堵水剂的性质与制备

中国石油大学油田化学实验报告实验日期：2014.3.31成绩：班级：石工二学位学号：1姓名：教师：孙老师同组者：实验七堵水剂的制备与性质一．实验目的1.学会几种堵水剂的制备方法。2.掌握几种堵水剂的形成机理及其使用性质。二．实验原理堵水剂是指从油、水井注入地层，能减少地层产出水的物质。从油井注入地层的堵水剂称油井堵水剂(或简称堵水剂)，从水井注入地层的堵水剂称为调剖剂。常用的堵水剂有冻胶型堵水剂、凝胶型堵水剂、沉淀型堵水剂和分散体型堵水剂，这些堵水剂的形成机理和使用性质各不相同。1.冻胶型堵水剂冻胶(如锆冻胶)是由高分子(如HPAM)溶液转变而来，交联剂(如锆的多核羟桥络离子)可以使高分子间发生交联，形成网络结构，将液体(如水)包在其中，从而使高分子溶液失去流动性，即转变为冻胶。锆冻胶是油田常用的冻胶型堵水剂。锆冻胶是由锆的多核羟桥络离子与HPAM中的羧基发生交联反应而形成的。体系的pH值可影响多核羟桥络离子的形成及HPAM分子中羧基的量，因此，pH值可影响锆冻胶的成冻时间和冻胶强度。2.凝胶型堵水剂凝胶是由溶胶转变而来。当溶胶由于种种原因(如电解质加入引起溶胶粒子部分失去稳定性而产生有限度聚结)形成网络结构，将液体包在其中，从而使整个体系失去流动性时，即转变为凝胶。油田堵水中常用的是硅酸凝胶。硅酸凝胶由硅酸溶胶转化而来，硅酸溶胶由水玻璃(又名硅酸钠，分子式Na2O?mSO2)与活化剂反应生成。活化剂是指可使水玻璃先变成溶胶而随后又变成凝胶的物质。盐酸是常用的活化剂，它与水玻璃的反应如下:Na2O▪mSiO2+2HCl→H2O▪mSiO2+2NaCl由于制备方法不同，可得两种硅酸溶胶，即酸性硅酸溶胶和碱性硅酸溶胶。这两种硅酸溶胶都可在一定的条件(如温度、pH值和硅酸含量)下，在一定时间内胶凝。评价硅酸凝胶堵水剂常用两个指标，即胶凝时间和凝胶强度。胶凝时间是指硅酸体系自生成至失去流动性的时间。凝胶强度是指凝胶单位表面积上所能承受的压力。3.沉淀型堵水剂沉淀型堵水剂由两种可反应产生沉淀的物质组成。水玻璃-氯化钙是油田最常用的沉淀型堵水剂，它通过如下反应产生沉淀:Na2O▪mSiO2+CaCl2→CaO2▪mSiO2+2NaCl4.悬浮体型堵水剂悬浮体是指溶解度极小但颗粒直径较大(大于10-5cm)的固体颗粒分散在溶液中所形成的粗分散体系。分散体系中的固体颗粒可以在多孔介质的喉道处产生堵塞作用。油田中常用的分散体型堵水剂是粘土悬浮体型堵水剂。粘土悬浮体中的粘土颗粒可用聚合物(如HPAM)絮凝产生颗粒更大、堵塞作用更好的絮凝体堵水剂。絮凝是聚合物(HPAM)在粘土颗粒间通过桥接吸附形成。三．实验仪器与药品1.仪器100ml烧杯，10ml具塞刻度试管，5ml、25ml量筒，玻璃棒，广泛pH试纸。2.药品聚丙烯酰胺，氧氯化锆，水玻璃，氯化钙，盐酸，粘土。四．实验步骤1.锆冻胶堵水剂的制备与性质取3个100ml烧杯，用量筒各加入质量分数为5×10-3的聚丙烯酰胺水溶液25ml,其中一个烧杯中滴加6滴质量分数为1×10-2的盐酸，另一烧杯中滴加4滴质量分数为1×10-2的NaOH，搅拌均匀，用广泛pH试纸测定三个烧杯中聚丙烯酰胺溶液的pH值，然后向三份聚丙烯酰胺溶液中分别加入2ml质量分数为5×10-3的ZrOCl2溶液(注意:边用玻璃棒搅拌，边缓慢加入)，观察并记录冻胶形成的现象(注意记录成冻时间)和冻胶的强度(用玻璃棒挑起程度衡量)。2.硅酸凝胶堵水剂的制备与性质取三支10ml具塞刻度试管，加入质量分数为0.1的水玻璃5ml，用滴管向三支试管中依次加入质量分数为0.1的盐酸10滴、15滴、20滴并摇匀，观察凝胶的生成并记录胶凝时间，待三支试管中全部胶凝后用玻璃棒插入凝胶，从玻璃棒插入的难易排出三种凝胶强度的顺序。3.水玻璃—氯化钙沉淀型堵水剂的制备与性质取一支10ml的具塞刻度试管，加入质量分数为0.1的水玻璃5ml，然后用滴管逐滴加入质量分数为0.1的氯化钙溶液，摇匀，观察硅酸钙沉淀的生成情况。4.粘土—HPAM絮凝体堵水剂的制备与性质取三支10ml具塞刻度试管，分别加入质量分数为1×10-2的粘土(钠土基膨润土)悬浮体5ml，然后分别加入质量分数为1×10-3的聚丙烯酰胺溶液0.5ml、2ml、5ml，摇匀，观察絮凝现象。五．实验结果处理堵剂类型镐冻胶堵剂硅酸凝胶堵剂水玻璃-氯化钙沉淀型堵剂8测定项目加入质量分数0.1的HCL（滴）测定项目加入2d氯化钙后迅速生成白色絮状物随即沉淀pH成冻时间（min）冻胶强度（是否挑起）胶凝时间凝胶强度无50完全挑起14d45s强6dHCL20不能挑起12d2min25s中7dNaoH80部分挑起10d4min45s弱解释锆冻胶是由锆的多核羟桥络离子与HPAM中的羧基发生交联反应而形成的,体系的pH值可影响多核羟桥络离子的形成及HPAM分子中羧基的量，因此，pH值可影响锆冻胶的成冻时间和冻胶强度HCL的加入引起溶胶例子部分失去稳定性而产生有限度聚结有如下反应：NaO▪mSiO+CaCl→CaO▪mSiO+2NaCl六、思考题1.解释pH值对锆冻胶生成的影响。答：锆冻胶是用+4价锆离子组成的多核羟桥离子交联溶液中带-COOH-的聚合物（如HPAM）生成，+4价锆离子通过①络合、②水解、③羟桥作用，进一步④水解和羟桥作用等反应生成锆的多核羟桥络离子，然后⑤锆的多核羟桥络离子交联带-COOH-的聚合物（如HPAM）生成交联体。其中：②水解，④进一步水解和羟桥作用两步反应中生成+1的氢离子，pH值太低，则抑制这两步反应的进行，从而使锆的多核羟桥络离子生成量减少，使得锆冻胶生成量减少；而pH值太高，阳离子（如+1的钠离子）会与—COOH-反应，从而使发生⑤交联反应的锆的多核羟桥络离子量减少，从而使得锆冻胶生成量减少。所以PH值不可太高或太低，太高或者太低均会使锆冻胶生成量减少。2.本实验中制备的硅酸凝胶是碱性硅酸凝胶还是酸性硅酸凝胶，解释原因七、实验总结本次实验使我的动手能力有了较大的提高。此次的认知实验我收获了很多，从以前到现在任何科研无一不是经过实验的验证的，也可以说，实验是检验理论的唯一标准，只要我们肯动手动脑，再辅之以勤奋和坚持，必能不断提高我们的实干能力，必能不断的创新。谢谢老师的细心指导对我以后的学习有很大的帮助。