无机颗粒状材料对凝胶体系性能分析范文

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摘要:聚合物凝胶体系中加入0．1%800目的重钙对填充的凝胶体系的性能进行了评价，并与空白凝胶体系进行对比。

关键词:无机材料;碳酸钙;重钙;调剖堵水;凝胶;评价

对于非均质性较为严重的油藏，随着注水开发的不断进行，大量冲刷造成粘土膨胀、运移等，非均质性越来越严重。导致生产井过早见水，中、低渗透层动用程度较低或未动用［1-4］。为了提高油田注水开发效果，进一步启动中低渗透层，需要对注水井进行调剖，对油井进行堵水。目前国内外已经有很多比较成熟的调剖剂，其中以聚合物凝胶为主的调剖剂最为常用［5-6］。对于普通聚合物凝胶，如果需要大幅度提高其强度，需要增加聚合物的浓度，造成堵水材料使用成本大幅提高。如果在体系中加入低成本的无机材料，既能提高凝胶体系的强度，又能达到公司降本增效的目的［7-9］。

1实验部分

1．1试剂与仪器

碳酸钙(400目、800目、1500目)、重钙(约800目)阴离子型聚丙烯酰胺聚合物MR1800(分子量为1900万)均为工业品;交联剂，自制;NaOH，分析纯。电子天平;RO10恒温电热磁力搅拌器;RW20搅拌机;电热鼓风干燥箱;博勒飞DV-Ⅲ流变仪。1．2实验方法经过前期实验研究，确定本次实验的基础配方为95．75%水+0．6%碱液+一定质量的无机材料+0．4%MR1800+3．25%自制交联剂。将不同无机材料以0．10%的浓度加入凝胶中，测试凝胶的成胶强度以及稳定性。

2结果与讨论

2．1不同无机材料对凝胶体系强度的影响

实验结果见图1。图1不同无机材料对凝胶性能的影响Fig．1Effectsofdifferentinorganicmaterialsonthegelproperties由图1可知，碳酸钙和重钙等无机材料的加入能够大大增加凝胶体系的强度。这是由于碳酸钙等无机颗粒与聚合物高分子链中的极性基团存在一定的吸附作用，使无机材料可以在凝胶体系中起骨架支撑的作用。此外，凝胶中高分子链与碳酸钙颗粒相互作用、相互缠结，当凝胶受到外力时，凝胶体系通过无机颗粒传递应力，从而可以大幅度提高凝胶体系的强度。其中粒径为800目的重钙提高体系强度的能力最佳，其稳定性能也较好［10］。

2．2无机材料浓度的筛选

对800目重钙的使用浓度进行筛选，实验结果见图2。图2重钙(800目)浓度对凝胶的影响Fig．2Effectofcalciumtriplesuperphosphate(800mesh)concentrationongel由图2可知，随着无机材料含量的增加，凝胶体系的成胶时间逐渐缩短(这说明无机材料对凝胶体系有促进交联的作用)，凝胶体系的强度也大幅增加。当重钙浓度大于0．1%以后，随着其含量的增加，成胶强度变化幅度不大。从老化20h后的粘度可以看出，当重钙浓度大于0．1%以后，凝胶体系粘度下降幅度较大，稳定性较差。所以，重钙的的较佳加量为0．1%。

2．3无机材料填充凝胶体系的性能评价

2．3．1无机材料对凝胶体系的初始粘度影响在凝胶体系中加入无机材料，由于加剧了分子间的摩擦，导致初始粘度上升，初始粘度较高会影响凝胶体系的注入性能。粘度随加入材料的变化见图3。图3无机材料对凝胶初始粘度的影响Fig．3Influenceofinorganicmaterialsontheinitialviscosityofthegel由图3可知，随着无机材料加量的增加，凝胶体系的初始粘度增加。当无机材料浓度从0．15%增加到0．2%时，体系的初始粘度大幅增加。四种物质中，400目的碳酸钙以及800目的重钙对体系的粘度影响较小。2．3．2无机材料填充凝胶体系的封堵性能评价用一定粒径的石英砂填制填砂管模型，使填砂管渗透率在400×10－3μm2左右。分别评价填充了无机材料的凝胶体系以及没有填充无机材料的凝胶体系。实验步骤如下:①将实验仪器按流程图连接，连接前排除管内气体;②以1．0mL/min注入速度测其盐水相渗透率K1和孔隙度;③油驱水，建立束缚水饱和度;④水驱油，建立残余油饱和度;⑤保持以0．25mL/min注入速度恒速注入弱凝胶溶液0．5PV，记录压力变化和实际流量;⑥关闭流程候凝，候凝48h;⑦以1．0mL/min注入速度恒速注入盐水，记录压力变化和实际流量，计算渗透率K2，并计算封堵率。实验均在温度设定为相关区块油藏温度(30℃)的恒温箱中进行，结果见表1。由表1可知，填充了无机材料的凝胶体系对填砂管模型的封堵性能较好，封堵率达到98%以上，而没有填充无机材料的体系封堵率不到96%。2．3．3无机材料填充凝胶体系突破压力及突破压力梯度评价在封堵率的测定实验中，用地层水以1mL/min的流量进行后续水驱时，填砂管出口端流出第一滴液体，且以后不断有液体流出，此时进口端压力表的读数为弱凝胶体系的突破压力Pmax，该值与岩心长度的比值即为突破压力梯度Pm。实验结果见表2。由表2可知，填充了无机材料的凝胶体系，其突破压力达到5．73MPa，突破压力压力梯度达到11．64MPa/m，均比没有填充无机材料的凝胶体系高，说明填充了无机材料的凝胶体系具有较强的封堵能力。2．3．4无机材料填充凝胶体系耐冲刷能力评价当填砂管测完突破压力和堵塞率后，继续用地层水冲刷填砂管，以1mL/min流量注入盐水，测定每注入5倍孔隙体积倍数盐水后的渗透率。通过填砂管中石英砂经过多倍孔隙体积的盐水冲刷后的渗透率变化趋势评价弱凝胶体系的耐水冲刷性能，结果见表3。由表3可知，在大量水冲刷的过程中，用填充了无机材料的凝胶体系封堵的填砂管模型渗透率有一定程度的升高，但是升高幅度不大，在冲刷20PV后对裂缝的平均封堵率仍然达到98%，而没有填充无机材料的凝胶体系的渗透率升高幅度较大。说明无机-凝胶复合调堵体系所形成的封堵能够长时间保持，具有较好的耐冲刷能力。2．3．5无机材料填充凝胶体系剖面改善率评价(1)填制两根渗透率不同的填砂管，分别以1mL/min的流量进行水测渗透率;(2)将渗透率大小不同的填砂管并联起来，以1mL/min的流量对其进行分流量的测定;(3)以0．25mL/min的流量注入0．5倍孔隙体积的调剖剂;(4)把注入堵剂的并联填砂管放进恒温箱中(30℃)恒温48h;(5)以1mL/min的流量进行后续水驱，测注入堵剂后的渗透率和吸水量，从而评价调剖剂的剖面改善率。实验结果见表4。 由表4可知，填充了无机材料的凝胶体系具有较好的选择性，虽然注入调剖剂后同时降低了高渗和低渗填砂管模型的渗透率，但是其对高渗模型的封堵作用明显高于低渗模型。剖面改善率高达97．83%，具有较好的剖面改善能力。没有填充无机材料的凝胶体系的剖面改善率略低，为97．2%，两者相差不大。

3结论

(1)将一定量的无机材料加入凝胶体系中，能够增加凝胶体系成胶后的强度，800目的重钙增加凝胶体系强度的能力最好，最佳加量为0．1%，当加量超过0．1%后。(2)加入无机材料后，初始粘度上升，400目的碳酸钙以及800目的重钙对体系的粘度影响较小。(3)填充了无机材料的凝胶体系具有较好的封堵性能，封堵率达到98%以上，而没有填充无机材料的凝胶体系封堵率为96%。(4)填充了无机材料的凝胶体系具有较好的耐冲刷能力，经过20PV注入水的冲刷后，渗透率升高幅度不大。(5)填充了无机材料的凝胶体系的剖面改善率为97．83%，与空白凝胶体系的剖面改善能力相差不大。

参考文献:

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［5］王增宝，付敏杰，赵修太．耐高温沉淀型无机硅酸盐堵剂体系研究［J］．应用化工，2013，42(9):1559-1561．

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作者：何志强 陈蔚立 单位：四川仁智油田技术服务股份有限公司