大庆师范学院 化学工程与工艺学院 黑龙江 大庆 163000
摘要：核壳是指一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。聚丙烯酰胺微球是以聚丙烯酰胺类单体的均聚物或者共聚物组成的微球，由于独特的性能，在生物医学领域都有广泛的利用。目前，聚丙烯酰胺微球在石油调剖封堵方面有了新的尝试。微球粒径的大小是其封堵性能好坏的关键。本文就打算围绕着核壳型聚丙烯酰胺微球在油田开采方面，发挥的重要作用展开论述。
关键词：核壳型；聚丙烯酰胺微球；调剖；封堵；油田
聚丙烯酰胺微球又被称为交联聚合物微球，属于吸水性树脂中的一种，在生物分离，药物缓释中发挥着重要作用，目前，被广泛应用于石油开采过程中深处调剖封堵，特别是对于开发大孔道发育的油田极为重要，并在改善水驱方面取得了新突破。
核壳型聚丙烯酰胺微球设计灵感来源于变形虫，聚丙烯酰胺微球被注入地面时，它的初始直径仅以纳米或微米为单位，因而很轻松地就能进入到地层孔道中。伴随着较高温度或矿化度的外部环境，聚丙烯酰胺微球就会吸水膨胀，使其体积膨化到比原来大几倍至十几倍，足够堵住孔道。更妙的是，聚丙烯酰胺微球在有压力的外部环境下发生变形，从而继续穿过浅处孔道 往油田深处孔道运行，到达很的调剖效果。聚丙烯酰胺微球粒径大小、聚丙烯酰胺微球的弹性是其调剖封堵好坏的关键。
一、聚丙烯酰胺聚合方法对其粒径大小和弹性的影响
目前，国内开发出聚丙烯酰胺微球的聚合方法有反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、分散聚合法、反相悬浮聚合法。这四种就和方法各有优缺点，施工人员应该结合施工现场的具体情况采用相应的聚合方法。
（一）、反相乳液聚合法
与传统的水包油体系型传统乳液相反，反相乳液是由油包水型乳化体系。乳液体系的稳定性是反相乳液聚合的关键，乳液体系的稳定性受到分散介质、乳化剂的性质和种类的影响。分散介质也就是不与水互溶的有机惰性液体。乳化剂通过空间位阻及控制水界面张力对分散粒子起作用，因而乳化剂要挑选偏油溶性的。核壳型聚丙烯酰胺微球通过实验证明，其微溶特性，持久的稳定性，转向压力方面都有很好的性能，因而它们的强度和弹性变形能力是很适合油田中的特殊作业的。
（二）、反相微乳液聚合法
顾名思义，反相微乳液聚合是在反相乳液聚合的基础上发展而来，利用这种方法产出的聚合产品比原来的具有更大的优点，克服了反相乳液聚合产品粒径较大、稳定性差的缺点。当水、乳化剂、助乳化剂、油的比恰到好处时，微乳液可以自动聚合。反相微乳液聚合比反相乳液聚合速度要快得多，而且稳定性会更好。
（三）、分散聚合法
分散聚合属于沉淀聚合中的一种，但又与一般的沉淀聚合不同。可以追溯至上世纪70年代。制作初期，单体、稳定剂。引发剂在溶解液中形成聚合物，再从溶解液中沉析出来。分散聚合法常用于制备油溶性单体和非极性单体分散微球，制备出功能化聚丙烯酰胺微球这样的绿色聚合产品是分散聚合的追求，因为这样的绿色产品不仅高效、性能好，而且有利于保护环境。
（四）、反相悬浮聚合法
反相悬浮聚合法是目前研发出来的聚合方法中最为成熟的一种。采用反相悬浮聚合法可以聚合出粒径较大的聚合产品，且要求设备较简单，工艺不复杂，易操作；无污染，对环境好；反应条件温和；体系粘度适中；反应成本较低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但反相悬浮聚合法没有前面第三种聚合方法的稳定性强，容易发生结块现象，在选择分散剂时就要仔细考虑了。反相悬浮聚合法有利于制备出粒径大的优良微球。
二、核壳型聚丙烯酰胺微球在油田调剖封堵中的应用
随着聚合技术的改进，核壳型聚丙烯酰胺微球已经实现了转向弹性变形，改变了以往单纯依靠调剖、封堵措施来处理油田孔喉中的水，通过调整层与层之间的关系，增加分散剂和介质体积来增加采油量。因此，核壳型聚丙烯酰胺微球在油田作业中得到广泛应用。原来用于油田调剖封堵溶液的不足：交联程度不好控制，封堵情况容易受到温度、矿化度、湿度的影响，达不到想要的成胶情况；聚合的微球容易遇水膨胀，无法进入到油田深处，因此不能有很好的封堵效果。核壳型聚丙烯酰胺微球的优点：核壳型结构可以很好的通过油田浅层孔喉进入深层孔喉，还能转向弹性变形，适应了油田高难度作业要求。核壳型聚丙烯酰胺微球还有稳定性较好的优点，即使核壳型聚丙烯酰胺微球膨胀层受到水流长时间冲击，也不会和石油混合，而影响石油质量。而且核壳型聚丙烯酰胺微球不会影响环境，属于环保型微球，不需要专业人员来处理，这样就降低了石油开采部门的成本。核壳型聚丙烯酰胺微球的应用也要适当注意水化时间、温度、矿化度等。水化初期，微球水化程度较低，膨胀度不高，微球直径无明显变化。随着微球在孔喉时间延长，分散介质被激发，微球膨胀程度明显，微球粒径大为增加。微球溶胀作用和降解作用也在随着水化时间的变化发生转化。核壳型聚丙烯酰胺微球会随着水化时间的延长，其调剖封堵性能越明显，但水化两天之后，核壳型聚丙烯酰胺微球的性能不再出现变化。核壳型聚丙烯酰胺微球的调剖封堵性能还受到水化温度的影响，微球所处的水化环境不同，膨胀速度也就不同。虽然核壳型聚丙烯酰胺微球最终封堵效果不会受到矿化度的影响，但核壳型聚丙烯酰胺微球的膨化速度还是受到矿化度的影响，矿化度越高，核壳型聚丙烯酰胺微球的膨胀速度就越慢。核壳型聚丙烯酰胺微球的封堵性能容易受到外部环境中电解质的影响，当孔喉中有纳电解质时，核壳型聚丙烯酰胺微球的膨胀程度就会受到抑制，膨胀聚合物会卷曲，粒径也就相应缩小。但与其他微球相比较，核壳型聚丙烯酰胺微球在孔喉封堵、深入已经有了很大的突破，并且在再封堵、逐级封堵、封堵性能上也有了很大的进步，核壳型聚丙烯酰胺微球超过了目前已经研发出的微球的性能。目前国内从事于聚丙烯酰胺微球研发的学者主要有马敬昆、张霞林、王鸣川、张焕泉等。实验室研究结果证实，核壳型聚丙烯酰胺微球在孔喉岩心封堵性能方面有着很好的作用，对低渗岩心的封堵性能最好，中、高层岩心封堵性能次之。河南油田在油田开采中使用了核壳型聚丙烯酰胺微球，发现微球在接触水后，孔喉封堵性能明显，油井开采量明显增加。
三、小结
随着石油开采量的增加，浅层的石油多数已经被开采，石油埋藏点和开发难度增加，尤其是开发海底石油和含水量较高的石油埋藏区。石油开采亟需投入更高的开发技术，提高开采率、避免资源浪费和避免污染环境。核壳型聚丙烯酰胺微球很好的利用了纳米和微米技术，实现微球粒径调控和膨胀倍数根据外部环境变化的功能，适应了复杂的采油环境，有利于油田孔喉的调剖封堵。反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、分散聚合法、反相悬浮聚合法在油田调剖封堵方面还存在许多不足，需要有更多的研究人员投入研究开发，完善聚合工艺设备装置。
参考文献：
[1]李晓岚，冯玉军，孙静等；聚丙烯酰胺微球制备工艺研究进展[J],精细石油化工进展，2006,10.
[2]王涛，肖建红，孙焕泉等；聚合物微球的粒径影响因素及封堵特性[J].油气地质与采收率，2006,13
[3]韩秀贞，李明远，林梅钦等；交联聚合物微球水化粒径影响因素的分析[J].石油化工，2010,39
[4]刘机关，倪忠斌，熊万斌等；聚丙烯酰胺交联微球的制备及其粒径影响因素[J].石油化工，2008.37.
[5] 林梅钦，董朝霞，彭勃等，交联聚丙烯酰胺微球的形状大小及封堵特性研究[J].高分子学报，2011，（1）
[6]毕淑娴，雷忠利；聚丙烯酰胺反相悬浮聚合的研究[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2006,34
[7]陈海玲，郑晓宇，王雨。微米级大颗粒交联聚合物微球的制备[J].西安石油大学学报，自然科学版，2011.26
论文作者:文墨
论文发表刊物:《科技中国》2016年6期
论文发表时间:2016/10/18
标签：聚丙烯酰胺论文; 乳液论文; 粒径论文; 油田论文; 水化论文; 矿化度论文; 性能论文; 《科技中国》2016年6期论文;