Cr3+/HPAM凝胶体系成胶强度影响因素研究

摘　要：本文章研究了不同影响因素对Cr3+/HPAM弱凝胶体系的影响规律，结果表明HPAM种类、HPAM浓度、Cr3+交联剂浓度、pH值、矿化度、温度、剪切等诸多方面因素对Cr3+/HPAM弱凝胶体系成胶强度都有较大的影响。

关键词：Cr3+/HPAM弱凝胶　调驱体系　影响因素　成胶强度

在油田注水开发的中后期，含水上升，油水分布关系复杂[1,2]。聚合物驱和堵水调剖技术作为重要的提高原油采收率的措施越来越引起油田的重视，但现场聚丙烯酰胺注入过程中易产生机械降解，聚合物粘度损失较大，造成采收率低、开发成本高。近几年来多采用弱凝胶进行调驱，即利用少量的聚合物，加入交联剂，得到粘度远大于聚合物溶液的粘状液，可以有效地增粘、调剖[3,4]。目前关于弱凝胶成胶强度影响因素的研究仍然较少，本实验针对Cr3+/HPAM弱凝胶调驱体系的成胶强度影响因素进行了综合研究，为深部调驱矿场试验的配方体系设计奠定了基础。

一、实验仪器及药品

仪器：LVTD-Ⅱ型Brook Field粘度计（美国）；YDP-02-OD型电子天平（德国）；DHG 9246A电热恒温干燥箱；UPT-III-20L超纯水仪。

药品：HPAM主要有盘锦兴建（水解度26.0%，平均相对分子质量1.8×107）；北京3#（水解度26.0%，平均相对分子质量1.55×107）；北京5#（水解度26.5%，平均相对分子质量1.78×107）；太原（水解度25.0%，平均相对分子质量1.5×107）。

Cr3+交联剂为实验室合成；HCl、NaOH均为化学纯，NaCl、Na2S为分析纯。

配制用水：辽河油田锦16块回注污水（矿化度影响除外）。

二、实验方法

1.HPAM母液配制

用电子天平准确称取聚合物粉末（精确至0.001g），缓慢加入匀速搅拌的污水中，搅拌2h，直至溶液无“鱼眼”，浓度为2000mg/L，静置2h，备用。

2.凝胶溶液配制

将聚合物、水、交联剂按一定比例依次加入烧杯中，搅拌，配制成200mL溶液，装入250mL的密封瓶内，抽真空、封口，放置于56℃恒温干燥箱内（温度影响除外），定期取样测定粘度。

3.粘度测定

将配制的弱凝胶体系放入广口瓶中，静置于56℃（温度影响除外）恒温水浴中，粘度计的转速设定为6rpm/min，取15s的粘度值为测量值。

三、结果与讨论

1.HPAM品种对体系成胶强度的影响

将HPAM溶液和交联剂配制成0.1%聚合物+0.05% Cr3+交联剂的弱凝胶体系，一定时间后取出测其粘度，结果见表1：表1　不同品种HPAM的Cr3+/HPAM弱凝胶体系成胶稳定性

从表1中可以看出：并不是所有聚合物和Cr3+交联剂能够能形成稳定的弱凝胶体系，1000mg/L太原+500mg/L Cr3+交联剂体系虽然在1天时粘度较高，但稳定性不好；而在30天时仅有1000mg/L盘锦+500mg/L Cr3+交联剂体系能够保持成胶状态。这说明，HPAM种类对弱凝胶的成胶强度及稳定性具有影响，主要是因为HPAM的生产工艺不同，工业生产HPAM过程中采用自由基聚合反应，所用的自由基引发剂种类很多，包括过氧化物、过硫酸盐、氧化-还原体系、偶氮化合物、超声波、紫外线、离子气体、等离子体、高能辐射等。因此，HPAM种类选择不当将会导致体系不成胶。

2.HPAM浓度对体系成胶强度的影响实验中，我们固定Cr3+交联剂浓度为500mg/L、聚丙烯酰胺浓度在200mg/L～1000mg/L之间变化，实验结果见表2：表2　HPAM浓度对Cr3+/HPAM弱凝胶体系影响

从实验结果可以看出，随着聚合物浓度的增加，体系粘度均上升，当聚合物粘度低于400mg/L时，体系无法成胶。这是因为随着聚合物浓度的增加分子间碰撞、缠绕的几率也随之增加，与交联剂发生反应的官能团亦增加，因此所形成的交联体系强度明显增加。

3.交联剂浓度对体系成胶强度的影响

实验选择HPAM的浓度均为1000mg/L， Cr3+交联剂的浓度在100mg/L～500mg/L之间变化，实验结果见表3：表3　交联剂浓度对Cr3+/HPAM弱凝胶体系的影响

从实验结果可以看出，当HPAM浓度为1000mg/L时，Cr3+交联剂浓度低于200mg/L时体系不成胶，当Cr3+交联剂浓度高于200mg/L时弱凝胶体系的粘度随交联剂浓度的增加而增加。综合3.2和3.3的实验结果，交联剂浓度和HPAM浓度对弱凝胶体系都有较大影响，Cr3+交联剂浓度和HPAM浓度在一定的范围之内可以成胶，超出范围不成胶，因此配方设计中应选择合适的Cr3+交联剂浓度和HPAM浓度。

四、结论

1.HPAM品种对Cr3+/HPAM弱凝胶体系影响较大，选择不当，体系不成胶；

2.Cr3+交联剂浓度和HPAM浓度在一定的范围之内可以成胶，超出范围不成胶；

3.Cr3+/HPAM弱凝胶体系在温度60~70℃之间、pH值在7~9之间、矿化度在2000mg/L～10000mg/之间时成胶效果较好；

4.轻微的剪切作用会增加Cr3+/HPAM弱凝胶体系的强度，但是严重剪切可是体系不成胶，而S2-的加入会降低Cr3+/HPAM弱凝胶体系的强度。参考文献[1] 田鑫，任芳祥，韩树柏，等. 可动微凝胶封堵性能影响因素研究[J]. 石油天然气学报（江

汉石油学院学报），2010,32（6）,139-142.[2] 海玉芝，孔柏岭，张丽庆，等.耐温抗盐有机微凝胶体系影响因素研究[J]. 油田化学，2007，24（2），158-162.[3] 余维初，张建国，吴金星，等. 聚合物凝胶性能影响因素试验研究[J]. 石油天然气学报（江汉石油学院学报），2001,27（3），392-393.[4] 翁蕊，韦莉. 低浓度HPAM/Cr3+凝胶成胶行为影响因素的研究[J]. 油田化学，1999,16（1），53-56.