聚合物驅(qū)油技術(shù)綜述

徐萬(wàn)通

[摘 要]綜述了目前石油開(kāi)采過(guò)程中常見(jiàn)的聚合物驅(qū)油劑種類(lèi)，包括耐高溫耐鹽聚合物驅(qū)油劑、生物聚合物（黃原膠）、交聯(lián)聚合物、疏水締合聚合物、星形聚合物、兩性聚合物等；以此為基礎(chǔ)介紹了四種聚合物驅(qū)技術(shù)類(lèi)型，包括熱驅(qū)、混相驅(qū)、化學(xué)驅(qū)和微生物采油；并簡(jiǎn)單介紹了聚合物驅(qū)油技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中所帶來(lái)的負(fù)面矛盾及目前的主要解決方法。

[關(guān)鍵詞]三次采油；聚合物驅(qū)；提高采收率；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE357.46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）40-0052-01

能源是人類(lèi)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提條件。當(dāng)前，煤炭、石油、天然氣等化石能源在世界能源消費(fèi)中占仍據(jù)主導(dǎo)地位，其中石油是最重要的能源之一，被譽(yù)為“工業(yè)的血液、黑色的金子”。石油在日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，這就要求石油行業(yè)提供更多的石油產(chǎn)品。自2010年以后，我國(guó)大部分油田長(zhǎng)時(shí)間處于不間斷開(kāi)采狀態(tài)，近乎所有國(guó)內(nèi)油田已處于高及特高含水期。在高含水率階段開(kāi)發(fā)油田效益極差，但仍可利用聚合物驅(qū)油技術(shù)繼續(xù)開(kāi)發(fā)。獲得更多的油氣資源，提高原油的采收率，是全世界對(duì)石油領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的核心問(wèn)題，世界上聚合物驅(qū)油技術(shù)的研究對(duì)此有很大推進(jìn)作用。

1 聚合物驅(qū)緒論

1.1 聚合物驅(qū)

聚合物驅(qū)能夠提高采油效率，目前多用于三次采油過(guò)程中。聚合物因?yàn)槠渥陨硭哂懈叻肿恿康拈L(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)使其具有較高的粘彈性，在流動(dòng)過(guò)程中對(duì)油滴、油膜進(jìn)行拉伸，從而增大其攜帶能力。驅(qū)油過(guò)程中有利的流度比可以顯著提高驅(qū)替相的波及體積，利用聚合物進(jìn)行驅(qū)替的過(guò)程中則可以得到較好的流度比，從而提高采收效率。提高采收率的主要途徑是提高驅(qū)油效率和擴(kuò)大波及體積，所以聚合物驅(qū)油可以有利于油氣田后期開(kāi)發(fā)。

1.2 聚合物驅(qū)機(jī)理

聚合物驅(qū)油技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，早期的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將水溶性高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物以適宜條件少量溶于水中，使水溶液的粘度極大的增加，從而使得驅(qū)油過(guò)程油水的流度比較小。油藏工程領(lǐng)域認(rèn)為一般情況下流度比越低驅(qū)油效果越好，從提高采收率角度分析擴(kuò)大波及體積和洗油效率也是提高水驅(qū)開(kāi)發(fā)原油采收率的主要途徑。另外低濃度的聚合物溶液就可獲得較高的粘度，使得其開(kāi)發(fā)成本相對(duì)不高。

聚合物驅(qū)油技術(shù)主要應(yīng)用在原油粘度不高、溫度適中、水平及垂向非均質(zhì)性極其嚴(yán)重的油藏開(kāi)發(fā)。原油采收率與聚合物濃度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)聚合物濃度高，原油采收率相對(duì)提高；早期高濃度聚合物藥劑的驅(qū)替，使得原油的采收率提高。應(yīng)使用最優(yōu)的的聚合物量配制成驅(qū)替劑，來(lái)獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 聚合物驅(qū)的實(shí)際應(yīng)用

聚合物驅(qū)油技術(shù)的技術(shù)難題不大，所以世界各個(gè)國(guó)家對(duì)驅(qū)油技術(shù)的研究都比較早。最初在20世紀(jì)50年代初美國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了聚合物驅(qū)油技術(shù)的室內(nèi)研究，并于1964年進(jìn)行了礦場(chǎng)先導(dǎo)性試驗(yàn)。20世紀(jì)70年代至今，英國(guó)、前蘇聯(lián)、加拿大等國(guó)家都先后開(kāi)展了聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)。從聚合物驅(qū)油技術(shù)研發(fā)至今全世界有超過(guò)200多油田或區(qū)塊進(jìn)行了聚合物驅(qū)試驗(yàn)，原油采收率均得到了較大的提高。聚合物驅(qū)油技術(shù)在我國(guó)大慶油田1972年進(jìn)行開(kāi)發(fā)使用，目前該技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)眾多水驅(qū)開(kāi)發(fā)油田中得到了廣泛的使用，如勝利油田、大港油田等。目前國(guó)內(nèi)各大油田的研究重心是研發(fā)性能好、價(jià)格低、污染小、易降解的聚合物，例如，改性部分水解聚丙烯酰胺、帶有少量疏水基團(tuán)的水溶性聚合物疏水締合聚合物（HAWP）等。

2 聚合物驅(qū)油劑

2.1 耐高溫耐鹽及常用聚合物驅(qū)油劑

聚合物驅(qū)油過(guò)程中如遇到特殊的地層環(huán)境，如高溫高鹽的地層，則對(duì)聚合物的耐高溫和耐鹽性提出了特殊的要求。有一種耐高溫耐鹽聚合物的組成物質(zhì)是丙烯酸胺類(lèi)，它是由苯乙烯磺酸基團(tuán)、磺酸基團(tuán)合成。對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，證實(shí)其具有耐高溫、耐鹽、抗剪切等特點(diǎn)，但受限于一定的生產(chǎn)環(huán)境和技術(shù)基礎(chǔ)，生產(chǎn)出的丙烯酸胺類(lèi)并不能全部達(dá)標(biāo)，所以這種耐高溫耐鹽聚合物的廣泛使用還有需要更完備的技術(shù)和生產(chǎn)條件。

2.2 黃原膠聚合物

黃原膠又稱(chēng)黃膠、漢生膠，黃單胞多糖，是一種由假黃單胞菌屬發(fā)酵產(chǎn)生的單孢多糖，相對(duì)分子量高達(dá)100萬(wàn)以上，是一種重要的生物聚合物。黃原膠具有優(yōu)良的懸浮性、增稠性、乳化性、水溶性以及良好的酸堿穩(wěn)定性。黃原膠使用廣泛，但仍具有較大局限性，耐溫性、耐磨性和抗剪性相對(duì)較差等。黃原膠分子鏈的剛性程度強(qiáng)于聚丙烯酰胺，能有效地抵抗機(jī)械破壞，但是對(duì)細(xì)菌比較敏感，容易被細(xì)菌所降解，并對(duì)油層剖面產(chǎn)生堵塞，因而必須使用殺菌劑和除氧劑進(jìn)行適當(dāng)清理。黃原膠聚合物在礦場(chǎng)上更廣泛的使用還必須對(duì)其在性能方面進(jìn)行改進(jìn)。

2.3 交聯(lián)聚合物

交聯(lián)聚合物具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固又稱(chēng)交聯(lián)高分子。良好的相容性是交聯(lián)聚合物的性能保障，其耐磨性、耐溶劑性、抗蠕變性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能都會(huì)受到交聯(lián)的影響，這一影響普遍表現(xiàn)為上述特性的增強(qiáng)。交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)是在調(diào)剖堵水技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種的高效驅(qū)油技術(shù)，具有性能優(yōu)良、成本低、提高采收率效果明顯。交聯(lián)的聚合物溶液體系具有良好的流動(dòng)性，低粘度，選擇性。使得交聯(lián)聚合物溶液在深部調(diào)剖、改善儲(chǔ)層性質(zhì)、改善流體性質(zhì)方面都能夠發(fā)揮良好的作用。

3 聚合物驅(qū)油面臨的困難及解決方法

聚合物驅(qū)油帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是與聚合物驅(qū)相伴隨的聚合物的堵塞問(wèn)題也是不容忽視的。聚合物驅(qū)油過(guò)程中可能造成對(duì)儲(chǔ)層的傷害及引起套管的損傷。多孔介質(zhì)的吸附及剪切作用會(huì)極大的降低聚合物溶液的粘度，從而使高粘度的聚合物溶液失去其原有的高粘特性；同時(shí)聚合物溶液與原有地層中的金屬離子生成難于降解的化合物，無(wú)論是聚合物的滯留還是新生成的沉淀均使得地層發(fā)生堵塞，增加流體流動(dòng)阻力并使后續(xù)流體難于注入，降低了原油的采收率，對(duì)于三次采油已達(dá)到中后期的老油田，解決這一矛盾問(wèn)題刻不容緩，直接影響著油田的經(jīng)濟(jì)效益。endprint

3.1 堵塞機(jī)理

聚合物造成地層堵塞的機(jī)理主要有以下幾方面：

（1）聚合物溶液在注入地層后，由于地層中多孔介質(zhì)的吸附及微孔隙的剪切作用，會(huì)使聚合物的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化同時(shí)與地層的中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生作用，占據(jù)地層的孔腹并堵塞孔喉，從而使地層的導(dǎo)流能力大幅度降低。如聚合物溶液與黏土作用堵塞地層。

（2）地層中含油一定量的硫化鐵礦物，同時(shí)地層中的金屬管件受到腐蝕也會(huì)生成硫化物。聚合物驅(qū)油的地層中，硫化物、聚合物與地層中的油泥等雜質(zhì)會(huì)形成絮凝狀物質(zhì)，隨著聚合物溶液的流動(dòng)同時(shí)攜帶黏土顆粒等在儲(chǔ)層的孔腹和喉道逐漸沉積，最終堵塞地層，對(duì)儲(chǔ)層造成極大的傷害。我國(guó)大慶油田聚合物驅(qū)油技術(shù)使用較早，從該油田地層中取出的絡(luò)合物進(jìn)行室內(nèi)降解實(shí)驗(yàn)遇到的困難較大，該堵塞問(wèn)題在大慶油田極為突出。此外，聚合物與地層中由管件腐蝕產(chǎn)生或天然存在的高化合價(jià)鐵離子反應(yīng)生成凝膠也會(huì)出現(xiàn)生成物堵塞地層。

（3）在聚合物溶液配制過(guò)程中由于工藝過(guò)程復(fù)雜，配制用量大或人為操作不當(dāng)?shù)仍?，?huì)造成的配制的溶液粘度不均勻不穩(wěn)定，其中高粘的部分堵塞地層，憋高地層壓力，后續(xù)流體無(wú)法注入。

3.2 堵塞降解技術(shù)

聚合物解堵的措施是將聚合物降解，它是指聚合物在物理和化學(xué)因素的作用下，破壞聚合物以及由聚合物形成的新化合物的分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為解聚。按照其反應(yīng)機(jī)理可以分為均裂降解和異裂降解；按照引起的降解因素可以分為物理降解、化學(xué)降解、和生物降解，或分為熱降解、機(jī)械降解、輻射降解和氧化降解等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文綜述了目前常見(jiàn)的聚合物驅(qū)油劑、驅(qū)油機(jī)理，聚合物驅(qū)油技術(shù)及該技術(shù)的負(fù)面矛盾和解決辦法。其中耐高溫、高壓、高礦化度，價(jià)格低廉，抗剪切等不同性能的新型聚合物驅(qū)油劑是聚合物技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向之一，要針對(duì)儲(chǔ)層特點(diǎn)選用相應(yīng)的聚合物驅(qū)油劑。

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