從油田堵水的角度出發(fā)，對(duì)鎂皂石-聚丙烯酰胺-水凝膠體系的流變性質(zhì)，以及這些性質(zhì)隨鎂皂石濃度、聚丙烯酰胺濃度、髙價(jià)陽離子、水礦化度、溫度、體系流動(dòng)時(shí)的剪切速率等因素的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表 明：（1)若將鎂皂石與聚丙烯酰胺復(fù)配，混合體系具有更加優(yōu)異的流變性質(zhì)，其粘度大大高于同濃度時(shí)單一體 系的粘度。而且通過復(fù)配可大大降低其使用濃度；（2)通過改變鎂皂石和聚丙烯酰胺的用量，可以在很大范圍 內(nèi)調(diào)節(jié)體系粘度，以滿足各種需要；（3)混合體系有較強(qiáng)的抗Ca2+、Mg2+能力，在試驗(yàn)的濃度范圍，Ca2+、Mg2+對(duì)體系流變性質(zhì)影響不大；（4)混合體系有良好的耐溫性能，在所試驗(yàn)的溫度范圍，體系流變性質(zhì)對(duì)溫 度不敏感；（5)混合體系具有觸變性。以上性能均有利于油田堵水，因而鎂皂石-聚丙烯酰胺-水凝膠體系可作 為油田堵水劑，以代替目前常用的聚丙烯酰胺堵水劑。
由于這些孔道滲透率很高，水井注水時(shí)，注人水主要是通過這些已被水淹的大孔道到達(dá)油 井，因而注入水的利用率很低。為了提高注入水效率，必須封堵大孔道，降低其滲透率，使注入水進(jìn)入 儲(chǔ)油地層，提髙原油采收率。
目前主要采用聚丙烯酰胺凝膠封堵油層內(nèi)的大孔道。但由于水解聚丙烯酰胺的抗鹽能力差，對(duì)化學(xué) 物質(zhì)、剪切力、熱和微生物降解等因素敏感，導(dǎo)致其在地礦條件下不穩(wěn)定，粘度損失，而且聚丙烯酰胺 成本也較高。
粘土便宜易得，種類很多，目前研究及應(yīng)用最廣的是膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土小顆粒在水介質(zhì)中吸水膨脹可 形成凝膠。而且此種凝膠具有耐溫等有利于油田堵水的物理化學(xué)性質(zhì)。近幾年在新疆火燒山油田、勝坨 油田、中原油田、長(zhǎng)慶油田已開展了這方面工作[2]，但基礎(chǔ)研究很少[1_5]。趙福麟等[1]曾作過巖石孔徑 與粘度粒徑之比與堵水效果關(guān)系的研究，其結(jié)果有很高的應(yīng)用價(jià)值。
在粘土家族中，鎂皂石是性質(zhì)較為獨(dú)特的一類。鎂皂石和膨潤(rùn)土是蒙皂石（蒙脫石)族的兩個(gè)亞族, 膨潤(rùn)土是有二八面體的礦物，而鎂皂石是含有三八面體的礦物。由于鎂皂石獨(dú)特的層狀三八面體晶體結(jié) 構(gòu)，使其具有比膨潤(rùn)土更加優(yōu)異的水化膨脹能力及形成可逆性膠體的性能，而且膠體具有良好的流體觸 變性和懸浮性。可以設(shè)想，鎂皂石很可能作為油田封堵大孔道的堵水劑，有廣闊的應(yīng)用前景。
我國的鎂皂石礦以產(chǎn)于新疆維吾爾自治區(qū)托克遜縣榆樹溝的鎂皂石為代表。自從1984年在新疆托 克遜縣境內(nèi)發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)開采價(jià)值的鎂皂石礦以來，當(dāng)?shù)卣靶陆懈瘳斈z體公司在將鎂皂石的深加 工產(chǎn)品直接應(yīng)用于日用化工產(chǎn)品、化妝品和藥品中的三八面體無機(jī)凝膠等髙端產(chǎn)品方面做了很多工作， 但目前尚無公開的研究論文發(fā)表。筆者的研究表明，若將鎂皂石與聚丙烯酰胺復(fù)配，混合體系具有更加 優(yōu)異的流變性質(zhì)。因此，筆者較系統(tǒng)地研究了鎂皂石-聚丙烯酰胺-水凝膠體系的流變性質(zhì)、以及這些性 質(zhì)隨鎂皂石濃度、聚丙烯酰胺濃度、高價(jià)陽離子、水礦化度、溫度、體系流動(dòng)時(shí)的剪切速率等因素的變 化，取得了一些初步結(jié)果。這些結(jié)果所引出的一些思路，可能在今后的堵水工作中有實(shí)際意義。
將鎂皂石與體系所需其它成分按所需比例混合，適量加水，攬拌形成均勻粘稠狀凝膠，最后補(bǔ)水至 所需濃度，再攪勻。靜置3h后測(cè)定體系粘度。
粘度計(jì)轉(zhuǎn)速(RDM)有3、6、9、18、27、54、108和162共8檔，分別對(duì)應(yīng)剪切速率（即剪切方向 上的速率梯度)[7]D為2. 64、5. 28、7. 92、15. 8、23. 8、47. 5、71. 4和143 s?1。測(cè)定時(shí)，首先調(diào)節(jié)儀器至 測(cè)量所需溫度，按測(cè)量規(guī)定倒人待測(cè)液體，恒溫10 min。然后從最低檔剪切速率開始測(cè)定,待指針擺動(dòng)相 對(duì)穩(wěn)定后讀數(shù)，計(jì)算粘度。依次增加剪切速率，按相同程序測(cè)定樣品粘度，直到最高檔。
(1)在鎂皂石-北京大學(xué)地下水體系中，鎂皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)從6%增至10%，體系粘度增加約8? 10倍，這可能是因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)濃度增加，質(zhì)點(diǎn)間距離縮小，質(zhì)點(diǎn)間可以通過范氏力作用而相互連接，形成 了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。體系流動(dòng)時(shí)要破壞此種結(jié)構(gòu)，因而流動(dòng)阻力增強(qiáng)，粘度大幅上升。單獨(dú)使用鎂皂石堵 水，可根據(jù)油田實(shí)際情況，在此濃度范圍內(nèi)選擇。油田應(yīng)用濃度一般在8%左右。
(2)在鎂皂石-去離子水體系中，鎂皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5%增至6%時(shí)，體系粘度有所增加，但變化不 大?？赡苁窃诖藵舛确秶|(zhì)點(diǎn)濃度不足以使體系形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而粘度隨濃度變化較小，但此 時(shí)體系仍具有一定的粘度，有應(yīng)用價(jià)值，特別是和聚丙烯酰胺混合使用，更是如此。若質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 4%，因體系粘度太小，無實(shí)用價(jià)值。
(3)鎂皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，上述兩體系的粘度基本相同，說明此體系粘度對(duì)水的礦化度不太敏感。
(4)由于鎂皂石有吸水膨脹作用，而且質(zhì)點(diǎn)又不對(duì)稱，因而此類質(zhì)點(diǎn)在水介質(zhì)中，通過范氏力吸 引，相互連接形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)在剪切力作用下，逐漸遭到破壞，因而體系粘度隨著剪切速 率增加，下降很快。為了更清楚地說明粘度隨剪切速率D的增加而下降的情況，將圖1的某些數(shù)據(jù)整理成表。
單獨(dú)使用鎂皂石時(shí)，其濃度不能太小，否則 粘度較低，而且體系不穩(wěn)定，鎂皂石小質(zhì)點(diǎn)在重 力作用下易沉降。加人少量聚丙烯酰胺（如 0.01 %)后，不但體系粘度增加，而且體系中鎂阜 石在較低粘度下亦可形成凝膠，因而增加了體系的穩(wěn)定性。
(1)0.01 %聚丙烯酰胺水溶液本身粘度極小， 但若鎂皂石-聚丙烯酰胺-去離子水體系中的聚丙 烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時(shí)，體系的粘度即大幅 度上升。5%鎂皂石-去離子水體系，加人聚丙 烯酰胺后，體系粘度是原來的2. 6?2. 7倍 (圖2(b)); 6%鎂皂石-去離子水體系，加入聚丙 烯酰胺后，體系粘度是原來的3?5倍(圖2(c))。
(2)加入聚丙烯酰胺后體系粘度較聚丙烯酰 胺加入前隨鎂皂石含量的變化更明顯。在應(yīng)用中， 可以根據(jù)實(shí)際情況，用改變鎂皂石含量或加入聚 丙烯酰胺來調(diào)節(jié)體系粘度以滿足實(shí)際需要。
(3)聚丙烯酰胺是高分子聚合物，相對(duì)分子
質(zhì)量很大，此種分子在水溶液中，可同時(shí)吸附在 兩個(gè)(或兩個(gè)以上）鎂皂石質(zhì)點(diǎn)上，通過聚丙烯醜 胺分子的架橋作用形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚丙烯 酰胺分子架橋作用可降低體系形成凝膠時(shí)鎂皂石 的濃度。例如，未加聚丙烯酰胺的6%鎂皂石的 體系，難以成膠；但若加入0.01%的聚丙烯醜 胺，即可形成凝膠，因而體系粘度和穩(wěn)定性均明顯增加。
(4)鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系所形成的網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)亦具有觸變性。未加聚丙烯酰胺時(shí)，1? 2.64/
7143約為20(見表1)。但從圖3可以計(jì)算，5%鎂 皂石的體系的2.64/i? 143為31. 2, 6%鎂皂石的體 系則為33. 5。亦即加入聚丙烯酰胺后，體系粘 度隨剪切速率的增加而下降得更快（觸變性更 大），因而加人聚丙烯酰胺后體系更有利于油田堵 水。
(5)鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系的空間網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的形成與破壞是可逆的，即在剪切力作用下，體系的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，但靜置后，結(jié)構(gòu) 又可恢復(fù)。這由圖3可以看出。第一次測(cè)定后，
靜置10 min,從粘度的恢復(fù)情況可估計(jì)體系結(jié)構(gòu) 已大部分恢復(fù)，如果靜置時(shí)間再長(zhǎng)（如12 h)，則 結(jié)構(gòu)已基本恢復(fù)。
油田地層水常含有多種高價(jià)陽離子，特別是Ca2+。作為優(yōu)良堵水劑，必須具有抗高價(jià)陽離子能力。 因此，考察了不同Ca2+含量對(duì)體系粘度的影響?？梢钥吹?，Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.01%?0.02%時(shí),Ca2+對(duì)體系的粘度基本無影響。而Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%?0.04%時(shí)，粘度略 有增加。一般地下水中Ca2+、Mg2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 低于0.01%，因此鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系有 較強(qiáng)的抗Ca2+的能力。
對(duì)于堵水劑，要求體系粘度 隨溫度變化幅度越小越好。筆者考察了在30、 50、65°C下，鎂皂石-聚丙烯酰胺-去離子水體系 和兩個(gè)鎂皂石-聚丙烯酰胺-人工礦化水體系流變 性質(zhì)的變化。從圖7可以看出，隨 溫度升髙，3個(gè)體系的粘度變化都很小，這是此 種體系能應(yīng)用于油田堵水的另一優(yōu)點(diǎn)。
筆者考察了鎂皂石-聚丙烯酰胺-人工礦化水體系中聚丙烯酰胺含量對(duì)體系粘度的影響。 可以看出，聚丙烯酰胺含量增加，體系粘度增加，因此用調(diào)節(jié)聚丙烯酰胺的量來改變體系粘 度也是一種手段。
(1)若將鎂皂石與聚丙烯酰胺復(fù)配，得到的鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系具有更加優(yōu)異的流變性質(zhì)， 該體系的粘度大大高于同濃度時(shí)單一體系的粘度。而且通過復(fù)配可大大降低其使用量。
(2)通過改變鎂皂石和聚丙烯酰胺的用量，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系的粘 度，以滿足各種實(shí)際情況的需要。
(3)鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系有較強(qiáng)的抗Ca2+、Mg2+能力，在試驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)，Ca2+、Mg2+ 對(duì)體系流變性質(zhì)的影響不大。
(4)鎂皂石-聚丙烯酰胺-水體系耐溫性能良好，在所試驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)，體系流變性質(zhì)對(duì)溫度不敏 感。
(5)鎂皂石與聚M烯酰胺共同參與形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)的形成與破壞是可逆的，因此體系 具有觸變性。流速快，剪切速率大，結(jié)構(gòu)破壞亦大，因而粘度小，此時(shí)的體系極易進(jìn)人油層的水淹部 位，但隨著體系深入推進(jìn)，流動(dòng)阻力增加，流速下降，結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)，粘度增加，因而有利于相繼的注 入水進(jìn)人油層，因此可作為良好的堵水劑。
鎂皂石-聚丙烯酰胺-水凝膠是一種極復(fù)雜的體系，這里雖然從多方面對(duì)體系流變性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)， 但工作是非常初步的。從這些工作只能看出，此體系作為大孔道油田堵水劑，可能有很好的應(yīng)用前景。 但真正把此體系應(yīng)用于原油開采，則還需進(jìn)一步工作。