中国石油大学油田化学实验报告
实验日期： 2014.12.23 成绩：
班级：石工（实验）1202 学号：姓名：教师：
同组者：
实验六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、数据处理
堵剂类型锆冻胶堵剂硅酸凝胶堵剂水玻璃-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）
测定项目加入氯化钙
后，迅速生
成沉淀，摇
匀后产生均
匀的白色絮
状沉淀，白
色沉淀物
1.4ml
PH值冻胶强度
（是否挑起）
胶凝时
间（min）
凝胶强度（排
出顺序）
6 2 否11 0.93 3
7 8 否13 0.95 2
无 5 是15 0.68 1
答：（1）PH值过高或过低均会影响锆冻胶的生成，所以未加HCl及NaOH
溶液的第三组会生成比加了HCL的第一组及加了NaOH的第三组更多的锆
冻胶堵剂；
（2）硅酸凝胶是由硅酸溶胶转变而来。
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。
PH值过
高或过低均破坏网络结构，从而使凝胶生成量减少。
所以第三组生成量
多于前两组。
（3）Na2O·mSiO2 + CaCl2 → CaO2·mSiO2 + 2NaCl，反应有CaO2·mSiO2
沉淀（白色）生成，因此可以看到有白色絮状沉淀生成。
六、思考与讨论
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价锆离子通过络合、水解、羟桥作用，进一
步水解和羟桥作用等反应生成锆的多核羟桥络离子，然后锆的多核羟桥
络离子交联带-COOH-的聚合物（如HPAM）生成交联体。
其中：水解，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。
答：是碱性硅酸凝胶，因为是将盐酸加入到水玻璃中反应，硅酸根过量。
七、实验小结
通过本次实验，我熟悉了常见堵水剂的制备方法，并且了解了常见堵水剂的性质。
实验过程要及时添加试剂和读数，仔细观察实验现象。