石工102班1002156堵水剂的制备与性质.doc

中国石油大学油田化学实验报告
实验日期： 2013/4/12 成绩：
班级： 石工2 学号： 姓名： 教师： 孙老师
同组者
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 + 2NaCl

4. 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20ml,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7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11滴、13滴、15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。

五．实验结果处理
用表格形式表达实验现象与数据，并解释实验现象。

堵剂类型
锆冻胶堵剂
硅凝胶堵剂
水玻璃-氯化钙沉淀型堵剂
实验数据与现象
加入质量分数1×10-2的HCl或NaOH(滴)
测定项目
加入质量分数0.1的HCl（滴）
测定项目

加入少量质量分数为0.1的氯化钙溶液，大量生成白色絮状沉淀CaO2·mSiO2
PH值
冻胶强度（是否挑起）
胶凝时间（s）
凝胶强度 （排出顺序）
6滴HCl
2
不能挑起
11
125
弱
7滴NaOH
10
部分挑起
13
120
中
0
5
完全挑起
15
71
强
现象解释:
1. 锆冻胶堵剂现象解释：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. 硅凝胶堵剂现象解释：随着盐酸量逐渐增多，形成的硅酸也就增多，转化成的凝胶增多，胶凝时间变短，凝胶强度增大。
3. 水玻璃-氯化钙沉淀型堵剂现象解释：
Na2O·mSiO2 + CaCl2 → CaO2·mSiO2 (沉淀)+ 2NaCl

六、思考题
1. 解释pH值对锆冻胶生成的影响。
答：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. 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。
答：本实验中制备的硅酸凝胶是酸性硅酸凝胶，酸性硅酸凝胶将水玻璃加到盐酸中制的得，反应在H+过剩的情况下发生。
七．实验总结
通过完成本次实验，我学会了几种堵水剂的制备方法，同时，也掌握了几种堵水剂的形成机理及其使用性质和需要注意的事项。相对来说，这个实验比较简单，可是在做硅酸凝胶堵水剂的过程中出了错误，直接导致重新做。从中我体会到了团队合作的重要性。最后，谢谢老师的悉心指导，使我们顺利地完成了本次实验！