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聚丙烯酰胺在石油工业上的应用

    聚丙烯酰胺在石油工业上的应用

    PAM作为以中国多功能添加剂,在钻井工艺中用于钻井液的增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂、用于改进钻井液的流变性;改进悬浮颗粒的大小,提高悬浮力,加速原油过滤、分离。作为土壤结构成型剂,使井壁表面抗冲击性能提高;钻井通过启层时使不易分散的钻井液获得高效的分离效果。使部分水解均聚丙烯酰胺与甲醛、乙二醛等发生羟甲基化反应而生成侧链含甲基的产物,在原油生产中获得满意的效果。

    一、聚丙烯酰胺在三次采油中的应用

     PAM的增稠、絮凝和对流体的流动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PAM是为了提高石油的开采率。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Ca2+、Mg2+离子,耐海水降解。

     在提高石油采油率的三次采用方法中,用聚丙烯酰胺作驱油剂占有重要地位。聚合物的作用是调节注入水的流变性,增加驱动液的黏度,改善水驱波及效率,降低地层中水相渗透率,使水与油能匀速地向前流动。采用胶束与聚合物驱油时,先将表面活性剂与助剂配成具有超低界面张力的微乳液注入井中,再注聚合物溶液,最后注水。水呈柱塞流动向前推进,驱替分散在空隙内的残余油,提高原油的采收率。用于三次采油的聚丙烯酰胺一般浓度为10-50%、相对分子质量从几十万到千余万。我国大型油田包括大庆、胜利、辽河、大港等已进入开采中后期,采出油的综合含水率日趋提高。

     二、聚丙烯酰胺用作堵水调整剂

    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,其实质使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的相对分子质量。均质性好、平均渗透率高的油层,可选用相对分子质量500-700万的聚丙烯酰胺;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1000万以上的聚丙烯酰胺。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以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。

    三、聚丙烯酰胺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,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,可减少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提高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、聚丙烯酰胺用作油井水泥外加剂

    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-二甲基丙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,可有效降低水钻井液的高温滤失量。

    五、聚丙烯酰胺用作钻井液处理剂

    AMPS与丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物,AMPS与丙烯酰胺和N,N-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硫磺盐降黏剂。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FCLS良好的抗盐性能和抗温性能,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价金属离子的能力更强。

    六、聚丙烯酰胺用作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。

    七、聚丙烯酰胺用作油田水处理剂

    AMPS的均聚物与丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物,可做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、丙烯酸和苯乙烯硫磺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。

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