新型耐鹽性堵水劑的合成及性能研究

韓靜，趙怡，楊紅麗

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安 716000）

在油田開發(fā)工作中，面臨的最嚴(yán)重的風(fēng)險問題之一就是油井出水[1]。在我國，隨著注水開發(fā)的不斷深入，油田的綜合含水率也隨之升高[2]。當(dāng)前，我國主要油田的綜合含水率都已達到83%以上，其中位于東部地區(qū)的主要油田，其綜合含水率更已達到90%以上。

油田在長期的注水開發(fā)過程中，受到油藏的橫向和縱向非均質(zhì)性、油水黏度差異及油水井組內(nèi)不平衡等因素的影響，必然會造成注入的水沿滲透率高的油層突進，同時滲透層會向著生產(chǎn)井的方向不斷竄流，嚴(yán)重降低注入水的循環(huán)效率[3]。這一問題，不僅會影響原油開采工作，降低開采效率，還會加大能源消耗，需要處理更多的產(chǎn)出液，同時還會腐蝕管線，進而使得原油開采成本大幅度增加。而且，在這一過程中，還會對生態(tài)環(huán)境造成更為嚴(yán)重的污染，無論是經(jīng)濟效益，還是社會效益，都會大幅度降低[4]。

基于油井出水的巨大危害，在注水開采原油的過程中，采用科學(xué)合理的措施，也就是調(diào)剖堵水，有效解決油井出水問題是非常有必要的[5]。在使用調(diào)剖堵水措施時，需要使用堵水劑或調(diào)剖劑，其對調(diào)剖堵水措施的應(yīng)用效果具有至關(guān)重要的影響[6]。因此，近年來國內(nèi)外對油田堵水工作越來越重視，同時也越來越關(guān)注堵水劑、調(diào)剖劑的研究和應(yīng)用工作[7]。對新型耐鹽性堵水劑的合成及性能研究，對油田開發(fā)建設(shè)具有十分重要的現(xiàn)實意義[8]。

1 堵水劑實驗室合成概述

1.1 堵水劑合成

在實驗室合成堵水劑的過程中，首先需要將一定量的去離子水加入反應(yīng)瓶中，然后再按比例加入丙烯酸，之后使用一定量的堿對丙烯酸進行中和。完成中和步驟之后，再依次加入丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、無水乙醇、交聯(lián)劑和氧化還原引發(fā)劑。加入這些物質(zhì)后，還要不斷向反應(yīng)器中輸送氮氣，以對反應(yīng)過程做好保護，同時必須攪拌均勻，然后在恒溫下反應(yīng)一段時間（2～4 h），反應(yīng)完畢后，就可以得到堵水劑[9]。

1.2 堵水劑提純及干燥

合成堵水劑之后，此時的堵水劑中含有大量的水分，需要進一步進行提純和干燥處理才能夠得到成品堵水劑[10]。在對堵水劑進行提純和干燥時，主要分為兩個步驟：首先，需要在燒杯中放入酒精，然后再將合成的堵水劑放入其中，利用酒精洗去堵水劑聚合物中未得到反應(yīng)的單體物質(zhì)。在將堵水劑放入到酒精中時，必須將其剪成碎小的顆粒，以便能夠更好地提純和干燥。其次，將帶有堵水劑的酒精燒杯放入到恒溫烘箱中（100 ℃）進行干燥，時間為6 h。完成提純和干燥之后，需將堵水劑裝入塑料袋中密封好，再放入干燥器中備用。

1.3 堵水劑吸水率測定

合成堵水劑后需要對堵水劑的吸水率進行測定，從而了解堵水劑質(zhì)量是否合格，是否能夠達到實踐應(yīng)用的需求[11]。堵水劑吸水率的測定方法如下：首先，取一定質(zhì)量的堵水劑，將其放入燒杯內(nèi)，再放入吸收液，讓堵水劑聚合物吸水至飽和，然后再使用尼龍布，將堵水劑中的游離介質(zhì)過濾掉。此時，堵水劑已成為凝膠狀，只需稱出凝膠的重量，再依照相關(guān)公工進行計算，就可以得出堵水劑的吸水率。具體計算公式如下：

式中：W1和W0—堵水劑吸收水分前的重量和吸收水分后的重量。

在測定堵水劑吸水率時，為了使實驗更有效率，能夠在短時間內(nèi)篩選出耐鹽性調(diào)剖堵水劑的最佳合成配方，應(yīng)在確定最佳配方時，就對堵水劑的性能進行評價[12]，其評價內(nèi)容主要包括膨脹性能、吸水速度以及吸水膨脹后的強度。為了實現(xiàn)快速評價，應(yīng)采用較為簡單且較為快速的評價方法，具體方如下：首先，將堵水劑聚合物放入提前準(zhǔn)備好的待吸液中，使其吸水至飽和狀態(tài)，然后對其膨脹倍數(shù)進行測量。根據(jù)測得到的數(shù)據(jù)信息，對堵水劑的膨脹性能進行全面評價。其次，對堵水劑吸水速度的評價則是用相同時間下堵水劑吸收水后的膨脹倍數(shù)來衡量[13]。最后，評價堵水劑膨脹后的強度，需要用手?jǐn)D壓充分膨脹的堵水劑，以此來評價、判斷堵水劑強度[14]。

2 堵水劑理化性能分析

在進行堵水劑合成工作時，通過實驗合成并得到相應(yīng)的聚合產(chǎn)物后，還要對其進行造粒、烘干、粉碎以及篩分等工藝進行加工處理，還要對配方以及加工工藝進行系統(tǒng)的調(diào)整，最終得到不同類型的堵水劑[15]。這些堵水劑在微粒半徑、膨脹倍數(shù)和時間、耐溫性以及強度等方面都有一定的差異，需要根據(jù)實際應(yīng)用需求，合理選擇性能最佳的堵水劑。

在實際應(yīng)用堵水劑時，由于水源的具體情況不同，對堵水劑的性能要求也各不相同。因此，在完成堵水劑合成之后，還要對堵水劑的性能進行實驗分析，通過對堵水劑的抗高溫、抗高鹽、膨脹率等方面的性能進行實驗和研究，從而全面考察堵水劑的實際性能，為油田開發(fā)工作做好保障。

2.1 膨脹率

所謂膨脹率，就是指堵水劑顆粒充分吸收水分至飽和狀態(tài)之后，重量比吸水前增大的倍數(shù)，也就是指單位質(zhì)量的堵水劑顆粒吸入的水分的重量。這是影響堵水劑整體性能的重要因素。除了膨脹率之外，膨脹速率也是分析堵水劑理化性能的關(guān)鍵因素。膨脹速率的含義，是指一定質(zhì)量的堵水劑顆粒，在特定條件下，一定時間內(nèi)吸收的水分重量[16]。具體測量堵水劑膨脹率的方法，是稱取一定重量的堵水劑顆粒，將其放入溶脹介質(zhì)中進行浸泡，一定時間后堵水劑充分吸收水分，形成凝膠。此時，取出凝膠后使用濾紙將表面水分吸干，再進行稱重。根據(jù)稱量后得到的數(shù)據(jù)進行計算，就可以得到堵水劑樣品的膨脹率。

通過對多種不同的堵水劑的膨脹率進行實驗測試，然后對比實驗結(jié)果，從而根據(jù)實際需求選擇性能最佳的堵水劑類型。堵水劑需要在油田開發(fā)中進行應(yīng)用，因此在實驗室對堵水齊膨脹率進行實驗測試時，應(yīng)盡量模擬油田環(huán)境。特別是在評價堵水劑的耐鹽性時，應(yīng)對堵水劑在鹽水介質(zhì)中的溶脹速率進行系統(tǒng)實驗研究。

新型耐鹽性堵水劑主要適宜應(yīng)用于含鹽濃度較高的油水井環(huán)境之中。但在選擇新型耐鹽性堵水劑時，還要充分考慮油水井環(huán)境中，所含鹽的類型和具體濃度等因素，從而更加精準(zhǔn)地確定新型耐鹽性堵水劑的膨脹率，根據(jù)實際需求合理選擇堵水劑類型，為提高油田開發(fā)效率發(fā)揮積極的作用[17]。

2.2 堵塞率

堵塞率主是要指堵水劑對孔隙的堵塞作用[18]。通過實驗發(fā)現(xiàn)，水分的注入量不斷增加，其阻力也會隨之增大，而且幅度非常明顯，這就表現(xiàn)堵水劑對孔隙具有良好的堵塞作用。在實際應(yīng)用中，當(dāng)堵水劑進入高滲透區(qū)域，由于堵水劑能夠吸收大量的水分，受到堵水劑的影響，此時后續(xù)的水分就會逐漸進入低滲透區(qū)域，此時波及效率能夠得到明顯的提高。除此之外，使用堵水劑不僅能夠有效堵塞孔隙，還能夠?qū)⒖紫吨械挠蛿y帶來出，同時還能將孔喉中的油擠出來，從而在水驅(qū)后，促使油膜或油滴得到有效聚集，最終形成油帶，有效提高微觀驅(qū)油效率，也為原油開采效率的有效提升起到良好的輔助作用[19]。

2.3 堵水劑在多孔介質(zhì)中的運移規(guī)律

在對堵水劑的理化性能進行評價時，對于其在多孔介質(zhì)中的運移規(guī)律也需要進行實驗研究。通過采用微觀實驗裝置，對堵水劑通過孔喉時的運移特征進行深入研究[20]。通過實驗，發(fā)現(xiàn)堵水劑在多孔介質(zhì)中運移時，會表現(xiàn)出以下情況：如果堵水劑顆粒小于孔喉大小，在注入水時，受到水的驅(qū)動，堵水劑顆?？梢皂樌ㄟ^孔喉；具有良好黏彈性的堵水劑，在多孔介質(zhì)中運移時可發(fā)生變形，表現(xiàn)出“變形蟲”的特征，在通過孔喉后形狀可復(fù)原；在較小的孔隙中，受到擠壓時堵水劑會發(fā)生部分脫水現(xiàn)象，但當(dāng)堵水劑顆粒進入較大的孔隙后，可以重新吸收水分，從而恢復(fù)原狀；當(dāng)驅(qū)動力較大，堵水劑直徑和孔喉直徑也具有較大的差距時，堵水劑顆?？赡軙馐芷茐?，進而變成直徑更小的顆粒，能夠與孔喉直徑更為匹配。通過實驗發(fā)現(xiàn)，堵水劑在多孔介質(zhì)中運移時，常會同時出現(xiàn)幾種機理，其具體表現(xiàn)也是幾種機理相互影響后形成的綜合特征，很難表現(xiàn)出單一機理的作用效果或特征[21]。

3 結(jié)束語

基于堵水劑在油田開發(fā)中的重要作用，對新型耐鹽性堵水劑的合成及性能研究是非常有必要的，同時也是提高我國油田開發(fā)技術(shù)水平的一項重要建設(shè)工作，直接關(guān)系著我國的原油開采經(jīng)濟效益和社會效益。所以，應(yīng)對堵水劑的性能進行深入研究，不斷優(yōu)化其合成方法，為油田開發(fā)工作提供優(yōu)質(zhì)的堵水劑，使原油開采的經(jīng)濟及社會效益都能夠得到顯著提升，也為我國社會經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)，奠定重要的能源基礎(chǔ)。