新型耐盐性堵水剂的合成及性能研究

韩静，赵怡，杨红丽

（延安职业技术学院，陕西 延安 716000）

在油田开发工作中，面临的最严重的风险问题之一就是油井出水[1]。在我国，随着注水开发的不断深入，油田的综合含水率也随之升高[2]。当前，我国主要油田的综合含水率都已达到83%以上，其中位于东部地区的主要油田，其综合含水率更已达到90%以上。

油田在长期的注水开发过程中，受到油藏的横向和纵向非均质性、油水黏度差异及油水井组内不平衡等因素的影响，必然会造成注入的水沿渗透率高的油层突进，同时渗透层会向着生产井的方向不断窜流，严重降低注入水的循环效率[3]。这一问题，不仅会影响原油开采工作，降低开采效率，还会加大能源消耗，需要处理更多的产出液，同时还会腐蚀管线，进而使得原油开采成本大幅度增加。而且，在这一过程中，还会对生态环境造成更为严重的污染，无论是经济效益，还是社会效益，都会大幅度降低[4]。

基于油井出水的巨大危害，在注水开采原油的过程中，采用科学合理的措施，也就是调剖堵水，有效解决油井出水问题是非常有必要的[5]。在使用调剖堵水措施时，需要使用堵水剂或调剖剂，其对调剖堵水措施的应用效果具有至关重要的影响[6]。因此，近年来国内外对油田堵水工作越来越重视，同时也越来越关注堵水剂、调剖剂的研究和应用工作[7]。对新型耐盐性堵水剂的合成及性能研究，对油田开发建设具有十分重要的现实意义[8]。

1 堵水剂实验室合成概述

1.1 堵水剂合成

在实验室合成堵水剂的过程中，首先需要将一定量的去离子水加入反应瓶中，然后再按比例加入丙烯酸，之后使用一定量的碱对丙烯酸进行中和。完成中和步骤之后，再依次加入丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、无水乙醇、交联剂和氧化还原引发剂。加入这些物质后，还要不断向反应器中输送氮气，以对反应过程做好保护，同时必须搅拌均匀，然后在恒温下反应一段时间（2～4 h），反应完毕后，就可以得到堵水剂[9]。

1.2 堵水剂提纯及干燥

合成堵水剂之后，此时的堵水剂中含有大量的水分，需要进一步进行提纯和干燥处理才能够得到成品堵水剂[10]。在对堵水剂进行提纯和干燥时，主要分为两个步骤：首先，需要在烧杯中放入酒精，然后再将合成的堵水剂放入其中，利用酒精洗去堵水剂聚合物中未得到反应的单体物质。在将堵水剂放入到酒精中时，必须将其剪成碎小的颗粒，以便能够更好地提纯和干燥。其次，将带有堵水剂的酒精烧杯放入到恒温烘箱中（100 ℃）进行干燥，时间为6 h。完成提纯和干燥之后，需将堵水剂装入塑料袋中密封好，再放入干燥器中备用。

1.3 堵水剂吸水率测定

合成堵水剂后需要对堵水剂的吸水率进行测定，从而了解堵水剂质量是否合格，是否能够达到实践应用的需求[11]。堵水剂吸水率的测定方法如下：首先，取一定质量的堵水剂，将其放入烧杯内，再放入吸收液，让堵水剂聚合物吸水至饱和，然后再使用尼龙布，将堵水剂中的游离介质过滤掉。此时，堵水剂已成为凝胶状，只需称出凝胶的重量，再依照相关公工进行计算，就可以得出堵水剂的吸水率。具体计算公式如下：

式中：W1和W0—堵水剂吸收水分前的重量和吸收水分后的重量。

在测定堵水剂吸水率时，为了使实验更有效率，能够在短时间内筛选出耐盐性调剖堵水剂的最佳合成配方，应在确定最佳配方时，就对堵水剂的性能进行评价[12]，其评价内容主要包括膨胀性能、吸水速度以及吸水膨胀后的强度。为了实现快速评价，应采用较为简单且较为快速的评价方法，具体方如下：首先，将堵水剂聚合物放入提前准备好的待吸液中，使其吸水至饱和状态，然后对其膨胀倍数进行测量。根据测得到的数据信息，对堵水剂的膨胀性能进行全面评价。其次，对堵水剂吸水速度的评价则是用相同时间下堵水剂吸收水后的膨胀倍数来衡量[13]。最后，评价堵水剂膨胀后的强度，需要用手挤压充分膨胀的堵水剂，以此来评价、判断堵水剂强度[14]。

2 堵水剂理化性能分析

在进行堵水剂合成工作时，通过实验合成并得到相应的聚合产物后，还要对其进行造粒、烘干、粉碎以及筛分等工艺进行加工处理，还要对配方以及加工工艺进行系统的调整，最终得到不同类型的堵水剂[15]。这些堵水剂在微粒半径、膨胀倍数和时间、耐温性以及强度等方面都有一定的差异，需要根据实际应用需求，合理选择性能最佳的堵水剂。

在实际应用堵水剂时，由于水源的具体情况不同，对堵水剂的性能要求也各不相同。因此，在完成堵水剂合成之后，还要对堵水剂的性能进行实验分析，通过对堵水剂的抗高温、抗高盐、膨胀率等方面的性能进行实验和研究，从而全面考察堵水剂的实际性能，为油田开发工作做好保障。

2.1 膨胀率

所谓膨胀率，就是指堵水剂颗粒充分吸收水分至饱和状态之后，重量比吸水前增大的倍数，也就是指单位质量的堵水剂颗粒吸入的水分的重量。这是影响堵水剂整体性能的重要因素。除了膨胀率之外，膨胀速率也是分析堵水剂理化性能的关键因素。膨胀速率的含义，是指一定质量的堵水剂颗粒，在特定条件下，一定时间内吸收的水分重量[16]。具体测量堵水剂膨胀率的方法，是称取一定重量的堵水剂颗粒，将其放入溶胀介质中进行浸泡，一定时间后堵水剂充分吸收水分，形成凝胶。此时，取出凝胶后使用滤纸将表面水分吸干，再进行称重。根据称量后得到的数据进行计算，就可以得到堵水剂样品的膨胀率。

通过对多种不同的堵水剂的膨胀率进行实验测试，然后对比实验结果，从而根据实际需求选择性能最佳的堵水剂类型。堵水剂需要在油田开发中进行应用，因此在实验室对堵水齐膨胀率进行实验测试时，应尽量模拟油田环境。特别是在评价堵水剂的耐盐性时，应对堵水剂在盐水介质中的溶胀速率进行系统实验研究。

新型耐盐性堵水剂主要适宜应用于含盐浓度较高的油水井环境之中。但在选择新型耐盐性堵水剂时，还要充分考虑油水井环境中，所含盐的类型和具体浓度等因素，从而更加精准地确定新型耐盐性堵水剂的膨胀率，根据实际需求合理选择堵水剂类型，为提高油田开发效率发挥积极的作用[17]。

2.2 堵塞率

堵塞率主是要指堵水剂对孔隙的堵塞作用[18]。通过实验发现，水分的注入量不断增加，其阻力也会随之增大，而且幅度非常明显，这就表现堵水剂对孔隙具有良好的堵塞作用。在实际应用中，当堵水剂进入高渗透区域，由于堵水剂能够吸收大量的水分，受到堵水剂的影响，此时后续的水分就会逐渐进入低渗透区域，此时波及效率能够得到明显的提高。除此之外，使用堵水剂不仅能够有效堵塞孔隙，还能够将孔隙中的油携带来出，同时还能将孔喉中的油挤出来，从而在水驱后，促使油膜或油滴得到有效聚集，最终形成油带，有效提高微观驱油效率，也为原油开采效率的有效提升起到良好的辅助作用[19]。

2.3 堵水剂在多孔介质中的运移规律

在对堵水剂的理化性能进行评价时，对于其在多孔介质中的运移规律也需要进行实验研究。通过采用微观实验装置，对堵水剂通过孔喉时的运移特征进行深入研究[20]。通过实验，发现堵水剂在多孔介质中运移时，会表现出以下情况：如果堵水剂颗粒小于孔喉大小，在注入水时，受到水的驱动，堵水剂颗粒可以顺利通过孔喉；具有良好黏弹性的堵水剂，在多孔介质中运移时可发生变形，表现出“变形虫”的特征，在通过孔喉后形状可复原；在较小的孔隙中，受到挤压时堵水剂会发生部分脱水现象，但当堵水剂颗粒进入较大的孔隙后，可以重新吸收水分，从而恢复原状；当驱动力较大，堵水剂直径和孔喉直径也具有较大的差距时，堵水剂颗粒可能会遭受破坏，进而变成直径更小的颗粒，能够与孔喉直径更为匹配。通过实验发现，堵水剂在多孔介质中运移时，常会同时出现几种机理，其具体表现也是几种机理相互影响后形成的综合特征，很难表现出单一机理的作用效果或特征[21]。

3 结束语

基于堵水剂在油田开发中的重要作用，对新型耐盐性堵水剂的合成及性能研究是非常有必要的，同时也是提高我国油田开发技术水平的一项重要建设工作，直接关系着我国的原油开采经济效益和社会效益。所以，应对堵水剂的性能进行深入研究，不断优化其合成方法，为油田开发工作提供优质的堵水剂，使原油开采的经济及社会效益都能够得到显著提升，也为我国社会经济发展建设，奠定重要的能源基础。