水凝胶在油田开采领域的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.10.014

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (10): 101-110.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.10.014

• 高分子功能改性与极端服役应用 • 上一篇下一篇

水凝胶在油田开采领域的研究进展

王晓南¹, 付菁奥¹, 陈思思¹, 高海南¹(), 蔡玉东²()

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京 102200

收稿日期:2023-04-04 出版日期:2023-10-26 发布日期:2023-10-23
通讯作者: 高海南（1987—），女，副教授，主要从事仿生超浸润油水凝胶的制备和应用、特殊条件油水分离过滤材料的制备，gaohn@btbu.edu.cn
蔡玉东（1986—），男，高级工程师，主要从事合成树脂与新材料研发，caiyudong@petrochina.com.cn
E-mail:gaohn@btbu.edu.cn;caiyudong@petrochina.com.cn

Research progress in hydrogel for oilfield development

WANG Xiaonan¹, FU Jingao¹, CHEN Sisi¹, GAO Hainan¹(), CAI Yudong²()

^1.Beijing Technology and Business University，College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing 100048，China
^2.Petrochemical Research Institute，Petrochina Company Limited，Beijing 102200，China

Received:2023-04-04 Online:2023-10-26 Published:2023-10-23
Contact: GAO Hainan, CAI Yudong E-mail:gaohn@btbu.edu.cn;caiyudong@petrochina.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

围绕高性能水凝胶，总结评述了其在油田开发领域作为堵漏、驱油以及油水分离过滤材料的研究进展，归纳分析了不同种类水凝胶的特点及应用，最后对其发展前景进行了展望。

关键词: 水凝胶, 油水分离, 两性离子凝胶, 堵漏剂, 驱油剂

Abstract:

This paper reviewed the research progress in the high⁃performance hydrogels as filter materials for leak plugging， oil repelling， and oil⁃water separation in the field of oilfield development. The characteristics and applications of different types of hydrogels were summarized and analyzed， and the development direction was discussed.

Key words: hydrogel, oil?water separation, zwitterionic hydrogel, plugging agent, oil repellent

中图分类号:

TQ321

王晓南, 付菁奥, 陈思思, 高海南, 蔡玉东. 水凝胶在油田开采领域的研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(10): 101-110.

WANG Xiaonan, FU Jingao, CHEN Sisi, GAO Hainan, CAI Yudong. Research progress in hydrogel for oilfield development[J]. China Plastics, 2023, 37(10): 101-110.

图/表 12

参考文献 49

1	曹绪龙. 大分子交联剂制备颗粒驱油剂及其性能［J］. 油田化学， 2020， 37（4）： 683⁃690.
	CAO X L. Preparation and properties of particle oil displacement agents using macromolecular crosslinking agents［J］. Oilfield Chemistry， 2020， 37（4）： 683⁃690.
2	Wang R， Yang J， Liu L， et al. Investigation on filtration control of zwitterionic polymer AADN in high temperature high pressure water⁃based drilling fluids［J］. Gels， 2022， 8（12）： 826.
3	Dizayee K K， Judd S J. A brief review of the status of low⁃pressure membrane technology implementation for petroleum industry effluent treatment［J］. Membranes， 2022， 12（4）： 391.
4	赵宝宝，丁海燕，李运，等. 水凝胶吸附材料处理废水的研究进展［J］. 皮革与化工， 2020， 37（6）： 26⁃31.
	ZHAO B B， DING H Y， LI Y， et al. Research progress in wastewater treatment with hydrogel adsorbents［J］. Leather And Chemicals， 2020， 37（6）： 26⁃31.
5	Zareie C， Sefti M V， Bahramian A R， et al. A polyacrylamide hydrogel for application at high temperature and sali⁃nity tolerance in temporary well plugging［J］. Iranian Polymer Journal， 2018， 27（8）： 577⁃587.
6	崔航，王思琪，郭世好，等. 水凝胶的制备及应用进展［J］. 化工新型材料， 2021， 49（S1）： 47⁃51.
	CUI H， WANG S Q， Guo S H， et al. Progress in preparation and application of hydrogel［J］. New Chemical Material， 2021， 49（S1）： 47⁃51.
7	Amakiri K T， Canon A R， Molinari M， et al. Review of oilfield produced water treatment technologies［J］. Chemosphere， 2022， 298： 134064.
8	Jabri F A， Muruganandam L， Aljuboury D. Treatment of the oilfield⁃produced water and oil refinery wastewater by using inverse fluidization⁃a review［J］. Global Nest Journal， 2019， 21（2）： 204⁃210.
9	Gbadamosi A， Patil S， Kamal M S， et al. Application of polymers for chemical enhanced oil recovery： a review［J］. Polymers， 2022， 14（7）： 1433.
10	Awasthi S， Gaur J K， Bobji M S， et al. Nanoparticle⁃reinforced polyacrylamide hydrogel composites for clinical applications： a review［J］.Journal of Materials Science， 2022， 57（17）： 8 041⁃8 063.
11	De Aguiar K， De Oliveira P F， Mansur C R E. A comprehensive review of in situ polymer hydrogels for conformance control of oil reservoirs［J］. Oil & Gas Science and Technology， 2020， 75（1）： 8.
12	Gbadamosi A O， Junin R， Manan M A， et al. Hybrid suspension of polymer and nanoparticles for enhanced oil recovery［J］. Polymer Bulletin， 2019， 76（12）： 6 193⁃6 230.
13	Zheng L， Sundaram H S， Wei Z， et al. Applications of zwitterionic polymers［J］. Reactive and Functional Polymers， 2017， 118（q）： 51⁃61.
14	Zheng S Y， Mao S H， Yuan J F， et al. Molecularly engineered zwitterionic hydrogels with high toughness and self⁃healing capacity for soft electronics applications［J］. Che⁃mistry of Materials， 2021， 33（21）： 8 418⁃8 429.
15	Li P， Zeng L P， Guo H L， et al. Research progress in zwitterionic hydrogels［J］. Acta Polymerica Sinica， 2020， 51（12）： 1 307⁃1 320.
16	Li X H， Tang C J， Liu D， et al. High⁃strength and nonfouling zwitterionic triple⁃network hydrogel in saline environments［J］. Advanced Materials， 2021， 33（39）： e2102479.
17	Saha P， Ganguly R， Li X， et al. Zwitterionic nanogels and microgels： an overview on their synthesis and applications［J］. Macromolecular Rapid Communications， 2021， 42（13）： e2100112.
18	Gao H N， Mao J L， Cai Y D， et al. Euryhaline hydrogel with constant swelling and salinity⁃enhanced mechanical strength in a wide salinity range［J］. Advanced Functional Materials， 2021， 31（4）： 1⁃8.
19	Huang K T， Ishihara K， Huang C J. Polyelectrolyte and antipolyelectrolyte effects for dual salt⁃responsive interpenetrating network hydrogels［J］. Biomacromolecules， 2019， 20（9）： 3 524⁃3 534.
20	Zhu Y Z， Wang J L， Zhang F， et al. Zwitterionic nanohydrogel grafted PVDF membranes with comprehensive antifouling property and superior cycle stability for oil⁃in⁃water emulsion separation［J］. Advanced Functional Materials， 2018， 28（40）： 1804121.
21	Su X， Hao D Z， Xu X Q， et al. Hydrophilic/hydrophobic heterogeneity anti⁃biofouling hydrogels with well⁃regulated rehydration［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2020， 12（22）： 25 316⁃25 323.
22	Li Y Q， Zhang H， Ma C， et al. Durable， cost⁃effective and superhydrophilic chitosan-alginate hydrogel⁃coated mesh for efficient oil/water separation［J］. Carbohydrate Polymers， 2019， 226： 115279.
23	Cai Y， Lu Q， Guo X， et al. Salt⁃tolerant superoleophobicity on alginate gel surfaces inspired by seaweed （saccharina japonica）［J］. Advanced Materials， 2015， 27（28）： 4 162⁃4 168.
24	Wang A Q， Zhu Y Z， Jin J. Preparation of carboxyl⁃betaine polyurethane hydrogel and study on its underwater anti⁃crude⁃oil⁃adhesion property［J］. Chemical Journal of Chinese Universities， 2021， 42（4）： 1 246⁃1 252.
25	Bai Z， Jia K， Liu C， et al. A solvent regulated hydrogen bond crosslinking strategy to prepare robust hydrogel paint for oil/water separation［J］. Advanced Functional Materials， 2021， 31（49）： 1⁃12.
26	Lv Y， Xi X， Dai L， et al. Hydrogel as a superwetting surface design material for oil/water separation： a review［J］.Advanced Materials Interfaces， 2021， 8（7）： 2002030.
27	Ao C， Hu R， Zhao J， et al. Reusable， salt⁃tolerant and superhydrophilic cellulose hydrogel⁃coated mesh for efficient gravity⁃driven oil/water separation［J］. Chemical Engineering Journal， 2018， 338： 271⁃277.
28	Cao W， Xie K， Wang X， et al. Starch graft copolymer and polymer gel applied in Bohai oilfield for water plugging and profile control and their mechanisms［J］. Geosystem Engineering， 2020， 23（4）： 197⁃204.
29	Kang W L， Kang X， Lashari Z A， et al. Progress of polymer gels for conformance control in oilfield［J］. Advances in Colloid and Interface Science， 2021， 289： 102363.
30	易雄健，郭继香，杨矞琦. 耐高温油田堵水剂的研究进展［J］. 应用化工， 2020， 49（04）： 945⁃957.
	YI X J， GUO J X， YANG Y Q. Research progress of high temperature resistant water plugging agents［J］. Applied Chemical Industry， 2020， 49（4）： 945⁃957.
31	Bai Y， Lian Y， Zhao J， et al. Thermal-insulation and temperature⁃resistant foamed gel for thermal management of heavy oil steam flooding［J］. Journal of Molecular Li⁃quids， 2022， 359： 119304.
32	Zisis V， Kelessidis V C. Nano⁃based drilling fluids： a review［J］. Energies， 2017， 10（4）： 540.
33	Li Z， Zhao T， Lv W， et al. Nanoscale polyacrylamide copolymer/silica hydrogel microspheres with high compre⁃ssive strength and satisfactory dispersion stability for efficient profile control and plugging［J］.Industrial & Engineering Chemistry Research， 2021， 60（28）： 10 193⁃10 202.
34	Luo M， Si X， Li M， et al. Experimental study on the temporary plugging performance of magnetic responsive hydrogel in hydraulic fracturing of hydrocarbon reservoirs［J］. Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2022， 646： 128981.
35	王安. 纤维素纳米纤丝的改性及其增强堵漏水凝胶的应用［D］. 天津：天津科技大学， 2021.
36	Hamza A， Shamlooh M， Hussein I A， et al. Polymeric formulations used for loss circulation materials and wellbore strengthening applications in oil and gas wells： a review［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2019， 180： 197⁃214.
37	Zhong H， Shen G， Yang P， et al. Mitigation of lost circulation in oil-based drilling fluids using oil absorbent polymers［J］. Materials， 2018， 11（10）： 2020.
38	He H， Wang Y， Zhang J， et al. Comparison of gelation behavior and morphology of resorcinol⁃hexamethylenetetramine⁃HPAM gel in bulk and porous media［J］. Transp Porous Media， 2015， 109（2）： 377⁃392.
39	Fan X， Zhao P， Zhang Q， et al. A polymer plugging gel for the fractured strata and its application［J］. Materials， 2018， 11（5）： 856.
40	Wang L L， Wang T F， Wang J X， et al. Enhanced oil recovery mechanism and technical boundary of gel foam profile control system for heterogeneous reservoirs in changging［J］. Gels， 2022， 8（6）： 371.
41	赵清，郭继香，焦保雷，等. 耐高温高盐弱凝胶驱油剂的开发及性能评价［J］. 现代化工， 2020， 40（12）： 137⁃146.
	ZHAO Q， GUO J X， JIAO B L， et al. Development and performance evaluation of weak gel displacement agent with high temperature resistance and high salt resistance［J］. Modern Chemical Industry， 2020， 40（12）： 137⁃146.
42	孙焕泉，曹绪龙，姜祖明，等. 力化学改性木粉纤维制备水凝胶颗粒驱油剂［J］. 油田化学， 2021， 38（3）： 476⁃481.
	SUN H Q， CAO X L， JIANG Z M， et al. Preparation of hydrogel particle oil displacement agent from mechanochemically modified wood flour fiber［J］. Oilfield Chemistry， 2021， 38（3）： 476⁃481.
43	Yang J b， Sun J s， Bai Y⁃r， et al. Review of the application of environmentally responsive gels in drilling and oil recovery engineering： Synthetic materials， mechanism， and application prospect［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2022， 215（PA）： 12⁃19.
44	江文鹏，张鑫，陈欢，等. 改性温度/pH敏感性水凝胶的制备及其研究进展［J］. 山东化工， 2022， 51（16）： 130⁃132.
	JIANG W P， ZHANG X， CHEN H，et al. Preparation and research progress of modified temperature/p H sensitive hydrogels［J］. Shandong Chemical Industry， 2022， 51（16）： 130⁃132.
45	Li T， Shen J， Zhang Z， et al. A poly（2⁃（dimethylamino）ethyl methacrylate⁃co⁃methacrylic acid） complex induced route to fabricate a super⁃hydrophilic hydrogel and its controllable oil/water separation［J］. RSC Advances， 2016， 6（47）： 40 656⁃40 663.
46	Zhu Y， Lin L， Zeng J， et al. Seawater⁃enhanced tough agar/poly（N⁃isopropylacrylamide）/clay hydrogel for anti⁃adhesion and oil/water separation［J］. Soft Matter， 2020， 16（9）： 2 199⁃2 207.
47	Li J， Sun J， Lv K， et al. Nano⁃modified polymer gels as temperature⁃ and salt⁃resistant fluid⁃loss additive for water⁃based drilling fluids［J］. Gels， 2022， 8（9）： 547.
48	Cui K X， Jiang G C， Yang L L， et al. Preparation and properties of magnesium oxysulfate cement and its application as lost circulation materials［J］. Petroleum Science， 2021， 18（5）： 1 492⁃1 506.
49	杨姗，齐书磊，李慎伟，等. 耐温抗盐预交联凝胶颗粒驱油剂的合成及应用评价［J］. 胶体与聚合物， 2020， 38（4）： 182⁃185.
	YANG S， QI S L， LI S W， et al. Synthesis and application evaluation of temperature resistant and salt resistant pre crosslinked gel particle oil displacement agent［J］. Chinese Journal of Colloid&Polymer， 2020， 38（4）： 182⁃185.

[1]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超疏水⁃超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 28-38.
[2]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 28-37.
[3]	王晓南付菁奥陈思思高海南蔡玉东. 水凝胶在油田开采领域的研究进展[J]. , 2023, 37(10): 101-110.
[4]	宋丹阳, 郑红娟, 李一龙. 聚乳酸基油水分离材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 187-192.
[5]	周舒毅, 朱敏, 刘忆颖, 曹舒惠, 蔡启轩, 聂慧, 张玉霞, 周洪福. 高分子止血材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 74-84.
[6]	刘伟, 吴显, 陈小澄, 成晓琼, 张纯. 羧基化填料对聚乙烯醇/纳米纤维素水凝胶力学、导电和传感性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 16-23.
[7]	马超群, 师文钊, 崔杉杉, 张曼妍, 周红娟. 聚乙烯醇基多孔复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 116-123.
[8]	刘志, 吴波, 候广开, 阮方涛. 二甲基硅油增强聚甲基丙烯酸甲酯超疏水复合纤维膜制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(4): 42-48.
[9]	李海燕, 李爽, 王奇, 崔业翔, 马英杰. 聚丙烯酸/氧化石墨烯自修复水凝胶的合成及性能[J]. 中国塑料, 2016, 30(11): 42-47 .
[10]	孙辉, 胡宇, 杨彪, 许国志. 农林生物质残余物的高值化利用：半纤维素的提取、改性及应用研究进展[J]. 中国塑料, 2016, 30(04): 12-22 .
[11]	李海燕, 赵志桩, 崔业翔. 聚N异丙基丙烯酰胺/黏土纳米复合自修复水凝胶的制备及性能[J]. 中国塑料, 2015, 29(12): 18-22 .
[12]	舒静, 李小静, 赵大飙. 壳聚糖智能水凝胶研究进展[J]. 中国塑料, 2010, 24(09): 6-10 .

水凝胶在油田开采领域的研究进展

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