聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺是一种用途广、效能高的水溶性聚合物，广泛应用于水处理、造纸、纺织印染、矿冶、医药、油气田开发等多个领域，并且越来越受到人民的关注。

在油气田开发过程中，聚丙烯酰胺在聚合物驱、调剖堵水、防膨抑砂、采出污水处理、酸化等多个领域发挥着重要作用，但目前使用较多的聚丙烯酰胺干粉溶解时溶胀阶段较长，溶解速度缓慢，需要配置大型的溶解和熟化设备，占用空间大，在一些特殊场所使用受到限制，例如海洋平台作业。分散聚合法合成的聚丙烯酰胺乳液具有优良的溶解性能，现场使用方便，并且对环境友好，在油田开发过程中有广阔的应用前景。

我国调剖堵水技术的研究与应用可追溯到20世纪50年代末,60至70年代主要以油井堵水为主"80年代初随着聚合物及其交联凝胶的出现,注水井调剖技术迅速发展,不论是堵水还是调剖,均以高强度堵剂为主,作用机理多为物理屏障式堵塞"90年代,油田进人高含水期,调剖堵水技术也进人发展的鼎盛期,由单井处理发展到以调剖堵水措施为主的区块综合治理"进入21世纪后,油田普遍高含水,油藏原生非均质及长期水驱使非均质性进一步加剧,油层中逐渐形成高渗通道或大孔道,使地层压力场!流线场形成定势,油水井间形成水流优势通道,造成水驱/短路,严重影响油藏水驱开发效果"加之对高含水油藏现状认识的局限性,常规调剖堵水技术无法满足油藏开发需要,因而,作用及影响效果更大的深部调剖(调驱)技术获得快速发展,改善水驱的理

论认识及技术发展进人了一个新阶段"分析我国堵水调剖技术的研究内容和应用规模,其发展大体经历了4个阶段"?50至70年代,油井堵水为主,堵剂材料主要是水泥!树脂!活性稠油!水玻璃/抓化钙等"?70至80年代,随着聚合物及其交联凝胶的出现,堵水调剖剂研制得以迅速发展,以强凝胶堵剂为主,作用机理多为物理屏障式堵塞,以调整近井地层吸水剖面及产液剖面为目的"遭为"年代,油田进人高含水期,调剖技术进人鼎盛期,因处理目的不同,油田应用的堵剂体系有近100种。

堵水调剖及相关配套技术在高含水油田控水稳产(增产)措施中占有重要地位,但随着高含水油藏水驱问题的日益复杂,对该领域技术要求越来越高,推动着堵水调剖及相关技术的不断创新和发展,尤其近年来在深部调剖(调驱)液流转向剂研究与应用方面取得了许多新进展,形成包括弱凝胶!胶态分散凝胶(CDG)!体膨颗粒!柔性颗粒等多套深部调剖(调驱)技术,为我国提高含水油田改善水驱开发效果!提高采收率发挥着重要作用"仅中国石油天然气股份有限公司所

属油田近年来的堵水调剖作业每年就达到了2500一3000井次的规模。”

目前,我国油田堵水调剖的综合技术水平处于国际领先地位。 聚合物驱油是通过在注入水中加入一定相对分子质量的聚丙烯酰胺，注入的聚合物溶液具有较高的粘度，通过油层后具有较高的残余阻力系数以及粘弹效应等，从而提高原油采收率。聚丙烯酰胺水溶液相对分子质量高，具有良好的水溶性，具有较高的粘度，有较好的增稠、絮凝和变调节作用，可以在弱凝胶中作为交联主剂，也可以在

石油开采中用作驱油剂和钻井泥浆调节剂，可使驱替液的流度明显降低，从而增大波及系数，提高原油采收率。

1· 聚合物驱应用现状

目前我国各大油田都已经应用聚合物驱技术，并取得了显著效果，以大庆油田为例，大庆油田自 1996 年以来，以部分水解聚丙烯酰胺为主剂的三次采油技术大规模工业化应用于一类油层，2000 年大庆油田聚丙烯酰胺驱产量达到 900×10吨以上，占全年原油产量的 17%，开创了中国聚丙烯酰胺驱三次采油的新局面[9]。2003 年开始，聚合物驱技术大规模应用于二类油层，取得了良好效果。PAM 在提高采收率上取得了卓越的成绩，大庆油田在水驱采收率 42%的基础上，实施 PAM 驱后采收率提高了 12%，使最终采收率达到了 55%，吨聚合物增油量达到了 120-150t。

2·聚合物的增粘作用机理

驱油用聚合物都是相对分子质量很大的线型水溶性聚合物，例如驱油用的聚丙烯酰胺的相对分子量一般为1×10或更高。如此高的相对分子质量使聚合物分子间以及聚合物分子与溶剂小分子之间的摩擦力增大，使溶液的流动受到阻滞，表现出很大的粘性。驱油用聚合物的链节上都含有亲水基团，如：- COONa、-CONH2、-SO3Na、-OH和-CH2CH2O-等，这些亲水基团在水中都是溶剂化了的，溶剂化层使聚合物分子体积增大，从而增大了相对移动时的内摩擦力。聚合物分子中的-COONa 等离子型亲水基团可在水中解离，产生许多带电符号相同的链节，这些链节的相互排斥使聚合物分子在水中更好74

地伸展，与溶剂接触面增大，分子间摩擦力增大，使溶液粘度升高。

3、聚合物在多孔介质中的滞留机理

聚合物溶液在流经孔隙介质时，会发生聚合物分子在孔隙介质中的滞留现象，它对溶液在孔隙介质中的流变性和降低孔隙介质渗透率起着重大作用。聚合物在孔隙介质中的滞留分为吸附滞留和机械捕集两种方式。

虽然聚丙烯酰胺的增粘和絮凝性能优良,但其剪切性能和耐盐性能存在不尽人意之处,在高温高矿化度的条件下应用时,聚丙烯酰胺显得难以胜任,主要表现:

1.温度较高时聚丙烯酰胺的水解严重;

高温条件下，水解作用是影响部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液热稳定性的重要因素，在室温下HPAM水溶液比较稳定,然而在空气条件下它们的化学耐热性并不好,温和地升温就会出现明显的聚合物降解现象。实验结果如Fig1所示,在50℃时HPAM水溶液的粘度随时间发生明显下降,这种粘度降低的趋势随温度升高大大加快。不同温度条件下溶液粘度下降的半衰期(即粘度保留率到达一半的老化时间)分别为117h(50℃)、20h(70℃)和2.6h(90℃)。这表明温度对HPAM的热氧化降解速度起着重要作用。值得指出,在较高温度(90℃)下,短时间就可使HPAM溶液粘度损失80%以上,从而失去了使用的价值。另外,在不同温度下由初期反应速度求得的反应活化能为38.0kJmol,这表明在空气条件下HPAM在水溶液中热降解反应活化能较低,容易产生化学降解反应引起溶液粘度下降。

2.地层温度超过7℃后，随着地层温度升高水解聚丙烯酰胺沉淀形成加快；

3．高温高盐易导致水解聚丙烯酰胺从水溶液中沉淀出来并且水解度越高这种现象越显著；

4．溶液粘度对温度和盐度非常敏感在高温高盐环境中溶液的保留粘度很低。

油田现有的丙烯酰胺类聚合物在保持高效增粘性的问题上已经得到了一定程度的解决,但溶液粘度抗温抗盐性和剪切稀释性未能很好满足;现有的丙烯酰胺类聚合物在油田开发中存在着对盐敏感、剪切稳定性差及温度稳定性差等弱点。我们可以看出丙烯酰胺类聚合物在油田各领域已被广泛应用,但随着钻采技术的不断发展,现有的丙烯酰胺类聚合物已经难以满足生产需要。今后丙烯酰胺类聚合物将会向更深一步方面发展,以提高产品的综合性能,来满足工业发展的需要。我们需要重点解决的是丙烯酰胺类聚合物在油气钻采过程中抗温性、抗盐性、抗剪切性和悬浮性差等问题,前国外对丙烯酰胺类聚合物的深入研究主要集中在:

(1)合成超高分子量聚丙烯酰目前世界上生产超高分子量聚丙烯酰胺主要有两种方法;①丙烯酰胺均聚后水解法;②丙烯酰胺与丙烯酸共聚。

(2)引入抗温、抗盐单体通过引入抗温、抗盐单体与丙烯酰胺共聚则是聚丙烯酰胺改性重要而有效的途径,改性单体中以AMPS最为引人注目。这样可以改变丙烯酰胺类聚合物的分子结构以克服其固有的弱

点,从而获得更适合油田使用的改性聚合物。梁兵等[ 5 ]合成了丙烯酰胺(AM) /N, N2二甲基丙烯酰胺(DMAM) /22丙烯酰胺基222甲基丙磺酸(AMPS)共聚物,在分子中引入对盐不敏感的磺酸基,使聚丙烯酰胺的耐盐性能明显提高。研究发现,该共聚物获得了良好的耐温、耐热性能。

(3)聚丙烯酰胺的交联交联聚丙烯酰胺的是应用较多的延迟凝胶之功能的一类体系按照所用聚丙烯酰胺的水解程度,交联剂分为二类。一类与羧基反应,主要是金属类,另一类是与酰胺基反应,主要是有机酚、醛类物质

 

第二篇：聚丙烯酰胺凝聚剂的研究