姚文鸿，钱志鸿

(1.中国石油大学(华东)，山东青岛 266555;2.江苏油田档案馆，江苏扬州 225009;3.江苏油田工程技术研究院，江苏扬州 225009)

油井过多产水是油田开发进入中后期面对的一项重要问题 ，其危害很大［1］。控水稳油是油田开发过程中的重要课题，控水稳油技术有水井调剖和油井堵水。化学堵水技术始于20世纪50年代，经历了不断的发展，出现了无机材料、有机材料、生物材料、复合材料和新型材料等5大类堵水剂［2－5］。其中，丙烯酰胺(AM)类堵水剂是应用最广的堵水剂，其特点是配制方便、注入性好、成胶强度大，缺点是成胶时间较短，室内静态成胶时间在3 h内，因而增加了现场施工的难度。笔者以江苏油田常用AM类堵剂配方为例，通过对AM类堵剂各主要组分对成胶的影响分析，优化了AM类堵剂的基本配方;同时，考察温度、pH、剪切等影响因素对成胶的影响。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

丙烯酰胺，工业级;引发剂Y，过硫酸盐，工业级;交联剂J，室内自制，主要成分有含亚甲基双丙烯酰胺、甲醛等。

恒温烘箱;流变仪MCR－301，安东帕公司。

1.2 实验方法

静态成胶实验:按照一定比例配制的AM溶液放在广口瓶中，置于65℃的烘箱，定期观察成胶情况，采用目测强度代码法评价冻胶的强度。

动态振荡扫描:配制系列AM溶液，通过流变仪考察不同温度下，AM成胶过程的强度变化。通过文献查阅和前期实验，实验条件确定为控制应力 0.5 Pa，频率为 1 Hz。

2 结果与讨论

2.1 AM冻胶体系配方各组份对成胶的影响

2.1.1 主剂用量对成胶的影响

基本配方为1%～6%AM+0.03%引发剂Y+0.03%交联剂J。固定交联剂和引发剂的用量，改变主剂用量配制系列AM溶液放在广口瓶中，置于65℃的烘箱，观察成胶情况，采用目测强度代码法评价冻胶的强度，结果见表1。

表1 单体用量对成胶时间、成胶强度的影响

由表1可知，AM用量在3%以上均能成胶。在3%～6%时，成胶时间逐渐加快和成胶强度逐渐加强，大于5%时，成胶时间基本控制在2～3 h，最终成胶强度能达到H级。考虑堵水剂的经济性和注入地层的稀释，AM用量应选择在4%～5%比较合适。

2.1.2 引发剂用量对成胶的影响

固定主剂和交联剂的用量，改变引发剂用量配制系列AM溶液放在广口瓶中，置于65℃的烘箱，定期观察成胶情况，按目测强度代码法评价冻胶的强度，基本配方为 4%AM+0.005%～0.05%引发剂Y+0.03%交联剂J。实验结果见表2。

表2 引发用量对成胶时间、成胶强度的影响

由表2可知，引发剂用量大于0.005%时都能成胶，随着用量的增加，成胶时间加快，成胶强度反而降低，通过分析认为，引发剂用量高，产生的自由基也相对较多，加聚反应加快，分子链反而变短，响应冻胶最终强度也变差。可见引发剂用量有较宽的范围，考虑经济性、成胶时间等多方面因素，推荐引发剂用量以0.01%～0.03%较合理。

2.1.3 交联剂用量对成胶的影响

固定主剂和引发剂的用量，改变交联剂用量配制系列AM溶液放在广口瓶中，置于65℃烘箱，定期观察成胶情况，按目测强度代码法评价冻胶的强度。基本配方为:4%AM+0.03%引发剂Y+0.005%～0.05%交联剂J。实验结果见表3。

表3 交联剂用量对成胶时间、成胶强度的影响

由表3可知，交联剂用量与成交时间、成胶强度成正比，当交联剂用量大于0.02%时，都能较好地成胶，强度在G级左右;当交联剂用量小于0.02%时，溶液能够增稠，但强度达不到冻胶级别，同时，冻胶黏度会随时间产生先增加后又降低的现象，分析认为，交联剂用量较低，生成的冻胶交联度不够，且该冻胶稳定性也低，最终黏度会随时间降低。

综上所述，AM体系中主剂和交联剂对成胶起正作用，即随着用量的增加，成胶时间和强度都能随着增加，引发剂对体系成胶的影响是反作用，即随着时间的增加成胶时间变快，强度减弱;考虑施工成本经济性、冻胶有效性及抗稀释性等，得出AM系列堵剂的最佳配方在65℃下为4%～5%AM+0.01%～ 0.03% 引发剂 Y+0.02%～0.04% 交联剂 J。

2.2 影响AM系列堵水剂成胶其他因素

2.2.1 AM体系冻胶温度敏感性考察

设计配方为4%AM+0.02%引发剂 Y+0.03%交联剂J的冻胶体系，通过动态振荡扫描，考察其在不同温度下的成胶行为和成胶强度，结果见图1。

图1 AM在各温度下的成胶情况

由图1可知，AM体系对温度敏感，随着温度的升高，成胶时间明显缩短，这是因为过硫酸盐产生2个自由基会随着温度的升高而加快。一般认为，温度高于55℃时，成胶时间过短，需要进行反应调节。

2.2.2 AM体系冻胶在不同pH值条件下的成胶能力

设计配方为4%AM+0.02%引发剂Y+0.03%交联剂J的冻胶体系，考察其在不同pH下(4，7，9，11)的成胶行为和成胶强度，结果见表4。

表4 不同pH值对成胶时间、成胶强度的影响

由表4可知，该体系在酸性条件下，加快成胶反应，碱性条件下，则会降低成胶速率，这是因为酸性条件下，提高了自由基的活性，加速了其引发AM的聚合反应，影响成胶的时间。

2.2.3 AM体系冻胶在不同剪切情况下的成胶能力

设计配方为4%AM+0.02%引发剂 Y+0.03%交联剂J的冻胶体系，考察其在不同转速下的成胶行为和成胶强度，测试结果见图2。

图2 不同剪切下的成胶情况

由图2可知，剪切影响AM体系的成胶速度，低剪切对成胶速度影响较小，高速剪切对成胶速度影响较大，剪切对成胶强度的影响较小。

3 结论

1)AM体系中主剂和交联剂对成胶起正作用，即随着用量的增加，成胶时间和强度都能随着增加，引发剂对体系成胶的影响是反作用，即随着用量的增加成胶时间变短，强度减弱。65℃下，AM系列堵剂基本配方以4%～5%AM+0.01%～0.03%Y 引发剂 +0.02%～0.04%交联剂 J较为合理。

2)AM体系对温度敏感，温度升高，成胶时间明显缩短，这是因为自由基引发AM聚合反应是放热反应，温度过高，产物PAM分子链越低，影响冻胶强度。

3)AM体系在酸性条件下，加快成胶反应，而在碱性条件下，则会降低成胶速率，这是因为酸性条件下，提高了自由基的活性，加速了其引发AM的聚合反应，延长了成胶的时间。

4)剪切能影响AM体系的成胶速度，低剪切对成胶影响较小，高速剪切对成胶的影响较大，剪切对成胶强度的影响较小，AM体系具有一定的抗低速剪切能力。

［1］高飞，李宜坤，王艳辉.国外选择性堵水剂进展［J］.油田化学，2009，27(3):346 －349.

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