聚丙烯酰胺在勝利油田三次采油中的應(yīng)用

摘??? 要：本文介紹了聚丙烯酰胺在勝利油田三次采油中的應(yīng)用情況，對(duì)聚丙烯酰胺的驅(qū)油機(jī)理、聚合物應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題進(jìn)行了闡述，提出了三次采油用聚丙烯酰胺的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：三次采油、聚合物驅(qū)、聚丙烯酰胺、耐溫抗鹽

聚丙烯酰胺作為三次采油用驅(qū)油劑,，目前已經(jīng)在大慶油田、勝利油田、大港油田，長(zhǎng)慶油田、新疆油田、河南油田等投入使用，其中勝利油田每年投入干粉５萬(wàn)噸左右，大慶油田每年投入１０萬(wàn)噸以上的聚合物，兩個(gè)油田三次采油的增油量分別達(dá)到１７０萬(wàn)和１０００萬(wàn)噸以上，為東部老油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了保證，是目前國(guó)內(nèi)聚丙烯酰胺使用量最大的應(yīng)用領(lǐng)域。相對(duì)于其他三次采油技術(shù)。聚合物驅(qū)技術(shù)成熟、成本低廉、投入產(chǎn)出比低，比較適合國(guó)內(nèi)油藏特點(diǎn)。下面介紹三次采油發(fā)展歷程、聚合物驅(qū)機(jī)理，驅(qū)油用聚丙烯酰胺現(xiàn)狀及存在問(wèn)題、以及驅(qū)油用聚丙烯酰胺發(fā)展方向。

1、三次采油發(fā)展歷程

1986 年，我國(guó)完成了“中國(guó)陸上注水開(kāi)發(fā)油田提高采收率潛力評(píng)價(jià)及發(fā)展戰(zhàn)略研究”，制定了“化學(xué)驅(qū)是我國(guó)東部油田提高采收率技術(shù)研究主攻方向”的方針，安排部署了聚合物驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)和多層次化學(xué)復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)。自1996 年起，聚合物驅(qū)油技術(shù)相繼在我國(guó)大慶、勝利、大港、中原、新疆等油田實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，1996 年為 359 萬(wàn)噸，到 2000 年首次突破1,000 萬(wàn)噸，2008 年已超過(guò) 1,500 萬(wàn)噸，約占我國(guó)當(dāng)年產(chǎn)油量的 8%。

勝利油田上世紀(jì)60年代年開(kāi)始聚合物驅(qū)室內(nèi)研究，1992年開(kāi)展先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)，1994年開(kāi)展擴(kuò)大性礦場(chǎng)試驗(yàn)，199７年開(kāi)始工業(yè)化推廣應(yīng)用，上世紀(jì)80年代到1997年進(jìn)行聚合物-表面活性劑-堿三元復(fù)合驅(qū)的應(yīng)用試驗(yàn)；二十一世紀(jì)開(kāi)始進(jìn)行聚合物-表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)的室內(nèi)研究，2003年開(kāi)始進(jìn)行先導(dǎo)性試驗(yàn)(1)，2006年進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)。

“十一五”期間，根據(jù) 2008 年 1 月勝利油田“十一五”油氣硬穩(wěn)定工作計(jì)劃對(duì)原“十一五”規(guī)劃做出的調(diào)整，為了確保三次采油增油效果，減緩產(chǎn)量遞減，一方面要加快覆蓋剩余一、二類儲(chǔ)量；另一方面要利用高油價(jià)有利條件，優(yōu)化方案實(shí)施，延長(zhǎng)注聚單元注聚段塞，擴(kuò)大二元驅(qū)規(guī)模并優(yōu)選油藏條件相對(duì)較好的三類油藏注聚。“十一五”三次采油覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量 1.38 億噸、使用聚合物干粉 22.9萬(wàn)噸。同時(shí)，要開(kāi)展三次采油新區(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，為“十二五”做好技術(shù)儲(chǔ)備。EOR資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，勝利油田適用化學(xué)驅(qū)總資源占已注水單元地質(zhì)儲(chǔ)量的45.4%，進(jìn)行化學(xué)驅(qū)有豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，潛力巨大。截至 2009 年，勝利油田共動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量 3.71 億噸，占適用化學(xué)驅(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量的 33%，占勝利油田地質(zhì)儲(chǔ)量的 9.3%。

2、聚合物驅(qū)油機(jī)理

聚合物的驅(qū)油機(jī)理主要是利用水溶性聚丙烯酰胺分子鏈的粘度，改善驅(qū)替液的流度比，提高驅(qū)替效率和波及體積，從而達(dá)到提高采收率的目的。

(1) 降低油水流度比，能夠改變分流量曲線。聚合物驅(qū)的前沿含油飽和度和突破時(shí)的含油飽和度都明顯高于水驅(qū)，這表明聚驅(qū)能降低產(chǎn)出液含水率，提高采油速度，具有更好的驅(qū)替效果。

(2) 聚合物驅(qū)通過(guò)改善水驅(qū)流度比，可以改善水驅(qū)在非均質(zhì)平面的粘性指進(jìn)現(xiàn)象，提高平面波及效率;在垂向非均質(zhì)地層，聚合物段塞首先進(jìn)入高滲層，利用高粘度特性“堵”住高滲層，使后續(xù)水驅(qū)轉(zhuǎn)向進(jìn)入低滲層.增加了吸水厚度，擴(kuò)大了垂向波及效率。

(3) 聚合物在通過(guò)孔隙介質(zhì)時(shí)發(fā)生吸附、機(jī)械捕集等作用而滯留，改變了聚合物所在孔隙處的滲透率。被吸附的聚合物分子鏈朝向流體的部分具有親水性，能降低水相相對(duì)滲透率而不降低油相相對(duì)滲透率，即堵水不堵油;同時(shí)聚合物滯留能增加阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，滲流阻力增加，引起驅(qū)動(dòng)壓差增大，有利于驅(qū)動(dòng)原來(lái)不曾流動(dòng)的油層，提高油層波及體積。

(4)由于聚合物溶液粘滯力的作用，使得其很難沿孔隙夾縫和水膜竄進(jìn)，在孔道中以活塞式推進(jìn)，克服了水驅(qū)過(guò)程中產(chǎn)生的“海恩斯跳躍”現(xiàn)象，避免了孔隙對(duì)油滴的捕集和滯留
另外，聚合物溶液具有改善油水接口粘彈性的作用，使得油滴或油膜易于拉伸變形，更容易通過(guò)狹窄的喉道，提高微觀驅(qū)油效果，提高原油采收率（2）（3）。

3、驅(qū)油聚丙烯酰胺現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

勝利油田適合化學(xué)驅(qū)的油藏資源豐富，經(jīng)評(píng)價(jià)大約有10.76億噸，同時(shí)勝利油田的地質(zhì)條件復(fù)雜，不同油藏條件差別很大，相對(duì)與大慶油田，存在地層礦化水礦化度高，地層溫度高，滲透率高，淡水資源緊張等突出。以下是勝利油田不同油藏的地質(zhì)條件及地質(zhì)儲(chǔ)量分布。

目前勝利油田在用驅(qū)油用聚丙烯酰胺產(chǎn)品主要圍繞提高分子量，利用分子間作用力，提高分子鏈剛性和提高分子鏈對(duì)鈣鎂等離子的耐受力幾方面進(jìn)行的。主要的技術(shù)有：

3.1，提高產(chǎn)品分子量（4）

利用高分子量提高聚丙烯酰胺的水動(dòng)力學(xué)半徑，從而提高產(chǎn)品的增粘能力，此類產(chǎn)品勝利油田于2002年開(kāi)始在勝利采油廠二類油藏中使用,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在孤東、孤島、河口等各大采油廠，是勝利油田用量最大的聚合物產(chǎn)品。但是隨著勝利油田開(kāi)發(fā)難度不斷加大，對(duì)于地層溫度和礦化度比較高的油藏，此類產(chǎn)品具有比較大的局限性，而且分子量的提高具有極限，不可能在工業(yè)化生產(chǎn)中無(wú)限提高產(chǎn)品分子量。

3.2，疏水締合類的聚丙烯酰胺產(chǎn)品

通過(guò)疏水單體(一般含有長(zhǎng)支鏈)和非離子、陽(yáng)、陰單體共聚得到疏水締合類的聚丙烯酰胺,此類產(chǎn)品具有很高的增粘能力，尤其是在高溫高鹽的條件下粘度高達(dá)30ｍｐａ．ｓ以上，被認(rèn)為是提高產(chǎn)品耐溫抗鹽性能最重要的技術(shù)手段，勝利油田自２０００年以來(lái)聯(lián)合西南石油大學(xué)等科研院所進(jìn)行產(chǎn)品合成、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)等。但是在使用過(guò)程中低于臨界濃度表觀粘度很低,同時(shí)由于技術(shù)的問(wèn)題，存在分子量低，溶解性不好，表觀粘度不可控，在地層中的穩(wěn)定性不好、運(yùn)移傳導(dǎo)能力差等。此類產(chǎn)品目前沒(méi)有大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3.3，梳形聚合物(5)

在高分子側(cè)鏈同時(shí)引入不同親水和親油基團(tuán)，利用親油基團(tuán)和親水基團(tuán)的互相排斥，使分子鏈的卷曲和分子間的纏繞減少，高分子鏈在水溶液中排列成梳子形狀，分子鏈剛性提高，水力學(xué)半徑增大，增粘抗鹽能力提高。此類產(chǎn)品２００３年開(kāi)始在勝利油田進(jìn)行使用，主要的特點(diǎn)產(chǎn)品的粘度相對(duì)較高，但是隨著勝利油田開(kāi)發(fā)難度不斷提高，其產(chǎn)品的耐溫抗鹽性能越來(lái)越不滿足油田的要求。

3.4，模板聚合合成具有微嵌段結(jié)構(gòu)的新型聚合物

此工藝通過(guò)聚合前引入摸板，在低溫條件下合成的聚合物分子主鏈上存在丙烯酸鏈段，利用丙烯酸鏈段的負(fù)電荷互相排斥以及在水溶液中形成自締合作用，減少分子主鏈的卷曲，提高產(chǎn)品的增粘性能（6）。勝利油田在２００５年開(kāi)始使用此技術(shù)的二型產(chǎn)品，實(shí)際生產(chǎn)表明產(chǎn)品的溶解性好，增粘性能顯著。具有良好的驅(qū)油效果。２００９年山東寶莫在此技術(shù)基礎(chǔ)上合成開(kāi)發(fā)出分子量在２５００萬(wàn)以上，溶解時(shí)間小于１.５小時(shí)，表觀粘度在勝利三型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)下在１５ｍｐａ．ｓ以上的產(chǎn)品，滿足了勝利油田三類油藏要求，現(xiàn)在勝利油田開(kāi)始推廣應(yīng)用。為勝利油田動(dòng)用三類油藏地質(zhì)儲(chǔ)量，穩(wěn)定勝利油田產(chǎn)量提供了產(chǎn)品保證。同時(shí)也可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

4、驅(qū)油聚丙烯酰胺發(fā)展方向

4.1 提高產(chǎn)品的耐溫抗鹽性能

隨著我國(guó)東部油田油田的開(kāi)發(fā)的難度加大，動(dòng)用的油藏地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，主要表現(xiàn)為地層溫度高，地層礦化度高，通過(guò)統(tǒng)計(jì)勝利油田高溫高鹽的油藏地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到勝利油田４３％，而且由于技術(shù)的限制目前沒(méi)有得到有效開(kāi)發(fā)，同時(shí)中石化、中海油以及中國(guó)石油等公司積極開(kāi)展海上采油，對(duì)聚丙烯酰胺的耐鹽能力提出了更高的要求。因此進(jìn)一步提高產(chǎn)品的耐溫抗鹽能力，對(duì)穩(wěn)定東部老油田特別是勝利油田產(chǎn)量，降低開(kāi)發(fā)的成本具有十分迫切的需求。

4.2 提高產(chǎn)品溶解速度特別是鹽水中的溶解速度

目前油田注聚工藝普遍采用清水溶解，污水配注的工藝，通過(guò)提高產(chǎn)品的溶解速度，可以減少注聚設(shè)備的投入，減少油田對(duì)清水的需求，降低生產(chǎn)成本；減少采出液的排放，減少環(huán)境污染；同時(shí)海上油田用聚合物由于海上淡水的缺乏和平臺(tái)相對(duì)有限，更加需要提高在高濃度鹽水中的溶解速度。

4.3 粘彈性聚合物的合成研究

通過(guò)勝利油田多年的聚合物驅(qū)經(jīng)驗(yàn)積累認(rèn)為：１、片面的追求高粘度和高分子量在采油過(guò)程中不一定適應(yīng)油藏條件；２、聚合物驅(qū)替液的驅(qū)油效果主要表現(xiàn)在提高波及體積，但是同時(shí)也具有微觀驅(qū)油的效果，因此研究和改進(jìn)聚合物溶液的流變特性，改善聚合物的粘彈性，提高聚合物的驅(qū)油效果，是今后聚合物合成研究的主要方向之一。

4.4 加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品和其他驅(qū)油劑的配伍性能研究

隨著聚合物驅(qū)的進(jìn)展，二元復(fù)合驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等技術(shù)陸續(xù)采用，聚合物和表面活性劑以及其他驅(qū)油越來(lái)越多的進(jìn)行復(fù)合使用，深化驅(qū)油劑加合增效的研究，提高產(chǎn)品之間的配伍性能，對(duì)產(chǎn)品的性能提出更高的要求。

5、總結(jié)和展望

隨著國(guó)內(nèi)各大油田紛紛進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，采出液含水不斷上升，對(duì)國(guó)家的能源安全來(lái)說(shuō)三次采油越來(lái)越重要，作為我國(guó)三次采油主要的助劑――聚丙烯酰胺的需求量越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的性能指標(biāo)要求也越來(lái)越高。進(jìn)一步提高產(chǎn)品的耐溫抗鹽性能，提高產(chǎn)品的溶解速度，特別是在鹽水中的溶解速度，滿足不同油藏條件下的使用要求，是今后聚丙烯酰胺發(fā)展一個(gè)重要的方向。

參考文獻(xiàn)
(1) 勝利油田化學(xué)驅(qū)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀技術(shù)攻關(guān)方向 李振泉等（中石化勝利油田有限公司開(kāi)發(fā)技術(shù)座談會(huì)，２００５年）
(2) 粘彈性聚合物溶液提高微觀驅(qū)油效果的機(jī)理研究　夏惠芬等　石油學(xué)報(bào)　２００１年２２期　６０－６５
(3) 粘彈性聚合物溶液提高驅(qū)油效率機(jī)理研究　劉洋、劉春澤　中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）　２００７年第３１卷　第２期　９１－９４
(4) 超高分子量聚丙烯酰胺的研究　張旭紅　大慶石油學(xué)院碩士研究生論文　２００２年
(5) 丙烯酰胺聚合物　方道斌等編　２００６年４月第一版　３７２－３７４
(6) 模板聚合法合成P(AM/AA)多嵌段共聚物的溶液性質(zhì)和自締合作用　張玉璽等　高分子學(xué)報(bào)　２００６年第５期　６６６－６７０