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随着注水开发油田逐步进入开发的中后期,水驱后油藏中的窜流通道越来越大,导致注入水沿水井至油井窜流越来越严重;另外,许多油田的油藏条件非常恶劣,如高温高盐等。所以,这些对于油藏深部封窜技术的需求越来越迫切,并且对于调剖堵水材料性能的要求越来越高。本文利用原位聚合方法制备由粘土/烯丙基单体(AM)/第三组分构成的有机一无机纳米复合调剖堵水材料,并对其性能进行了较全面的评价。
有机-无机复合纳米调剖堵水材料(CAG)配方的优化。通过分子设计研制出了合成CAG材料关键性物质--粘土层间修饰剂CTS、第三组分NL-B以及引发剂LK-N。利用层间修饰剂使普通粘土具有发生原位聚合的空间;再利用特殊的引发技术将烯丙基单体和第三组分引入,形成原位聚合的有机.无机复合材料。通过大量实验,确定了两种主剂烯丙基单体和粘土的质量浓度分别为3%和4%,CTS质量浓度为0.3%,NL-B质量浓度为0.015%LK-N质量浓度0.01%左右:通过引发控制技术使成胶时间可以满足60℃-140℃条件下应用。
CAG材料的结构表征。通过热重分析(TG)和红外光谱验证了形成材料的组分和基团与分子设计是一致的。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜观察该种材料的凝胶态结构,发现材料是沿着重力方向层状生长的;通过对不同生长部位的切片进行观察,发现材料不同生长部位具有不同的微观结构,在层间出现纳米针状结构。建立了粘土层间尺寸理论计算公式,并对其进行了验证。通过宏观的平板扭曲模型,揭示了SEM结构与理论结构差异的本质原因。该种材料为基本有序的插层型聚合物/粘土有机-无机复合材料,并且通过扫描电镜测试,发现了该种材料存在以往只在有机聚合物材料中才能观测到的微晶纳米二次结构,这是当今国际学术前沿非常关注的微观凝聚态结构。
CAG材料的流变性能。推导出了表征有机--无机复合材料流变性的松弛--粘弹性凝胶体模型的本构方程。探讨了CAG流变性的微观机理。通过HAAKE RS600型流变仪对其流变参数进行测试。
CAG材料调剖堵水特性评价。耐温性能评价表明CAG材料的断裂应力在60℃-140℃变化率仅为3.2%,具有优异的耐温性能,并且该体系对盐反应不敏感。实验表明,CAG具有良好的注入性能、剖面改善性能以及良好的选择封堵能力。该种材料能够在多孔介质不断运移中完成晶体的增长逐步对窜流通道进行封堵,通过动态成胶时间来控制成胶位置。
CAG的矿场应用前景分析.目前SAG材料已经矿场应用,效果明显,但仍然存在技术缺陷,CAG在其材料性能和成本上更具优势,两种技术的结合使矿场调堵技术更加完善。从技术角度和经济角度,CAG具有较强的应用推广价值。