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中国石油大学（油田化学）实验报告
实验日期： 成绩：
班级： 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。
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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
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的粘土颗粒可用聚合物
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(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、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。
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，由于都是瞬间成冻，均记为0)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16滴、14滴、12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。
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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、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。
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表一 实验现象与数据
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
逐滴加入氯化钙溶液后不
断生成白色絮状沉淀

pH
值

成冻 时间 （min） 冻胶强度（是否挑起） 凝胶时间 （min） 凝胶强度

（排
出顺
序）

HCl 6 2 / 不能挑起 12 3.06 偏弱
NaOH
7
10 / 不能挑起 14 0.66 居中

无 4 / 完全挑起 16 0.5 略强
解释实验现象：

1、对锆冻胶堵剂实验现象的解释
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。pH过高或过低都不能形成足够
强度的冻胶。
2、对硅酸凝胶堵剂实验现象的解释
盐酸浓度越高，硅酸凝胶堵剂的成胶时间越短，凝胶强度越高，因为硅酸凝
胶由水玻璃与活化剂HCl反应生成的硅酸溶胶转化而来，体系先在一定的pH值、
温度、硅酸含量下先形成硅酸溶胶，然后在一定时间内形成硅酸凝胶，因此，其
形成与活化剂的浓度有关，活化剂的浓度又进而影响了成胶时间与成胶强度。
3、水玻璃-氯化钙沉淀型堵剂实验的解释
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
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滴加氯化钙后不断生成钙盐沉淀即白色絮状沉淀。

六、思考题
1. 解释 pH值对锆冻胶生成的影响。
答：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。pH过高或过低都不能形成足够
强度的冻胶。
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：本实验制备的硅酸凝胶是碱性硅酸凝胶。
酸性硅酸凝胶是将水玻璃加到盐酸中制得的，此时H+过剩，它的胶粒表面
带正电；反之，碱性硅酸凝胶是将盐酸加到水玻璃中制得的，因反应在SiO32-过
剩的情况下制得，它的胶粒表面带负电。
由于本实验中的堵水剂是将盐酸加入到水玻璃中制得的，所以属于碱性硅酸凝
胶。

七、实验总结
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！