油田在注水開發後期會形成較大的竄流通道， 導致注人水沿封堵作用此通道無效循環，達不到提高采收率 的目的。因而如何封堵大孔道，使液流改向波及未 被開采的油儲層成為石油開采中麵臨的首要問 題[1]。國內外學者對於封堵劑的研究做了大量的工 作，很多封堵材料在油田得到應用並取得較好的提 高采收率效果。如交聯聚合物溶液、弱凝膠等[-6]。 但這些封堵材料不適應一些苛刻的油藏條件，當配 注水中含一定量的氧或者油藏溫度較高時，易使聚 合物發生氧化降解反應。過度的氧化降解會改變 HPAM的分子結構，影響聚合物與交聯劑的交聯反 應，從而影響這些封堵材料的深部封堵效果，從而限 製了它們的應用範圍。預交聯凝膠微粒（Performed ParticalGel，PPG)是由交聯劑和聚合單體通過反相 懸浮聚合而得到，外觀形態呈規則球形，故又稱作交 聯聚合物微球（簡稱微球）。PPG是極其微小的，由 線型分子內交聯構成的網絡，或者幾根分子間發生 交聯的網絡與所含溶劑組成，是凝膠的一種，但由於其尺寸極小，故又稱作微凝膠w]PPG作為封堵 材料具有一般凝膠所不具有的一些性質。普通凝膠 是一種交聯體係，因而易受油層條件如溫度、礦化 度、地層剪切作用的影響，不能很好地起到封堵作 用。而PPG是一種預交聯體係，具有耐溫、抗鹽及 抗剪切穩定性等優點，非常適用於苛刻的油藏條 件[9—13]。但目前關於PPG的研究較少。交聯聚合 物微球在油藏條件下的穩定性直接影響到其封堵和 提高采收率效果。如果微球在油藏條件下抗鹽穩定 性較差，容易發生降解、微球結構被破壞，那麽微球 就有可能失去對儲層岩石孔隙的封堵特性，無法起 到深部調驅的作用。為此，本文主要采用核孔膜過 濾、填充砂管、流變、動態光散射（DLS)及顯微鏡研 究了鹽質量濃度對交聯聚丙烯酰胺微球的形態、大 小及封堵特性的影響。

 

1 實驗部分1.1試劑與儀器丙烯酰胺、丙烯酸及NaOH,分析純，北京益利 精細化學品有限公司產品。Span-80與Tween-60 均為化學純，北京益利精細化學品有限公司生產。 去離子水：經0.22 ^m的醋酸纖維素微孔濾膜過濾。 白油，撫順石化公司生產。無水乙醇、正戊烷，北京 現代東方精細化學品有限公司生產。

 

S-360型掃描電鏡，英國Leica公司生產。 Mastersizer 2000激光衍射儀，英國馬爾文公司生 產。BX-41光學顯微鏡，日本Olympus公司生產。

 

1.2實驗方法1.2.1交聯聚丙烯酰胺微球的合成及純化將一 定量的Span-80與Tween-60溶解於白油中為油 相，以丙烯酰胺、丙烯酸、氫氧化鈉和交聯單體等溶 於水中為水相，兩相形成W/O型乳液，采用 (NH4)2S2〇s-NaHS〇3氧化還原體係引發體係聚 合，溫度由22 °C升溫至70 °C,恒溫反應2 h,得到含 交聯聚丙烯酰胺微球的乳液。

 

將乳液以體積比1 :10的比例放人無水乙醇 中，充分攪拌進行破乳，可以看到容器底部生成大量 的白色絮凝狀沉澱。將體係抽濾，得到的濾餅再以 體積比1:5的乙醇洗滌、抽濾。得到的濾餅自然風 幹。為去除濾餅中的表麵活性劑，將風幹後的濾餅 用玻璃棒搗碎，裝人濾紙筒中，封好筒口，將紙筒放 人索氏提取器中，用正戊烷溶液240 mL抽提48 h。 處理過的交聯聚丙烯酰胺微球為白色粉末。

 

1.2.2光衍射分析用英國馬爾文公司生產的 Mastersizer 2000激光衍射分析儀測定交聯聚丙烯 酰胺微球溶脹後的粒度分布。該儀器的粒度測量範 圍為0.?3 000丨迎，光源為He-Ne激光光源，波長 630.0 nm,測試溫度25 C。

 

1.2.3流變特性測定用德國HAAKE公司的 RS600型流變儀測定交聯聚丙烯酰胺微球分散體係 的流變特性，測定溫度為（30±0.1)C。

 

1.2.4顯微鏡觀測取少量溶脹後的交聯聚丙烯 酰胺微球溶液樣品於潔淨載玻片上，用日本奧林巴 斯公司生產的BX41型顯微鏡觀察，選擇典型區域 進行拍照。

 

1.2.5核孔膜過濾核孔膜過濾裝置與方法參考 文獻[14]。交聯聚丙烯酰胺微球通過核孔膜的過濾 壓力為0.05 MPa,實驗中記錄過濾20 mL的交聯聚 丙烯酰胺微球所需時間。所用核微孔濾膜由中國原 子能科學研究院提供，孔徑為1.2 ^m，孔密度為5X 106個/cm2,膜厚為 10 pm。

 

1.2.6填充砂管驅替實驗填充砂管驅替裝置與 方法參考文獻[15]。所用填充砂管長度為50 cm， 水驅及交聯聚合物微球驅時的流量為0.40 mL/ min， 實驗溫度 30 C。

 

2結果與討論2.1鹽質量濃度對微球封堵核孔膜的影響圖1是質量濃度為100 mg/L的交聯聚丙烯酰 胺微球分散在不同NaCl質量濃度的水中50 C下 溶脹5 d後，通過核孔膜時的過濾體積與過濾時間 關係。從圖1中可以看出，隨分散體係NaCl質量 濃度增加，微球通過核孔膜的過濾速率逐漸變快，但 相差較小，25 mL的微球分散體係通過核孔濾膜的 過濾時間均達到80 min以上，均能夠對核孔膜形成 有效封堵。表明在實驗所考察的NaCl質量濃度範 圍內，NaCl質量濃度對微球的封堵性能有一定影 響，微球具有較好的抗鹽穩定性，對不同鹽質量濃度 的油藏適應性較強。

 

聚合物微球具有較好的抗鹽穩定性主要是由於 其本身是一種交聯結構，鹽質量濃度增加並沒有改 變其交聯網狀結構，隻是使其粒徑有所變小，但微球 粒徑的較小變化不會對其封堵特性產生較大影響。

 

8302.2鹽質量濃度對微球封堵填充砂管的影響為了考察鹽質量濃度對微球封堵性能的影響， 將不同鹽質量濃度下質量濃度為3 000 mg/L的交 聯聚丙烯酰胺微球分散體係在50 °C下溶脹5 d後， 保持一定的流動線速度通過填充砂管，測定填充砂 管不同位置的壓力隨注人微球體積數的變化，實驗 結果如圖2所示。

 

iooK)o?o^o 4 20(86<4 2 111^pf/-^^v^12球（3.5)後，戶】、戶2和戶3壓力分別升至80、80kPa及40 kPa左右。改注水後，戶】、戶2和戶3壓力 上升至最高點（分別為115、115、70 kPa)後開始壓 力降低，水驅結束時維持在50 kPa及35 kPa左右。 以上實驗現象說明，微球在填充砂管的深部形成了 有效封堵。即聚合物微球分散在質量濃度為5 000 mg/L的NaCl水中時能夠對填充砂管形成較有效 封堵，且能夠深人砂管深部形成封堵。

 

從圖2(b)中可以看出，注人NaCl質量濃度為 10 000 mg/L的聚合物微球分散體係時，填充砂管 中（滲透率為1.25 ym2)測壓口戶，、戶2和戶3的壓力 均快速上升，當注人一定量的聚合物微球後（3.5 )，戶1、戶2和戶3壓力分別升至65、35、25 kPa左 右。改注水後，々1、化和^壓力上升至最高點（分 別為90、75、65 kPa)後壓力開始降低，水驅結束時 維持在20?25 kPa。以上實驗現象說明，微球在填 充砂管的深部形成了有效封堵。 即聚合物微球分散 在質量濃度為10 000 mg/L的NaCl水中時能夠對 填充砂管形成較有效封堵， 且能夠深人砂管深部形 成封堵，但封堵強度較含NaCl質量濃度為5 000 mg/L的聚合物微球分散體係有所減弱。

 

上述實驗結果表明，隨配製水鹽質量濃度增加， 聚合物微球的封堵強度有所減弱，但在實驗所考察 的範圍內影響相對較小，而且對微球在填充砂管中 的深人性能基本未造成影響。這主要與聚合物微球 的粒徑隨鹽質量濃度增加變化較小有關。

 

2.3鹽質量濃度對微球流變性的影響圖3是不同鹽質量濃度下的質量濃度為100 mg/L的交聯聚丙烯酰胺微球分散體係在50 C下 溶脹5 d時測得黏度隨剪切速率的變化。

 

從圖2(a)中可以看出，注人NaCl質量濃度為 5 000 mg/L的聚合物微球分散體係時，靠近填充砂 管（滲透率為1.15丨im2)進口端測壓口 &、填充砂管 中間部分測壓口化和靠近填充砂管出口端測壓口 ^的壓力均快速上升，當注人一定量的聚合物微從圖3中可以看出，不同鹽質量濃度下聚合物 微球分散體係的黏度曲線變化趨勢基本相近。隨剪 切速率增加，微球分散體係的黏度有所增大，呈現出 輕微的脹流性質。鹽質量濃度越高，微球分散體係黏度越小，但不同鹽質量濃度的微球分散體係的黏 度相差很小，與同溫度水的黏度相近。

 

2.4鹽質量濃度對微球微觀形態及大小的影響不同的油藏條件，其注人水及地層水的鹽質量 濃度有較大差異。鹽質量濃度的不同有可能導致交 聯聚丙烯酰胺微球的粒徑及封堵特性發生變化。圖 4是質量濃度為50 mg/L的交聯聚丙烯酰胺微球分 散在不同NaCl質量濃度的水中50 °C下溶脹5 d 後，激光衍射方法測得微球的粒徑大小及其分布。 從圖4中可以看出，不同NaCl質量濃度下測得微 球的粒徑大小及分布基本相近，在2?20 ^m。隨溶 液中NaCl質量濃度增加，微球的粒徑有所減小，但 相差不大，即微球具有較好的抗鹽穩定性。這與微 球分散體係對核孔膜的封堵特性相一致。

 

圖5給出了質量濃度為100 mg/L的交聯聚丙 烯酰胺微球分散在不同NaCl質量濃度的水中5 0°C下溶脹5 d後的顯微鏡照片。從圖5中可以看 出，微球的粒徑隨鹽質量濃度的增加而變小，其形態 隨鹽質量濃度增加沒有出現明顯變化，但鹽質量濃 度增加，顯微鏡下觀察到的微球的立體感更強。

 

上述實驗結果表明，聚合物微球溶脹後其粒徑 隨鹽質量濃度的增加而減小，說明交聯聚丙烯酰胺 微球有一定的變形能力。鹽的存在影響微球的水化 過程，溶液中的電解質使交聯聚合物微球分子鏈段 水化能力降低，水化程度減小，溶脹後的微球粒徑小 於在去離子水中的粒徑。聚合物微球在水中分散溶 脹後，大分子鏈上存在著羧基負離子，鄰近的羧基之 間有相互靜電排斥作用，當NaCl質量濃度為0 mg/ L或質量濃度較低時，聚合物微球溶脹後在分散介 質中較完全舒展開，流體力學體積較大，因此測得其 粒徑較大。NaCl質量濃度增大，外加強電解質使已 電離的羧基的雙電層和水化層變薄，減弱了同一聚 合物微球分子上同種電荷基團的排斥作用，聚合物 微球發生收縮，使得溶脹後的交聯聚丙烯酰胺微球的流體力學體積變小，測得微球的粒徑變小。

 

3結論(1)NaCl質量濃度對微球的封堵性能有一定 影響，對微球在填充砂管中的深人性能基本未造成 影響，微球具有較好的抗鹽穩定性，對不同鹽質量濃 度的油藏適應性較強。

 

(2)隨剪切速率增加，微球分散體係的黏度有 所增大，呈現出輕微的脹流性質。鹽質量濃度越高， 微球分散體係黏度越小，但不同鹽質量濃度的微球 分散體係的黏度相差很小，與同溫度水的黏度相近。

 

(3)微球的粒徑隨鹽質量濃度增大而減小；隨 鹽質量濃度增加，微球的形態還保持圓球形，隻是在 顯微鏡下觀察到的微球的立體感更強。

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