聚丙烯酰胺在石油工業(yè)上應(yīng)用 

 一、聚丙烯酰胺絮凝劑在三次采油中的應(yīng)用
聚丙烯酰胺絮凝劑的增稠、絮凝和對流體的流變性調(diào)節(jié)的作用所具備的性能使得它在石油開采中充 當(dāng)了重要的角色。它廣泛地被用于鉆井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、減阻、防垢和 驅(qū)油等方面。總的來說，使用聚丙烯酰胺絮凝劑是為了提高石油的開采率(EOR)。特別是許多油田已 進(jìn)入二次、三次開采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度達(dá)7000m，地層的非均質(zhì)性以及海上油田給采油作業(yè)提出了更加苛刻的條件，深層采油和海上采油相應(yīng)地也給 PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高溫(100℃以上直至200℃)，耐鈣離子、鎂離子 ，耐海水降解。
自20世紀(jì)80年代以來，國外對適用于采油的PAM的基礎(chǔ)研究和制備、應(yīng)用研究以及 品種開發(fā)各方面均取得了很大進(jìn)展。
美國菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co．)專家阿罕默德M．A．和彼得H．D，對 PAM在高溫高鹽礦化水中的研究結(jié)果表明：
(1)在礦化度很低(<20×10-6)時(shí)，無論濃度、水解度及相對分子質(zhì)量大小如何， PAM水溶液的濁點(diǎn)均在204℃以上；二價(jià)陽離子濃度稍有增加，濁點(diǎn)即大大降低，水解度 越高，濁點(diǎn)降低越明顯；
(3)在等摩爾水平上比較，鈣離子降低濁點(diǎn)的作用大于鎂離子，Sr離子和Ba離子；
(4)二價(jià)陽離子濃度大于等于100×10娟時(shí)，水解度是決定聚丙烯酰胺絮凝劑溶液濁點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)；
(5)相對分子質(zhì)量和濃度也影響溶液濁點(diǎn)，但相對于水解度而言是次要因素；
(6)聚丙烯酰胺絮凝劑水解后溶液濁點(diǎn)降低，水解是一平衡過程，水解平衡值隨溫度而不同；
(7)在溫度小于75℃時(shí)，聚丙烯酰胺絮凝劑在任何礦化度的水溶液中均穩(wěn)定，超過75℃后，隨溫度 升高，沉淀物形成加快，降低水的礦化度可延長穩(wěn)定時(shí)間，但要求的礦化度往往低于油田水 實(shí)際礦化度。
二、用作堵水調(diào)整劑
在油田生產(chǎn)過程中，由于地層的非均質(zhì)性，常產(chǎn)生水浸問題，需要進(jìn)行堵水，其實(shí)質(zhì)是 改變水在地層中的滲流狀態(tài)，以達(dá)到減少油田產(chǎn)水、保持地層能量、提高油田最終采收率的 目的。聚丙烯酰胺絮凝劑類化學(xué)堵水劑具有對油和水的滲透能力的選擇性，對油的滲透性降低最高 可超過10%，而對水的滲透性減少可超過90%。選擇性堵水這一特點(diǎn)是其他堵水劑所沒有 的，通常按地層類型選擇合適的聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量。均質(zhì)性好、平均滲透率高的油 層，可選用中相對分子質(zhì)量((500～。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝劑；基巖滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層，可選用高相對分子質(zhì)量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用時(shí)可不交聯(lián)使用，但可與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯(lián)生成凝膠使用，還可添加某些樹脂以形成互容聚合物網(wǎng)絡(luò)，使之具有更高的耐溫性。該方法已在國內(nèi)碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應(yīng)用，取得明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可調(diào)整地層內(nèi)吸水剖面及封堵大孔道，實(shí)踐中已取得良好效果。
我國各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝劑方面都做了大量試驗(yàn)。油田用平均相對分子質(zhì)量為(300 ～350)×10‘，水解度為10%～15%的聚丙烯酰胺，在油井堵水上獲得良好效果。采用水解度為30%，相對分子質(zhì)量為400×10。的聚丙烯酰胺絮凝劑在地質(zhì)鉆探上，起到了維護(hù)孔壁穩(wěn)定，防止鉆孔滲漏的作用。采用水解度為30%的聚丙烯酰胺絮凝劑作鉆井液處理劑，降低了鉆井液的滲透速度，提高了鉆孑L速度，縮短了鉆井液的攪拌時(shí)間，因而減少鉆井液攪拌和臺數(shù)，提高黏土造漿率達(dá)30%～50%，。有時(shí)，在堵水中需使用部分交聯(lián)的聚丙烯酰胺。為了提高堵水出油的選擇性，交聯(lián)度要盡量低些。聚丙烯酰胺絮凝劑的相對分子質(zhì)量通常在(300—500)×10。之間，相對分子質(zhì)量的選擇以孔隙結(jié)構(gòu)的滲透率為依據(jù)。滲透率大于1D的堵層，聚合物相對分子質(zhì)量以300×10。左右為宜。滲透率更高時(shí)，叮用(500～800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵層巖石的性質(zhì)有關(guān)，灰?guī)r吸附能力強(qiáng)，水解度應(yīng)高些，約為20%～30%，砂巖吸附能力低，水解度為5%～20%。
三、用作鉆井液調(diào)整劑和壓裂液添加劑
作為鉆井液調(diào)整劑，經(jīng)常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是調(diào)節(jié)鉆井液的流變性，攜帶巖屑，潤滑鉆頭，減少流體損失等。用聚丙烯酰胺調(diào)制的鉆井液比重低，可減輕對油氣層的壓力和堵塞，容易發(fā)現(xiàn)油氣層，并有利于鉆井，鉆井速度比常規(guī)鉆井液高19%，比機(jī)械鉆速高45%左右。此外，還可大大減少卡鉆事故，減輕設(shè)備磨損，并能防止發(fā)生井漏和坍塌。
壓裂工藝是油田開發(fā)致密層的重要增產(chǎn)措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯(lián)而成的壓裂液，因具有高黏度，低摩阻、良好的懸砂能力、濾失性小、黏度穩(wěn)定性好、殘?jiān)�少、貨源廣、配制方便和成本低而被廣泛應(yīng)用。
在壓裂和酸化處理中，將聚丙烯酰胺絮凝劑配制成濃度為0．01%～4%的水溶液，泵入井下地層，使地層斷裂。聚丙烯酰胺絮凝劑水溶液具有增稠攜砂、降低壓裂液流失的作用。而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使壓力的傳遞損失下降。
四、油井水泥外加劑
以AMPs與甲基丙烯酸、丙烯酰胺制備的三元共聚物，適用于各種鹽水鉆井液，起到良好的高溫緩凝作用。美國：Halliburton公司推出的AMPS與丙烯酸的共聚物，AMPS與N，N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復(fù)合物作為油井水泥外加劑，可有效地降低水鉆井液的高溫濾失量。
五、鉆井液處理劑
AMPs與丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS與丙烯酰胺和N，N一二甲基丙烯酰胺的共聚物，AMPS與腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆
井液和海水鉆井液中均具有較好的降濾失和抗溫、抗鹽能力。
黏土分散和其他因素造成的污染往往引起鉆井液的黏度增加，此時(shí)需要用降黏劑來控制鉆井液的流變性。常見的、用量最大的鉆井液降黏劑為鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽降黏劑(FCLS)。 AMPs與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作鉆井液降黏劑取代FCLS，即保留了FcIJS良好的抗鹽性能和抗溫性能，又克服了FCIJS的毒性。研究表明，三元共聚物比二元共聚物的抗高價(jià)金屬離子的能力更強(qiáng)。
六、完井液和修井液添加劑
AMPS與丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水、鹽水的增黏劑，使完井液黏度提高4倍以上，并且具有良好的熱穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)聚合物在鹽水體系中黏度下降的缺點(diǎn)。
六、油田水處理劑
AMPs的均聚物與丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水處理的絮凝劑、污泥脫水劑和防垢阻垢劑，F(xiàn)．Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 鈉組成的三元共聚物對硫酸鈣垢和磷酸鈣垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均達(dá)到97%以 上。文獻(xiàn)資料表明，以AMPs共聚物作水處理劑具有用量少，效果優(yōu)于現(xiàn)有聚丙烯酰胺類水 處理劑的特點(diǎn)。
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