低浓度铬交联聚合物流动成胶性能研究

肖 磊，孔昭柯，王 琦 王纪云，皇海权 （中石化河南油田分公司石油勘探开发研究院，河南 南阳473132）

低浓度铬交联聚合物流动成胶性能研究

肖 磊，孔昭柯，王 琦 王纪云，皇海权 （中石化河南油田分公司石油勘探开发研究院，河南 南阳473132）

模拟现场设计了不同动态条件下的3个成胶试验（即：搅拌条件下的流动成胶试验、循环流动条件下的成胶试验及不锈钢筛网串联流动成胶试验），考察低浓度铬交联聚合物体系在流动条件下的成胶性能。通过试验证实了低浓度铬交联聚合物体系在流动状态下和经过多孔介质可以成胶，成胶后的体系具有一定的流动性。

聚合物；交联剂；调剖；凝胶；流动成胶

所谓低浓度交联聚合物体系由低浓度的交联剂、聚合物、水以及其他添加剂组成，将这种体系作为驱油剂注入地层中，受地层温度的影响逐步发生交联反应，形成弱凝胶体系，提高了驱油剂的粘度，有利于提高驱油效果，其主要应用于油田三次采油提高采收率技术中［1，2］。一般低浓度交联聚合物体系采用的交联剂有Al3＋［3］、Cr3＋、酚醛等。Cr3＋交联剂由于原料易得，合成工艺简单，成本低廉，常用于低浓度交联聚合物研究中。未经处理的铬离子与聚合物交联反应几乎在瞬间完成，难以满足现场应用需要。Cr3＋预先与羧酸等形成配位络合物（羧酸铬），可以有效控制形成凝胶的速度［4］。铬交联剂与聚合物的交联反应机理可看作是Cr3＋的配位体与聚合物的官能团（—COO－）争夺水合Cr3＋离子的结果；通过调整配位络合物的类型和用量、交联剂和聚合物的浓度等因素，能够有效减缓Cr3＋/聚合物交联反应速度和形成凝胶的强度［5，6］。

在实验室内开展的铬/聚合物交联体系研究中，聚合物与交联剂等混合均匀后放入恒温箱中候凝是静态条件下的成胶试验。而现场应用过程中，交联反应是在多孔介质中流动状态下进行的，交联聚合物中的组分受多孔介质吸附、色谱分离等因素作用会对交联反应产生影响。交联聚合物体系在动态条件下能否成胶，以及成胶后的高分子聚集体在多孔介质中能否流动，是制约和影响现场应用的关键因素。

1 搅拌条件下的流动成胶试验

图1 不同配方在地层不同深处粘度变化

用清水配制成5000mg/L聚合物母液，用现场污水配成3个不同配比的交联聚合物体系，其中聚合物浓度400mg/L，交联剂浓度分别为40、50、60mg/L，在45℃ 的恒温水浴中，采用搅拌方式模拟交联聚合物溶液在近井地带流动成胶性能，结果见图1和表1。

表1 搅拌速度与渗流速度、注入半径关系

图1中3个不同配方的交联聚合物体系在近井地带（5m以内）交联聚合物溶液与初始粘度相当，体系粘度均没有较大变化；在5m以后体系开始成胶，粘度逐渐上升；在9m左右凝胶粘度达到最大，而后开始降低；在15m以后粘度基本上保持稳定。说明该交联聚合物体系在流动状态下能够成胶，但在近井地带不会成胶，不会造成地层端面堵塞，具有良好的成胶性能和注入性能。

2 循环流动条件下的成胶试验

在45℃恒温水浴中，用清水配制成5000mg/L的母液，用现场污水稀释至400mg/L聚合物×50mg/L交联剂的交联聚合物溶液。利用蠕动泵在不同流速条件下循环泵送交联聚合物溶液，考察低浓度有机铬交联聚合物体系流动成胶性能，结果见图2和表2。

从表2和图2可以看出，交联聚合物溶液在50ml/min以上的高流速条件下不易成胶，其相当于近井地带2m左右的渗流速度。但随着流速的降低（低于20ml/min），交联聚合物溶液能够成胶，其相当于近井地带5m左右的渗流速度。该试验进一步验证了低浓度铬交联聚合物体系在流动状态下能够成胶，但在近井地带由于流速高不会成胶，注入过程中不会造成地层端面堵塞，具有良好的成胶性能和注入性能。

图2 不同流速下交联体系粘度变化

表2 泵速与注入半径、渗流速度关系

3 不锈钢筛网串联流动成胶试验

使用25目不锈钢筛网，5层按45°重叠组成1组，将5组筛网串联起来，每组上安装压力监测系统，研究有机铬交联体系通过5组不锈钢网筛过程中的压力变化。体系配方为400mg/L聚合物×50mg/L交联剂、温度45℃、流速30ml/h。试验结果见图3。

试验结果表明，低浓度交联聚合物体系能够在流动过程中成胶，而且成胶后的交联聚合物传播性良好。成胶过程的动态特征表现如下：①预交联期——该阶段交联聚合物体系粘度保持平稳，各测压点压力尚未明显升高。②成胶期——该阶段交联聚合物体系粘度快速增加，各测压点压力依次同步快速升高。说明该有机铬交联聚合物体系在流动过程中能够成胶，且在成胶后具有较好的流动性能。③稳定期——该阶段有机铬交联聚合物体系粘度基本保持平稳，各测压点压力略有下降，但比预交联期的压力高得多，说明成胶后的低浓度交联体系聚合物经多孔介质剪切依然可以保持较高的流动阻力。

图3 各测压点压力和粘度随循环流动时间变化曲线

4 结 论

研究的低浓度有机铬交联聚合物体系在流动状态下和经过多孔介质剪切后能够成胶，同时压力数据显示成胶后的交联体系具有较好的流动性。因此，低浓度有机铬交联聚合物体系用于油田三次采油技术中不会造成近井地带堵塞，同时在地层较深区域具有建立较高流动阻力的能力。

［1］孙尚如，孔柏岭，肖磊，等.河南油田微凝胶驱技术的研究和应用 ［M］.北京：石油工业出版社，2004.

［2］Albonic P.Effective Gelation-delaying additives for Cr3＋/plymer gels ［J］.SPE25221，1993.

［3］Smith J E.Performance of 18polymers in aluminum citrate colloidal dispersion gels ［J］.SPE28989，1995.

［4］Tackett J E.Characterization of chromium（Ⅲ）acetate in aqueous solutions［J］.Applied Petroscopy，1989，43（3）：490～499.

［5］肖磊，孔昭柯，王琦，等.河南油田有机铬交联体系配方及影响因素研究 ［J］.石油地质与工程，2010，24（3）：76～78.

［6］翁蕊，韦莉.低浓度HPAM/Cr3＋凝胶成胶行为影响因素的研究 ［J］.油田化学，1999，16（1）：53～56.

Study on Flow Gelled Performance of Low Concentration Cr3＋Crosslinking Polymer

XIAO Lei，KONG Zhao-ke，WANG Qi，WANG Ji-yun，HUANG Hai-quan（Authors'Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Henan Oilfield Company，SINOPEC，Nanyang473132，Henan，China）

In order to investigate the gelled performance of low concentration Cr3＋crosslinking polymer，three gelled experiment simulating fields were designed in different dynamic conditions according to stir，circular flow and series flow in stainless steel screen meshes.The experimental results show that the low concentration Cr3＋crosslinking polymer has flowability as it is gelled in flow condition and through porous medium.

polymer；crosslinking agent；profile modification；gel；flow gelling

TE357.46

A

1000-9752（2012）04-0136-03

2012-02-24

中国石油化工集团公司科技项目（P04056）。

肖磊（1963-），男，1984年郑州大学毕业，硕士，高级工程师，现从事三次采油工作。

［编辑］ 萧 雨