高温油藏用聚合物凝胶暂堵剂的制备及性能研究

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随着油田不断地开发,采出液中含水量不断上升,使石油的采收率急剧下降,提高石油采收率已成为石油行业迫切关注的问题。利用聚合物凝胶进行堵水处理在石油领域已经得到广泛的应用。目前所用的聚合物凝胶材料在高温条件下的成胶时间较短,还未注入到地层就已经完全成胶,这将严重影响采油过程的进行。本文针对目前利用单体合成法制备的聚合物凝胶暂堵剂在高温条件下耐盐性差、成胶时间短的问题,选用过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)和过氧化二异丙苯(DCP)两种油溶性高温引发剂代替常用的过硫酸盐、氧化-还原等中低温引发剂,选取丙烯酰胺(AM)为主要单体,加入耐盐性单体2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸(AMPS)和吸水性能较好的丙烯酸(AA)作为功能单体,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,采用水溶液自由基聚合法,合成了成胶时间较长,耐温/耐盐性较好的化学胶塞堵水剂,加入黄原胶(XG)作为增稠剂、钠基蒙脱土(MMT)作为增强剂。分别探讨了两种引发体系中引发剂加量、交联剂加量、固含量、单体配比、XG及MMT加量对聚合物凝胶的成胶时间、溶胀度以及压缩强度的影响,最终确定了聚合物凝胶堵水剂的最佳制备方案。结果表明,在反应温度为125℃时,DCP体系凝胶(DMAS)的成胶时间为138min,优于TBPB体系凝胶(TMAS)的102min,且均大于传统体系的成胶时间(<1h);两种凝胶在22万矿化度下的溶胀度均在9g·g-1左右;强度可达I级,在压缩量为80%的条件下,TMAS凝胶溶胀后的压缩强度分别为1.70MPa和0.73MPa,均大于DMAS凝胶的0.91MPa和0.47MPa。相比之下,DMAS聚合物凝胶的成胶时间较长,强度也在可应用范围之内,更适用于实际应用。采用红外光谱(IR)、热重分析(TG)表征方法对聚合物凝胶暂堵剂的结构和性能进行表征,利用旋转流变仪,X-射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)表征方法探讨了MMT的增强机理。结果表明:合成的产物即为目标产物,耐温性能达到330℃,储能模量(G′)大于损耗模量(G″),说明聚合物处于稳定的凝胶状态,具有稳定的三维网络结构,具有较好的吸水膨胀性能。MMT加入到凝胶体系后,聚合物凝胶网络结构变得紧密,聚合物大分子穿插到MMT的层状结构中,MMT填充在聚合物凝胶的内部网状结构中,对网络结构起到支撑作用,这种作用机理使聚合物凝胶的强度增加。
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