预交联颗粒的综述

预交联体膨颗粒的研究现状摘要：预交联体膨颗粒由于的自身的强吸水性，在油田的调剖堵水上得到了广泛的应用。概述了预交联体膨颗粒的特点、调剖机理、种类和性能的评价方法，另外对预交联体膨颗粒的合成研究现状进行了介绍，同时分析了它在现场应用时存在的问题，并提出了改善的建议。关键词：预交联体膨颗粒调剖长期注水开发的油田，由于多方面的原因注入水沿着高渗透带向生产井窜进，从而导致注入水的低效循环，大大影响了原油的采出程度。调整吸水剖面是解决这一问题的重要手段，其中行之有效的方法是使用化学剂，通过化学手段对水层造成堵塞，包括无机颗粒、复合颗粒、预交联颗粒、弱凝胶和强凝胶等。当中的预交联体膨颗粒具有吸水膨胀的特性，对于高含水、高采出的油田中大孔道具有很好封堵效果，可大幅度提高原油的采出程度。1预交联体膨颗粒的特点预交联体膨颗粒是指干燥好的固体聚合物凝胶物质，有时也被称作“十凝胶”，它是利用交联剂、支撑剂、聚合物单体、引发剂，经复杂的化学反应后经烘干、造粒、筛分等过程加工而成的颗粒型凝胶。由于具有羧基、酰胺基等吸水基团，因此它是一种高分子吸水性树脂，具有预交联的聚合物网络结构，能够吸水膨胀，膨胀后的颗粒具有一定的弹性、强度和保水功能，施工方便，对非目的层污染小，可长期滞留在地层空隙中，达到调剖、堵水的目的。预交联体膨颗粒调剖剂为地面交联预聚体，在水中以分散的球状微粒存在，其显著性能是：①属于典型的强凝胶体系；②有一定的体膨性，膨胀倍数10~100倍；③具有“变形虫”的特点，在一定压力条件下可深入到达油藏深部；④耐盐性：在矿化度较高时稳定性较好；⑤在90°C以下环境，与其他凝胶相比，具有较好的热稳定性。2预交联体膨颗粒调剖的调剖机理预交联体膨颗粒在水中是以分散的球状颗粒存在，具有一定的体膨性，当注入到地层后，在近井地带处，由于压力较大，颗粒在水驱压力作用下，产生变形，驱动孔隙内的剩余油向生产井流动，起到了驱油的效果；另外在油层深部的地方，预交联体膨颗粒收到的压力较小，它将在大孔道中滞留，堵塞大空隙通道，逼迫注入水走其他通道，具有深部液转向作用，这样就起到了调剖的作用。采用微观实验装置研究预交联体膨颗粒通过孔喉时的运移特征发现：①小于孔喉的颗粒在注入水的驱动下可以顺利通过孔喉；②大于孔喉的颗粒通过孔喉时，由于其粘弹性较好，颗粒可发生形变，呈现“变形虫”特征，通过孔喉后恢复原状；③与孔喉相匹配的颗粒，经吸附、聚集、堵塞后可逼迫水流转向。实际上，预交联体膨颗粒常常是纵向调剖、平面改善波及系数和微观驱油综合作用的结果。3预交联体膨颗粒调剖剂合成方法预交联体膨颗粒是自通过由基聚合反应得到的，它的制备方法有两类：①单体聚合类：由单体、交联剂、引发剂、添加剂、增强剂和热稳定剂等化学剂，通过共混、聚合、造粒、干燥、粉碎、筛分等工序加工而成；②聚合物交联类：由聚合物、交联剂、增强剂、促进剂等化学剂经共混、反应、干燥、粉碎等工序加工而成。3.1单体聚合类单体聚合是指原料单体在引发剂、交联剂、添加剂、增强剂、稳定剂作用下直接聚合得到凝胶颗粒。聚合的单体有丙烯酰胺、丙烯酸钠、丙烯腈、酸、甲基丙烯酸甲酯等，引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾等；交联剂主要为N，N-亚甲基双丙烯酰胺等；添加剂为碳酸钠等碱类；增强剂为钠土、二氧化硅、含油污泥等；热稳定剂为除氧剂等。目前，单体聚合类有两种方法：一是爆聚合成法，将经过科学筛选的目标组分混合均匀，在一定条件下通过爆聚反应形成高强度凝胶团，再经过干燥、粉碎、造粒等工序，形成具有一定膨胀倍数和强度的固体颗粒；另一种是反相乳液聚合法，通过反相乳液聚合，将目标组分合成为具有一定圆度和大小的预交联凝胶颗粒乳液。前者操作简单、成本低，但形成的弹性颗粒粒度不均匀；后者合成的凝胶乳液颗粒均匀、圆度好、粒径小，具有凝胶颗粒的“变形虫”特征，又兼有某些聚合物性质，可进入多孔介质，但成本较高。3.2聚合物交联类聚合物交联法是指采用线性聚合物，通过加入交联剂、助剂等将线性聚合物进行交联，形成凝胶团。聚合物交联法形成的体膨类凝胶颗粒的原料为：具有羧基、羟基、酰胺基等基团的各种聚合物，含有Al3+、Cr3+等离子的交联剂或其它类型的交联剂，以及稳定剂、增强剂等各种添加剂。4预交联体膨颗粒的性能评价预交联体膨颗粒的性能包括密度、吸水膨胀、抗压强度及突破压力、凝胶静态相对强度、凝胶韧性、抗温性能、抗盐性能、吸液速度等。4.1密度的测定采用排液法实验测定预交联体膨颗粒调剖剂的密度，介质采用煤油。即称取一定质量的调剖剂样品，测定其排开煤油的体积，从而计算出调剖剂的密度。每个样品采用3次平行测定取平均值的方法，以减少实验的误差。4.2吸水膨胀性能的评价吸水膨胀能力是通过吸水膨胀倍数来表征的，这是预交联凝胶颗粒最重要的评价参数之一，是指单位质量的预交联凝胶所吸收液体的量，单位为［g/g］。测预交联凝胶吸水膨胀倍数的方法为：称取一定质S(W1)的干燥凝胶颗粒，放于烧杯中，再加入足够的待吸收介质，吸收一定时间达到吸收饱和后，用40目筛网滤去游离介质，称此时的凝胶重量(W2)，用公式(4-1)计算预交联凝胶的吸水倍率Q(g/g)=(W2-W1)/W1(4-1)4.3抗压强度及突破压力的测定抗压强度是衡量预交联体膨颗粒抗剪切、破碎能力的一项指标。抗压强度大的颗粒，在地层中有更高的弹性，可以保持较大的粒径，有利于堵塞大孔道。采用体膨颗粒参数测定仪，用已完全溶胀的调剖剂颗粒，在一定压力下使其通过一定直径的孔板，测定样品突破孔板时的压力。4.4凝胶静态相对强度的测定通过预交联凝胶在水中吸水后静态的相对强度来衡量凝胶的强度。测预交联凝胶强度的方法为：取一定量吸水饱和后的预交联凝胶颗粒，在恒定温度下观察吸水膨胀后颗粒的受压变形情况，将凝胶的相对强度从弱到强分为以下5个等级,A或1级半流动性胶，强度极差；B或2级:具有一定弹性，但比较软；C或3级：低弹性的可变形胶D或4级：中等弹性的可变形胶；E或5级：高弹性可变形胶。4.5凝胶韧性的评价对预交联凝胶韧性的测定本文参考油田常用橡胶断裂韧性的实验测定方法，通过对预交联凝胶在水中吸水膨胀后进行拉伸，根据其断裂破碎的难易程度给凝胶韧性评级，将凝胶韧性从弱到强分为一下5个等级，A或1级：韧性极差，极易断裂破碎；B或级：韧性较差，较易断裂破碎；C或3级：韧性中等，断裂破碎难易程度一般；D或级：韧性较好，不易破碎；E或5级：韧性极好，破碎较难。4.6抗温性能的评价通过对预交联凝胶在某温度下吸水膨胀后的膨胀倍数、强度、韧性的测定来评价其抗温性能，具体方法如下：取干燥好的预交联凝胶颗粒1g放入到老化灌中，加入足够多的吸收介质，拧紧后放入恒温箱，在恒定温度下放置预定时间，取出后对样品形态包括强度、韧