从油田堵水的角度出发，对镁皂石-聚丙烯酰胺-水凝胶体系的流变性质，以及这些性质随镁皂石浓度、聚丙烯酰胺浓度、髙价阳离子、水矿化度、温度、体系流动时的剪切速率等因素的变化进行了研究。结果表 明：（1)若将镁皂石与聚丙烯酰胺复配，混合体系具有更加优异的流变性质，其粘度大大高于同浓度时单一体 系的粘度。而且通过复配可大大降低其使用浓度；（2)通过改变镁皂石和聚丙烯酰胺的用量，可以在很大范围 内调节体系粘度，以满足各种需要；（3)混合体系有较强的抗Ca2+、Mg2+能力，在试验的浓度范围，Ca2+、Mg2+对体系流变性质影响不大；（4)混合体系有良好的耐温性能，在所试验的温度范围，体系流变性质对温 度不敏感；（5)混合体系具有触变性。以上性能均有利于油田堵水，因而镁皂石-聚丙烯酰胺-水凝胶体系可作 为油田堵水剂，以代替目前常用的聚丙烯酰胺堵水剂。
由于这些孔道渗透率很高，水井注水时，注人水主要是通过这些已被水淹的大孔道到达油 井，因而注入水的利用率很低。为了提高注入水效率，必须封堵大孔道，降低其渗透率，使注入水进入 储油地层，提髙原油采收率。
目前主要采用聚丙烯酰胺凝胶封堵油层内的大孔道。但由于水解聚丙烯酰胺的抗盐能力差，对化学 物质、剪切力、热和微生物降解等因素敏感，导致其在地矿条件下不稳定，粘度损失，而且聚丙烯酰胺 成本也较高。
粘土便宜易得，种类很多，目前研究及应用最广的是膨润土。膨润土小颗粒在水介质中吸水膨胀可 形成凝胶。而且此种凝胶具有耐温等有利于油田堵水的物理化学性质。近几年在新疆火烧山油田、胜坨 油田、中原油田、长庆油田已开展了这方面工作[2]，但基础研究很少[1_5]。赵福麟等[1]曾作过岩石孔径 与粘度粒径之比与堵水效果关系的研究，其结果有很高的应用价值。
在粘土家族中，镁皂石是性质较为独特的一类。镁皂石和膨润土是蒙皂石（蒙脱石)族的两个亚族, 膨润土是有二八面体的矿物，而镁皂石是含有三八面体的矿物。由于镁皂石独特的层状三八面体晶体结 构，使其具有比膨润土更加优异的水化膨胀能力及形成可逆性胶体的性能，而且胶体具有良好的流体触 变性和悬浮性。可以设想，镁皂石很可能作为油田封堵大孔道的堵水剂，有广阔的应用前景。
我国的镁皂石矿以产于新疆维吾尔自治区托克逊县榆树沟的镁皂石为代表。自从1984年在新疆托 克逊县境内发现具有工业开采价值的镁皂石矿以来，当地政府及新疆托格玛胶体公司在将镁皂石的深加 工产品直接应用于日用化工产品、化妆品和药品中的三八面体无机凝胶等髙端产品方面做了很多工作， 但目前尚无公开的研究论文发表。笔者的研究表明，若将镁皂石与聚丙烯酰胺复配，混合体系具有更加 优异的流变性质。因此，笔者较系统地研究了镁皂石-聚丙烯酰胺-水凝胶体系的流变性质、以及这些性 质随镁皂石浓度、聚丙烯酰胺浓度、高价阳离子、水矿化度、温度、体系流动时的剪切速率等因素的变 化，取得了一些初步结果。这些结果所引出的一些思路，可能在今后的堵水工作中有实际意义。
将镁皂石与体系所需其它成分按所需比例混合，适量加水，揽拌形成均匀粘稠状凝胶，最后补水至 所需浓度，再搅匀。静置3h后测定体系粘度。
粘度计转速(RDM)有3、6、9、18、27、54、108和162共8档，分别对应剪切速率（即剪切方向 上的速率梯度)[7]D为2. 64、5. 28、7. 92、15. 8、23. 8、47. 5、71. 4和143 s〜1。测定时，首先调节仪器至 测量所需温度，按测量规定倒人待测液体，恒温10 min。然后从最低档剪切速率开始测定,待指针摆动相 对稳定后读数，计算粘度。依次增加剪切速率，按相同程序测定样品粘度，直到最高档。
(1)在镁皂石-北京大学地下水体系中，镁皂石质量分数从6%增至10%，体系粘度增加约8〜 10倍，这可能是因为质点浓度增加，质点间距离缩小，质点间可以通过范氏力作用而相互连接，形成 了空间网状结构。体系流动时要破坏此种结构，因而流动阻力增强，粘度大幅上升。单独使用镁皂石堵 水，可根据油田实际情况，在此浓度范围内选择。油田应用浓度一般在8%左右。
(2)在镁皂石-去离子水体系中，镁皂石质量分数由5%增至6%时，体系粘度有所增加，但变化不 大。可能是在此浓度范围，质点浓度不足以使体系形成空间网状结构，因而粘度随浓度变化较小，但此 时体系仍具有一定的粘度，有应用价值，特别是和聚丙烯酰胺混合使用，更是如此。若质量分数低于 4%，因体系粘度太小，无实用价值。
(3)镁皂石质量分数为6%时，上述两体系的粘度基本相同，说明此体系粘度对水的矿化度不太敏感。
(4)由于镁皂石有吸水膨胀作用，而且质点又不对称，因而此类质点在水介质中，通过范氏力吸 引，相互连接形成空间网状结构。此种结构在剪切力作用下，逐渐遭到破坏，因而体系粘度随着剪切速 率增加，下降很快。为了更清楚地说明粘度随剪切速率D的增加而下降的情况，将图1的某些数据整理成表。
单独使用镁皂石时，其浓度不能太小，否则 粘度较低，而且体系不稳定，镁皂石小质点在重 力作用下易沉降。加人少量聚丙烯酰胺（如 0.01 %)后，不但体系粘度增加，而且体系中镁阜 石在较低粘度下亦可形成凝胶，因而增加了体系的稳定性。
(1)0.01 %聚丙烯酰胺水溶液本身粘度极小， 但若镁皂石-聚丙烯酰胺-去离子水体系中的聚丙 烯酰胺质量分数为0.01%时，体系的粘度即大幅 度上升。5%镁皂石-去离子水体系，加人聚丙 烯酰胺后，体系粘度是原来的2. 6〜2. 7倍 (图2(b)); 6%镁皂石-去离子水体系，加入聚丙 烯酰胺后，体系粘度是原来的3〜5倍(图2(c))。
(2)加入聚丙烯酰胺后体系粘度较聚丙烯酰 胺加入前随镁皂石含量的变化更明显。在应用中， 可以根据实际情况，用改变镁皂石含量或加入聚 丙烯酰胺来调节体系粘度以满足实际需要。
(3)聚丙烯酰胺是高分子聚合物，相对分子
质量很大，此种分子在水溶液中，可同时吸附在 两个(或两个以上）镁皂石质点上，通过聚丙烯醜 胺分子的架桥作用形成了空间网状结构。聚丙烯 酰胺分子架桥作用可降低体系形成凝胶时镁皂石 的浓度。例如，未加聚丙烯酰胺的6%镁皂石的 体系，难以成胶；但若加入0.01%的聚丙烯醜 胺，即可形成凝胶，因而体系粘度和稳定性均明显增加。
(4)镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系所形成的网状 结构亦具有触变性。未加聚丙烯酰胺时，1? 2.64/
7143约为20(见表1)。但从图3可以计算，5%镁 皂石的体系的2.64/i? 143为31. 2, 6%镁皂石的体 系则为33. 5。亦即加入聚丙烯酰胺后，体系粘 度随剪切速率的增加而下降得更快（触变性更 大），因而加人聚丙烯酰胺后体系更有利于油田堵 水。
(5)镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系的空间网状结 构的形成与破坏是可逆的，即在剪切力作用下，体系的空间网状结构遭到破坏，但静置后，结构 又可恢复。这由图3可以看出。第一次测定后，
静置10 min,从粘度的恢复情况可估计体系结构 已大部分恢复，如果静置时间再长（如12 h)，则 结构已基本恢复。
油田地层水常含有多种高价阳离子，特别是Ca2+。作为优良堵水剂，必须具有抗高价阳离子能力。 因此，考察了不同Ca2+含量对体系粘度的影响。可以看到，Ca2+的质量分数为 0.01%〜0.02%时,Ca2+对体系的粘度基本无影响。而Ca2+的质量分数为0.03%〜0.04%时，粘度略 有增加。一般地下水中Ca2+、Mg2+的质量分数 低于0.01%，因此镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系有 较强的抗Ca2+的能力。
对于堵水剂，要求体系粘度 随温度变化幅度越小越好。笔者考察了在30、 50、65°C下，镁皂石-聚丙烯酰胺-去离子水体系 和两个镁皂石-聚丙烯酰胺-人工矿化水体系流变 性质的变化。从图7可以看出，随 温度升髙，3个体系的粘度变化都很小，这是此 种体系能应用于油田堵水的另一优点。
笔者考察了镁皂石-聚丙烯酰胺-人工矿化水体系中聚丙烯酰胺含量对体系粘度的影响。 可以看出，聚丙烯酰胺含量增加，体系粘度增加，因此用调节聚丙烯酰胺的量来改变体系粘 度也是一种手段。
(1)若将镁皂石与聚丙烯酰胺复配，得到的镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系具有更加优异的流变性质， 该体系的粘度大大高于同浓度时单一体系的粘度。而且通过复配可大大降低其使用量。
(2)通过改变镁皂石和聚丙烯酰胺的用量，可以在很大范围内调节镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系的粘 度，以满足各种实际情况的需要。
(3)镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系有较强的抗Ca2+、Mg2+能力，在试验的浓度范围内，Ca2+、Mg2+ 对体系流变性质的影响不大。
(4)镁皂石-聚丙烯酰胺-水体系耐温性能良好，在所试验的温度范围内，体系流变性质对温度不敏 感。
(5)镁皂石与聚M烯酰胺共同参与形成空间网状结构，此种结构的形成与破坏是可逆的，因此体系 具有触变性。流速快，剪切速率大，结构破坏亦大，因而粘度小，此时的体系极易进人油层的水淹部 位，但随着体系深入推进，流动阻力增加，流速下降，结构逐渐恢复，粘度增加，因而有利于相继的注 入水进人油层，因此可作为良好的堵水剂。
镁皂石-聚丙烯酰胺-水凝胶是一种极复杂的体系，这里虽然从多方面对体系流变性质进行了实验， 但工作是非常初步的。从这些工作只能看出，此体系作为大孔道油田堵水剂，可能有很好的应用前景。 但真正把此体系应用于原油开采，则还需进一步工作。