聚丙烯酰胺絮凝劑所具有的增稠、絮凝和流變調節流體的性能使其在石油開采中發揮著重要的作用。它廣泛應用於鉆井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、降堵、防垢、除油等方面。壹般來說,聚丙烯酰胺絮凝劑用於提高石油采收率(EOR)。特別是許多油田已進入二次、三次開采,油藏深度壹般在 1000m 以上,有的油藏深度達 7000m,地層的非均質性和海上油田對采油作業提出了更苛刻的條件、深層采油和海上采油相應地對 PAM 提出了新的要求,要求其耐剪切、耐高溫(100℃以上達 200℃)、耐鈣離子、鎂離子、耐海水降解。它還具有耐鈣離子、鎂離子和耐海水降解的特性。
20世紀80年代以來,國外采油用PAM的基礎研究和制備、應用研究和品種開發都取得了很大進展。
美國菲利普斯石油公司(Phillips Petroleum Co.)的專家Ahmed M.A.和Peter H.D.對PAM在高溫、高鹽礦化水中的應用研究結果表明:
(1)在礦化度很低(<20×10-6)時,無論濃度、水解度和相對分子質量的大小,PAM水溶液的濁點都很低。水溶液的濁點在 204℃以上;二價陽離子濃度稍有增加,濁點大大降低,水解程度越高,濁點降低越明顯;
(3)等摩爾級比較中,鈣離子降低濁點的作用大於鎂離子、Sr離子和Ba離子;
(4)二價陽離子濃度大於等於100×10娟時,水解度是測定聚丙烯酰胺絮凝性的最重要因素。水解度是確定聚丙烯酰胺絮凝劑溶液濁點的關鍵參數;
(5)相對分子質量和濃度也會影響溶液的濁點,但與水解度相比是次要因素;
(6)聚丙烯酰胺絮凝劑水解會降低水解後溶液的濁點,水解是壹個平衡過程,水解平衡值隨溫度的變化而變化;
(7)當溫度低於75聚丙烯酰胺絮凝劑在任何礦化度超過75℃的水溶液中都是穩定的,隨著溫度的升高,沈澱形成加快,礦化度降低,水的穩定時間延長,但要求的礦化度往往低於油田水的實際礦化度。
二、用作堵水調節劑
在油田生產過程中,由於地層的非均質性,經常會產生水淹問題,需要進行堵水,其實質就是改變水在地層中的滲流狀態,以達到減少油田產水量、保持地層能量、提高油田最終采收率的目的。聚丙烯酰胺絮凝劑化學堵水劑對油和水的滲透率具有選擇性,對油的滲透率降低最大可達10%以上,而對水的滲透率降低可達90%以上。選擇性堵水這壹特點是其他堵水劑所沒有的,通常要根據地層類型來選擇相對分子質量合適的聚丙烯酰胺。均質性好、平均滲透率高的油層,可選用相對分子質量((500~.700)×10.)的聚丙烯酰胺絮凝劑;基巖滲透率低的裂縫油層或滲透率變化大的油層,可選用相對分子質量較高(1000×10.以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺可以不交聯,但可以與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯生成凝膠,並加入壹定的樹脂形成互溶性聚合物網絡,使其具有更高的耐溫性。該方法已應用於國內碳酸鹽巖底水油藏的高含水油田堵水,取得了顯著效果。使用聚丙烯酰胺還可以調整內吸水剖面的形成和封堵大孔道,在實踐中取得了良好的效果。
我國油田在使用聚丙烯酰胺絮凝劑方面做了大量試驗。油田用平均相對分子質量為(300~350)×10'、水解度為10%~15%的聚丙烯酰胺,在油井堵水中獲得良好效果。水解度為 30%、相對分子質量為 400×10 的聚丙烯酰胺絮凝劑在地質鉆井中,起到保持孔壁穩定、防止井眼滲漏的作用。使用水解度為 30%的聚丙烯酰胺絮凝劑作為鉆井液處理劑,可以降低鉆井液的滲透率,提高鉆井螺線管速度,縮短鉆井液的攪拌時間,從而減少鉆井液的攪拌次數和工位,提高粘土成漿率達 30%~50%。有時需要在堵塞水中使用部分交聯聚丙烯酰胺。為了提高堵塞水對油的選擇性,交聯度應盡可能低。聚丙烯酰胺絮凝劑的相對分子質量通常在 (300-500)×10 之間。選擇相對分子質量的依據是孔隙結構的滲透性。滲透性大於 1D 堵塞層時,聚合物的相對分子質量約為 300×10.為宜。當滲透性較高時,可采用(500 至 800)×10.的聚丙烯酰胺。水解度還與巖堵層的性質有關,凝灰巖吸附能力強,水解度要高些,約為 20%~30%,砂巖吸附能力低,水解度為 5%~20%。
三、用作鉆井液調整劑和壓裂液添加劑
作為鉆井液調整劑,常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),它是由聚丙烯酰胺水解而成的。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小,可減輕對油氣層的壓力和堵塞,易找油氣層,有利於鉆進,鉆進速度比常規鉆井液提高 19%,比機械鉆速提高 45%左右。此外,它還能大大減少卡鉆事故,降低設備磨損,防止井漏和坍塌的發生。
壓裂工藝是致密層油田開發的重要增產措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯壓裂液具有粘度高、摩阻低、懸沙能力強、濾失低、粘度穩定性好、殘渣少、貨源廣、配制簡單、成本低等特點,因此得到了廣泛應用。
在壓裂和酸化處理中,將聚丙烯酰胺絮凝劑配制成濃度為 0.01% 至 4% 的水溶液,然後泵入井下地層,對地層進行壓裂處理。聚丙烯酰胺絮凝劑水溶液具有稠化攜砂和減少壓裂液流失的作用。此外,聚丙烯酰胺還具有降低阻力的作用,從而可以使壓力的傳輸損失降低。
四、油井水泥添加劑
用 AMPs 和甲基丙烯酸、丙烯酰胺制備的三重 **** 聚合物,適用於各種鹽水鉆井液,在高溫下起到良好的緩凝作用。美國:哈裏伯頓公司推出了AMPS與丙烯酸的**** 聚合物,AMPS與N、N壹二甲基丙烯酰胺的**** 聚合物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復合物作為水井水泥外加劑,可有效降低鉆井液的高溫濾失水量。
V.鉆井液處理劑
在淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆井
井鉆井液和海水鉆井液中使用丙烯酰胺和澱粉接枝**** 聚合物的AMPS、丙烯酰胺和N,N二甲基丙烯酰胺接枝**** 聚合物的AMPS、腐植酸和丙烯酰胺接枝**** 聚合物的AMPS
具有良好的降濾失性和耐溫性。
粘土分散等因素造成的汙染往往會導致鉆井液粘度增加,因此需要使用降粘劑來控制鉆井液的流變性。常見且應用最廣泛的鉆井液降粘劑是鐵鉻木質素磺酸鹽降粘劑(FCLS)。AMP 與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元 **** 聚合物可替代 FCLS 用作鉆井液降粘劑,即保留了 FcIJS 良好的耐鹽和耐溫性能,又克服了 FCIJS 的毒性。研究表明,三元 *** 聚合物比二元 *** 聚合物更能抵抗高價金屬離子。
六、完井液和修井液添加劑
AMPS與丙烯酸和衣康酸****,可作為增粘劑用於配制海水、鹽水,使完井液粘度提高4倍以上,並具有良好的熱穩定性,克服了傳統聚合物在鹽水體系中粘度下降的缺點。
六、油田水處理劑
AMPs的均聚物和丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等**** 聚合物,可用作油田汙水處理的絮凝劑、汙泥脫水劑和阻垢阻垢劑,F. Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸鈉組成的三元**** 聚合物對硫酸鈣和磷酸鈣垢都有很好的抑制作用。古德裏奇公司推出的由 AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸鈉組成的三元 **** 聚合物對硫酸鈣垢和磷酸鈣垢都有很好的抑制作用,阻垢率達 97% 以上。文獻表明,AMPs***聚合物作為水處理劑用量少,效果優於現有的聚丙烯酰胺水處理劑。