聚丙烯酰胺在石油工業上的應用

    聚丙烯酰胺在石油工業上的應用

    PAM作為以中國多功能添加劑,在鉆井工藝中用于鉆井液的增稠劑、穩定劑和沉降絮凝劑、用于改進鉆井液的流變性;改進懸浮顆粒的大小,提高懸浮力,加速原油過濾、分離。作為土壤結構成型劑,使井壁表面抗沖擊性能提高;鉆井通過啟層時使不易分散的鉆井液獲得高效的分離效果。使部分水解均聚丙烯酰胺與甲醛、乙二醛等發生羥甲基化反應而生成側鏈含甲基的產物,在原油生產中獲得滿意的效果。

    一、聚丙烯酰胺在三次采油中的應用

     PAM的增稠、絮凝和對流體的流動性調節的作用所具備的性能使得它在石油開采中充當了重要的角色。它廣泛被用于鉆井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、減阻、防垢和驅油等方面?偟膩碚f,使用PAM是為了提高石油的開采率。特別是許多油田已進入二次、三次開采,油藏深度一般都在1000m以上,有的油藏深度達7000m,地層的非均質性以及海上油田給采油作業提出了更加苛刻的條件,深層采油和海上采油相應地也給PAM提出了新的要求,要求它耐剪力,耐高溫(100℃以上直至200℃),耐Ca2+、Mg2+離子,耐海水降解。

     在提高石油采油率的三次采用方法中,用聚丙烯酰胺作驅油劑占有重要地位。聚合物的作用是調節注入水的流變性,增加驅動液的黏度,改善水驅波及效率,降低地層中水相滲透率,使水與油能勻速地向前流動。采用膠束與聚合物驅油時,先將表面活性劑與助劑配成具有超低界面張力的微乳液注入井中,再注聚合物溶液,最后注水。水呈柱塞流動向前推進,驅替分散在空隙內的殘余油,提高原油的采收率。用于三次采油的聚丙烯酰胺一般濃度為10-50%、相對分子質量從幾十萬到千余萬。我國大型油田包括大慶、勝利、遼河、大港等已進入開采中后期,采出油的綜合含水率日趨提高。

     二、聚丙烯酰胺用作堵水調整劑

    在油田生產過程中,由于地層的非均質性,常產生水浸問題,需要進行堵水,其實質使改變水在地層中的滲流狀態,以達到減少油田產水、保持地層能量、提高油田最終采收率的目的。聚丙烯酰胺類化學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的相對分子質量。均質性好、平均滲透率高的油層,可選用相對分子質量500-700萬的聚丙烯酰胺;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量1000萬以上的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用時可不交聯使用,但可與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯生成凝膠使用,還可添加某些樹脂以形成互容聚合物網絡,使之具有更高的耐溫性。該方法已在國內碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應用,取得明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可以調整地層內吸水剖面及封堵大孔道,實踐中已取得良好效果。

    三、聚丙烯酰胺用作鉆井液調整劑和壓裂液添加劑

    作為鉆井液調整劑,經常使用部分水解聚丙烯酰胺,它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是調節鉆井液的流變性,攜帶巖屑,潤滑鉆頭,減少流體損失等。用聚丙烯酰胺調制的鉆井液比重低,可減少對油氣層的壓力和堵塞,容易發現油氣層,并有利于鉆井,鉆井速度比常規鉆井液提高19%,比機械鉆速高45%左右。此外,還可大大減少卡鉆事故,減輕設備磨損,并能防止發生井漏和坍塌。

    壓裂工藝是油田開發致密層的重要增產措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯而成的壓裂液,因具有高黏度,低摩阻、良好的懸砂能力、濾失性小、黏度穩定性好、殘渣少、貨源廣、配制方便和成本低而被廣泛應用。

    在壓裂和酸化處理中,將聚丙烯酰胺配制成濃度為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、聚丙烯酰胺用作油井水泥外加劑

    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-二甲基丙酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復合物作為油井水泥外加劑,可有效降低水鉆井液的高溫濾失量。

    五、聚丙烯酰胺用作鉆井液處理劑

    AMPS與丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物,AMPS與丙烯酰胺和N,N-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素硫磺鹽降黏劑。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FCLS良好的抗鹽性能和抗溫性能,又克服了FCLS的毒性。研究表明,三元共聚物比二元共聚物的抗高價金屬離子的能力更強。

    六、聚丙烯酰胺用作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定性,克服了傳統聚合物在鹽水體系中黏度下降的缺點。

    七、聚丙烯酰胺用作油田水處理劑

    AMPS的均聚物與丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物,可做油田污水處理的絮凝劑、污泥脫水劑和防垢阻垢劑,F.Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯硫磺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,其阻垢率均達到97%以上。文獻資料表明,以AMPS共聚物作水處理劑具有用量少,效果優于現有聚丙烯酰胺類水處理劑的特點。

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