用主要为剖面调整， 对水窜严重的强水洗层段，经聚合物处理后可以降 低水相渗透率。也可用聚合物地下交联生成冻胶 封堵高渗透条带或裂缝，以达到调整吸水剖面的目 的。
用于调整吸水剖面的聚合物，可以是阴离子聚 合物也可以是阳离子——阴离子聚合物，其作用机 理如下：
(1)阴离子聚合物能降低多孔介质的水相渗透 率，而对油相的流动性能影响较小，因此，阴离子聚 合物处理过的高渗透带，由于保留在岩石孔道中的 聚合物对水的亲和能力降低了岩石中水的渗透作 用，注入的水将转移到相对致密的油层中，驱扫原 来未驱扫过的油。处理效果受水的矿化度、pH值、 温度等的影响。这种处理不是永久性的，将随着注 水时间的延长逐渐消失它的作用。
(2)阳离子——阴离子聚合物剖面调整是对阴 离子聚合物剖面调整方法的改进。采用阳离子聚 合物能被岩石相对大量的吸附。同时阳离子聚合 物又能够强烈地束缚阴离子聚合物，从而增加聚合 物在岩石表面上的密度和厚度。
(3)两性离子聚合物能被岩石相对大量吸附， 同时两性离子聚合物上的阳离子集团又能够强烈 束缚阴离子聚合物，从而增加聚合物在岩石表面上
A
的密度和厚度。针对某些区块泥质含量高的特点， 采用两性离子聚丙烯酰胺预处理地层可以有效的 抑制粘土膨胀和泥质微粒分散运移，提高调堵效 果。两性离子聚丙烯酰胺的阴离子集团也可以与 Cr(m)交联，使之与阴离子聚丙烯酰胺成为一个整 体凝胶。通过调整聚丙烯酰胺的浓度可以改变凝 胶的强度，以适应不同地层的需要。
(4)用聚合物处理高渗透条或裂缝，使其渗透 率大大降低。利用某聚合物溶液在地下交联生成 冻胶或向地层高渗透层或裂缝地带注入单体直接 在地层中就地聚合、交联，形成冻胶，封堵裂缝及高 渗透层带，以达到调整吸水剖面、改善流度比的目 的。
1实验结果与讨论
1-1实验原料
(1)各种聚丙烯酰胺，工业品、白色固体粉末, 由新疆石油管理局采油工艺研究院和中泰化工厂 提供,水解度25. 7% - 36%。
(2)交联剂ZWY- A(乳酸铬）（以上均为工业 品）
(3)碱度调节剂K- 1(自制）。
(4)氯化铵,分析纯，西安化学试剂厂
实验方法
将HPAM,交联剂等按一定的比例加入比色管, 用碱度调节剂K- 1调其pH值，然后将其放入恒温 水浴锅，隔一定时间，倒置比色管目测凝胶强度。 得到凝胶时间与凝胶强度的关系。
1.3凝胶强度的静态评价方法
为了便于观察和描述，我们规定如下的凝胶强 度的静态评价方法，以便于描述和观察凝胶性能。
表1凝胶强度的确定
凝胶代码凝胶定义
A完全未成胶
B高流动性凝胶，有轻微挂壁
C流动性凝胶，挂壁能力增强
D中等流动性凝胶，挂壁能力增大，有粘附性
E低流动性凝胶，挂壁明显，粘附性增大
F高变形非流动性凝胶，粘附性增大，舌长较 长
G中等变形非流动性凝胶，粘附性增大，中等 舌长
H低变形非流动性凝胶，粘附性好，舌长较短
I刚性凝胶，粘附性最大，无舌长
1.4实验结果与讨论
1. 4. 1 HPAM浓度对成股性能的影响
HPAM聚丙烯酰胺是形成凝胶的主要成分，它 与乳酸铬在一定的条件下形成凝胶，其浓度对成胶 性能的影响较大。
表2 HPAM浓度对成胶性能的影响
HPAM( %)
交联时0. 120. 150.180.210. 24
1AAAAA
2ABCCD
3ACDDE
4BDEEF
5BEFGG
6CFGHH
8CGGHI
10BHHII
HPAM= 1200 万 ZWY-A0. 06%K- 1 0.04%
PH= 8.0 阳 PAM 0.06%T= 60 °CNH4C10.4%
表2表明HPAM浓度的变化对成胶时间和成 胶强度影响很大。增大HPAM的浓度可以缩短成 胶时间，同时成胶强度增大。这是由于HPAM浓度 增大时高分子链密度增大，形成交联体系的时间肯 定加快，成胶强度也增大。成胶结构变为立体网状 结构。因此，成胶强度与稳定性也显著提高。当 HPAM浓度为0.20%以上时，形成刚性凝胶，使用 浓度应不低于此浓度。
1.4.2 NH4C1浓度对成股性能的影响
表3 NH4C1浓度对成胶性能的影响
浓度(％)
雌时间00. 160.400.64
2AABB
3ABCD
4BCDE
5CDEF
8FGHH
10HIII
HPAM 0.20% ZWY- A 0. 06%K-1 0.04%
阳 PAM 0.06% HPAM= 1200 万 T= 60 °C
如果阴、阳离子聚丙在不加抗沉剂的条件下混 合会产生沉淀，本实验采用NH4C1作抗沉剂。表3 表明,NH4C1加入后可提高成胶速度,加入量多少对 最终强度影响不大，复合聚丙烯酰胺凝胶体系的研究,均可达到I级。表明NH4C1是 一种优良的强化剂，交联体系在它的作用下成胶速 度加快，形成立体网状结构，但NH4C1如果加入量 太大会引起凝胶脱水，降低凝胶体系的稳定性。所 以应选择合适的NH4C1。
1.4. 3 pH值对成胶性能的影响
表4 pH值对成胶性能的影响
交联时间（h)pH值
7.0 7.58.08.68.89.09.3
2AAAAABB
3BCCCCCD
4BcDDEED
5CcEEFFE
7CcFFFEE
10GGIIIHH
HPAM 0.20% 阳 HPAM0. 06%HPAM:=1200 万
ZWY- A0.06% NH4C10.4%T=60 °C
表4表明,pH值对成胶性能的影响较大,pH值 在8. 0~ 9.0范围内时，成胶情况较好。在酸性、中 性条件下,羧基的解离受到抑制，而且，本堵剂使用 的是有机铬交联剂，Cr( III)是以络合物形式存在 的，它在特定的pH值下，凝胶体系中缓慢地释放出 铬离子，其机理可用下面的平衡方程式表示（其中 PC02代表的是HPAM):
+ n
Cr( L) n+ mPC02—^十PC〇2) n- m +
-n
交联聚合物 m >2 在凝胶体Cr(L) n络合物是不能直主
交联成胶的，它在特定的条件下释放出铬离子与 HPAM交联成胶，体系中存在着如下关系：
+ nL
Cr(L)n 一+ HPAM 交联体
-nL
在酸性和中性条件下，有机铬不能很好的解离 出Cr3+ ,因而成胶性能不好。当PH值过高时，即强 碱性条件下,〇ir与Cr3+作用形成Cr(OH)3而消耗 &3+ ,因而成胶情况也不好，而在碱度一定的条件, &3+可以缓慢而有效的释放出来，所以成胶性能较 好。
1.4.4温度对成股性能的影响
表5温度对成胶性能的影响
温度（
交联时18406080
2ADFI
5AEHI
23AFII
34CIII
36CIII
46DIII
70FIII
84HIII
96IIII
HPAM= 1200 万 HPAM0. 20%阳PAM0.06%
ZWY- A 0.06%K--1 0.04% T =60 °C
NH4C1 0.4%
表5表明，升高温度可以缩短成胶时间，所以, 在不同的温度地层中成胶时间不同，复合聚丙烯酰胺凝胶体系的研究,因为当温度升 高时，交联剂释放的铬离子就多，所以成胶速度较 快,现场时，应根据具体的地层温度把握成胶时间， 必要时可改变条件以便于注入。
1.4.5交联剂浓度对成胶性能的影响
表6交联剂浓度对成胶性能的影响 ^~联剂（％)
0. 024 0. 036 0. 048 0. 06 0. 072 0. 076
2AAAAAA
3BBBBBB
5CDDDDD
8FGGGGG
9FGGGHH
10HHHHII
12HIIIII
24HIIII滑动
HPAM 0.20%阳PAM0.06%K-1 0.04%
HPAM= 1200 万T= 60 °CNH4C10.4%
从表6可以看出，交联剂浓度对成胶性能影响 较大，成胶时间随着交联剂浓度增大缩短，同时成 胶强度也增大，交联剂浓度在0.048%以上都可形 成刚性凝胶，但是当交联剂浓度大于0.072%时凝 胶的稳定性开始减弱，容易产生滑动的现象，这是 因为在成胶时Cr3+与-COCT基团的摩尔比为1: 3。 当交联剂浓度过大时COCT的相对浓度降低，形 成网状结构的凝胶分子量较小，因此成胶情况有下 降趋势。交联剂浓度过大容易形成强度过大的凝 胶,但易使HPAM与Cr3+发生过度交联，使凝胶发 生脱水收缩，破坏凝胶的强度，同时降低凝胶的粘 附性,易产生滑动。
1.4. 6 HPAM的分子量对成股性能的影响
表7 HPAM的分子量对成胶性能的影响
分子量(万)
交联时间300
-500-600
800120014001700
1AABBB
2ABCCD
3BCCCD
5BCDDF
6CEEFG
7EFGHI
8FGHII
9GHIII
10HHIII
HPAM 0.20% ZWY- A 0.06% pH= 8.0 T= 60 °C 阳 PAM 0.06% NH4Cl〇. 4%
表7表明分子量越大，成胶时间越短,这是因 为HPAM分子量越大，复合聚丙烯酰胺凝胶体系的研究,分子中含-COCT量相对较 多，其与Cr3+接触的几率也越多，故交联速度就越 快，生成的胶体强度也越好。
1.4.7 阳离子聚丙对成胶性能的影响
表8阳离子聚丙对成胶性能的影响
浓度(％)
成胶时0.000.040.080. 12
1AABB
2BCCC
4CDDE
6DEFG
8FGHI
10GHII
12HII
HPAM 0.20% ZWY- A 0.06% pH= 8.0 T= 60 °C HPAM= 1200 万 NH4C1 C
表8表明，在抗沉淀剂NH4C1存在_ 聚丙可以和阴离子聚丙稳定共存，并可
的凝胶。阳离子聚丙的浓度越大，成胶速度越快, 成胶时间也越短，阳离子聚丙浓度对成胶速度有一 定的影响，这是因为浓度增大时高分子链密度增 大，形成交联体系的时间肯定加快,这与阴离子聚 丙对成胶性能影响原因相同。
1.4.8 两性聚丙稀酿胺对成胶性能的影响
表9两性聚丙烯酰胺对成胶性能的影响
浓度(％)
成胶时间00. 160.400.64
1AABB
2CDDD
3DEEF
4EFFG
5FGHH
6GHII
7HIII
8IIII
HPAM 0.20%Z]¥Y- A0. 06%K- 10. 04%
HPAM= 800 万T=60 °CNH4C10. 4%
从表9可以看出，加入两性聚丙烯酰胺之后, 成交时间缩短，成胶速度加快，针对某些区块泥质 含量高的特点,采用两性离子聚丙烯酰胺预处理地 层可以有效的抑制粘土膨胀和泥质微粒分散运移, 提高调堵效果。
1.4.9 水质对成股性能的影响
表10水质对成胶性能的影响
水质
成胶时蒸馏水污水自来水
1AAB
2ACD
3ADG
5AEH
9AGI
14AII
HPAM0. 20%ZWY- A0. 06%K- 1 0. 04%
HPAM=800万T= 60 °C NH4Cl 0. 4%阳 PAM 0. 06%
从表10可以看出，自来水的成胶时间比污水 的成胶时间短,成胶速度也快，复合聚丙烯酰胺凝胶体系的研究,而蒸馏水却不成胶, 这可能是因为自来水、污水中的钙离子和镁离子与 交联剂中的乳酸根离子形成配体，有助于铬离子的 释放，所以自来水和污水均成胶，而蒸馏水不成胶。
1.4.10凝胶的热稳定性
在适宜的PH范围内，将聚丙烯酰胺凝胶分别 放在60°C和80°C度的条件下放置一个月以上，凝胶 的强度几乎没有什么变化，由此说明该凝胶体系具 有良好的的热稳定性。
2结论
(1)经实验得出，以阴离子聚丙烯酰胺为主体, 在合适的PH值条件和抗沉淀剂存在下，可以根据 需要在凝胶体系中加入适量阳离子聚丙烯酰胺或 两性聚丙烯酰胺，共同与乳酸铬交联剂作用，形成 具有一定强度的凝胶。
(2)在一定的PH值、交联剂浓度条件下,HPAM 浓度越高,成胶速度越快，成胶性能越好。
(3)pH值在8.0- 9.0范围内成胶情况较好，在 酸性、中性、强碱条件下成胶效果都不好。
(4)分子量越大成胶速度越快，成胶效果也越 好。
(5)交联剂浓度在0. 024% - 0.06%左右成胶 情况较好。
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