Question

聚丙烯酰胺絮凝剂的石油工业上应用

Answer 1

一、聚丙烯酰胺絮凝剂在三次采油中的应用
聚丙烯酰胺絮凝剂的增稠、絮凝和对流体的流变性调节的作用所具备的性能使得它在石油开采中充 当了重要的角色。它广泛地被用于钻井、堵水、酸化水、压裂、洗井、完井、减阻、防垢和 驱油等方面。总的来说，使用聚丙烯酰胺絮凝剂是为了提高石油的开采率(EOR)。特别是许多油田已 进入二次、三次开采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度达7000m，地层的非均质性以及海上油田给采油作业提出了更加苛刻的条件，深层采油和海上采油相应地也给 PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高温(100℃以上直至200℃)，耐钙离子、镁离子 ，耐海水降解。
自20世纪80年代以来，国外对适用于采油的PAM的基础研究和制备、应用研究以及 品种开发各方面均取得了很大进展。
美国菲利浦石油公司(Phillips Petroleum Co．)专家阿罕默德M．A．和彼得H．D，对 PAM在高温高盐矿化水中的研究结果表明：
(1)在矿化度很低(<20×10-6)时，无论浓度、水解度及相对分子质量大小如何， PAM水溶液的浊点均在204℃以上；二价阳离子浓度稍有增加，浊点即大大降低，水解度 越高，浊点降低越明显；
(3)在等摩尔水平上比较，钙离子降低浊点的作用大于镁离子，Sr离子和Ba离子；
(4)二价阳离子浓度大于等于100×10娟时，水解度是决定聚丙烯酰胺絮凝剂溶液浊点的关键参数；
(5)相对分子质量和浓度也影响溶液浊点，但相对于水解度而言是次要因素；
(6)聚丙烯酰胺絮凝剂水解后溶液浊点降低，水解是一平衡过程，水解平衡值随温度而不同；
(7)在温度小于75℃时，聚丙烯酰胺絮凝剂在任何矿化度的水溶液中均稳定，超过75℃后，随温度 升高，沉淀物形成加快，降低水的矿化度可延长稳定时间，但要求的矿化度往往低于油田水 实际矿化度。
二、用作堵水调整剂
在油田生产过程中，由于地层的非均质性，常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是 改变水在地层中的渗流状态，以达到减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的 目的。聚丙烯酰胺絮凝剂类化学堵水剂具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高 可超过10%，而对水的渗透性减少可超过90%。选择性堵水这一特点是其他堵水剂所没有 的，通常按地层类型选择合适的聚丙烯酰胺相对分子质量。均质性好、平均渗透率高的油 层，可选用中相对分子质量((500～。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝剂；基岩渗透率低的裂缝性油层或渗透率变化大的油层，可选用高相对分子质量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用时可不交联使用，但可与铝盐、铬盐、锆盐等交联生成凝胶使用，还可添加某些树脂以形成互容聚合物网络，使之具有更高的耐温性。该方法已在国内碳酸盐底水油藏高含水油田堵水中应用，取得明显效果。采用聚丙烯酰胺还可调整地层内吸水剖面及封堵大孔道，实践中已取得良好效果。
我国各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝剂方面都做了大量试验。油田用平均相对分子质量为(300 ～350)×10‘，水解度为10%～15%的聚丙烯酰胺，在油井堵水上获得良好效果。采用水解度为30%，相对分子质量为400×10。的聚丙烯酰胺絮凝剂在地质钻探上，起到了维护孔壁稳定，防止钻孔渗漏的作用。采用水解度为30%的聚丙烯酰胺絮凝剂作钻井液处理剂，降低了钻井液的渗透速度，提高了钻孑L速度，缩短了钻井液的搅拌时间，因而减少钻井液搅拌和台数，提高黏土造浆率达30%～50%，。有时，在堵水中需使用部分交联的聚丙烯酰胺。为了提高堵水出油的选择性，交联度要尽量低些。聚丙烯酰胺絮凝剂的相对分子质量通常在(300—500)×10。之间，相对分子质量的选择以孔隙结构的渗透率为依据。渗透率大于1D的堵层，聚合物相对分子质量以300×10。左右为宜。渗透率更高时，叮用(500～800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵层岩石的性质有关，灰岩吸附能力强，水解度应高些，约为20%～30%，砂岩吸附能力低，水解度为5%～20%。
三、用作钻井液调整剂和压裂液添加剂
作为钻井液调整剂，经常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是调节钻井液的流变性，携带岩屑，润滑钻头，减少流体损失等。用聚丙烯酰胺调制的钻井液比重低，可减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻井，钻井速度比常规钻井液高19%，比机械钻速高45%左右。此外，还可大大减少卡钻事故，减轻设备磨损，并能防止发生井漏和坍塌。
压裂工艺是油田开发致密层的重要增产措施。亚甲基聚丙烯酰胺交联而成的压裂液，因具有高黏度，低摩阻、良好的悬砂能力、滤失性小、黏度稳定性好、残渣少、货源广、配制方便和成本低而被广泛应用。
在压裂和酸化处理中，将聚丙烯酰胺絮凝剂配制成浓度为0．01%～4%的水溶液，泵入井下地层，使地层断裂。聚丙烯酰胺絮凝剂水溶液具有增稠携砂、降低压裂液流失的作用。而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使压力的传递损失下降。
四、油井水泥外加剂
以AMPs与甲基丙烯酸、丙烯酰胺制备的三元共聚物，适用于各种盐水钻井液，起到良好的高温缓凝作用。美国：Halliburton公司推出的AMPS与丙烯酸的共聚物，AMPS与N，N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羟乙基纤维素组成的复合物作为油井水泥外加剂，可有效地降低水钻井液的高温滤失量。
五、钻井液处理剂
AMPs与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS与丙烯酰胺和N，N一二甲基丙烯酰胺的共聚物，AMPS与腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻
井液和海水钻井液中均具有较好的降滤失和抗温、抗盐能力。
黏土分散和其他因素造成的污染往往引起钻井液的黏度增加，此时需要用降黏剂来控制钻井液的流变性。常见的、用量最大的钻井液降黏剂为铁铬木质素磺酸盐降黏剂(FCLS)。 AMPs与丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作钻井液降黏剂取代FCLS，即保留了FcIJS良好的抗盐性能和抗温性能，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价金属离子的能力更强。
六、完井液和修井液添加剂
AMPS与丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水、盐水的增黏剂，使完井液黏度提高4倍以上，并且具有良好的热稳定性，克服了传统聚合物在盐水体系中黏度下降的缺点。
六、油田水处理剂
AMPs的均聚物与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水处理的絮凝剂、污泥脱水剂和防垢阻垢剂，F．Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 钠组成的三元共聚物对硫酸钙垢和磷酸钙垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均达到97%以 上。文献资料表明，以AMPs共聚物作水处理剂具有用量少，效果优于现有聚丙烯酰胺类水 处理剂的特点。