聚合物驅(qū)油技術(shù)綜述

李雪凝

摘 要：本文綜述了近年來國內(nèi)外聚合物驅(qū)的研究現(xiàn)狀，對聚合物驅(qū)的機理及應(yīng)用做了闡述，并著重介紹了幾種常見的驅(qū)油劑的研究進展，主要包括生物聚合物、耐溫抗鹽單體聚合物、疏水締合聚合物、交聯(lián)聚合物、梳型聚合物和星型聚合物等。通過分析這些驅(qū)油聚合物的性能及優(yōu)缺點，對驅(qū)油聚合物現(xiàn)在應(yīng)用存在的問題及今后的研究方向提出了建議。

關(guān)鍵詞：聚合物驅(qū);生物聚合物;疏水締合聚合物;交聯(lián)聚合物;梳型聚合物;星型聚合物

石油是最重要的能源之一，是“黑色的金子”。隨著人類社會的進步及經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代社會對石油的消耗與日俱增，石油資源已經(jīng)變得日漸稀缺。我國油田屬于陸相沉積，具有嚴重的非均質(zhì)性、原油黏稠等特點，并且由于長時間不間斷的開采，幾乎所有國內(nèi)油田均已處于高及特高含水期。為了提高采收率，三次采油技術(shù)的應(yīng)用已成為主體趨勢，我國三次采油主要以聚合物驅(qū)為主要手段。合成新型的水溶性耐溫抗鹽聚合物是聚合物開發(fā)的發(fā)展方向。近年來，國內(nèi)外科研工作者在這方面付出了大量的努力，并取得了相當?shù)某删汀?/p>

1 聚合物驅(qū)及驅(qū)油機理

聚合物是一大類高分子物質(zhì)的總稱，聚合物驅(qū)能夠提高采油效率，目前多用于三次采油過程中。聚合物因為其自身所具有高分子量的長鏈結(jié)構(gòu)使其具有較高的粘彈性，在流動過程中對油滴、油膜進行拉伸，從而增大其攜帶能力。聚合物驅(qū)是向地層注入高粘度的聚合物溶液來大大降低流度比、擴大波及體積從而提高采收率的驅(qū)油工藝，可以有利于油氣田后期開發(fā)。

聚合物驅(qū)是指在注入水中混入聚合物溶液，通過增加注入水的黏度，增大了流動阻力和驅(qū)替壓力，迫使溶液向低滲透層流動，改善水油流度比，提高原油采收率。聚合物被注入油層后主要產(chǎn)生三方面作用：一是可以增加注入水的黏度，二是因聚合物的滯留作用導(dǎo)致油層滲透率的下降，三是聚合物溶液的“海綿效應(yīng)”可以“掃”出巖石孔隙中的殘余油。配制的聚合物溶液的黏度越高，其波及面積越大，驅(qū)油效果也就越理想。從聚合物驅(qū)油機理可以看出，提高注入水黏度和降低注入水滲透率是聚合物驅(qū)油的核心技術(shù)。

2 水溶性聚合物

2.1 生物聚合物

黃原膠又稱黃膠、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，是一種重要的生物聚合物。黃原膠具有很好的乳化性、懸浮性、水溶性、增稠性，以及良好的酸堿穩(wěn)定性。但是使用黃原膠的局限性較大，其耐溫性、耐磨性和抗剪性比較差。黃原膠分子鏈的剛性程度較大，能夠強于聚丙烯酰胺，機械剪切不會對其破壞。但是黃原膠容易被細菌降解，對細菌較敏感，會堵塞油層剖面，因而必須使用殺菌劑和除氧劑進行適當清理。黃原膠聚合物在性能方面得到合適的改進后才能在礦場上得到更廣泛的應(yīng)用。

2.2 合成水溶性聚合物

2.2.1 耐溫抗鹽單體聚合物

耐溫抗鹽單體聚合物適用于高溫高鹽的特殊地層環(huán)境，該聚合物是把耐溫、不易水解又能抑制酰胺基團水解的大的側(cè)基引入到聚丙烯酰胺分子鏈上，合成出提高聚合物驅(qū)油劑的耐溫抗鹽性能的共聚物。聚丙烯酰胺易溶于水形成氫鍵，能夠相互締合，從而起到增黏的作用，同時分子鏈之間因為電性排斥得以充分舒展，擁有較高的流體動力體積。耐溫抗鹽單體聚合物的缺點是易機械損失，使其應(yīng)用也受到了一定的限制。

2.2.2 疏水締合聚合物

疏水締合水溶性聚合物具有良好的增黏性、耐溫性和抗鹽性，該聚合物是指在親水主鏈上引入疏水基團。疏水基團的引入產(chǎn)生了分子內(nèi)和分子間的疏水締合的物理交聯(lián)作用，形成巨大的特殊三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此聚合物具有良好的增黏性、抗剪切性和性。疏水締合聚合物的這些性能使其在剪切力降低時能夠恢復(fù)一定黏度，并很好地滿足了油田三次采油的操作需求。疏水締合聚合物的優(yōu)點是具有較好的剪切恢復(fù)性、黏彈性與增黏性，但其也存在一定的缺陷，即力學(xué)性能較差，溶解性、耐磨性和抗蠕變性有待加強。

2.3 交聯(lián)聚合物

交聯(lián)作用是指通過化學(xué)反應(yīng)在聚合物主鏈之間形成化學(xué)鍵的過程。交聯(lián)聚合物通過交聯(lián)作用形成立體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此具有很好的相容性，其熱穩(wěn)定性、抗蠕變性、耐磨性、耐溶劑性和力學(xué)性也都較好。不同聚合物，尤其是互不相容的聚合物之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)可明顯提高兩種聚合物的相容性，甚至使其成為相容組分。交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)優(yōu)點是能明顯提高采收率、性能優(yōu)良、成本低，并且具有很好的流動性和選擇性。因此，交聯(lián)聚合物溶液在深部調(diào)剖、改善儲層性質(zhì)、改善流體性質(zhì)方面都能夠發(fā)揮良好的作用。但交聯(lián)聚合物的缺點是酸堿穩(wěn)定性方面較差，影響其現(xiàn)場應(yīng)用效果。

2.4 梳型聚合物

梳型聚合物的特點是聚合物主鏈在水溶液中排列成梳子形狀，這是因為聚合物的結(jié)構(gòu)是在主鏈的側(cè)鏈同時引入親油基團和親水基團，親油基團和親水基團的相互排斥使得分子鏈相互伸展，從而形成梳子的形狀。梳型聚合物分子內(nèi)和分子間分子鏈的卷曲、纏結(jié)較少，因而具有更好的溶液性能。梳型聚合物的優(yōu)點是溶解性好，但缺點是抗剪切性能和熱穩(wěn)定性能不好。

2.5 星型聚合物

星形聚合物是由星形核與聚合物分子相連接而形成的水溶性聚合物。星形聚合物主鏈的星形使該聚合物具有規(guī)整的分子結(jié)構(gòu)，并且星型有效增加了聚合物分子鏈的剛性，使得聚合物分子鏈能夠伸展，增加了分子鏈旋轉(zhuǎn)的水力學(xué)半徑，該聚合物增黏性和耐溫抗鹽能力得到明顯的增強。星形聚合物在油田中廣泛用作驅(qū)油劑、泥漿助劑、堵剖劑等。星形聚合物的優(yōu)點是增黏性和耐溫抗鹽性能良好，缺點是抗剪切性、酸堿穩(wěn)定性、耐磨性較差。

3 成為聚合物驅(qū)油劑的條件

聚合物的剪切性、黏彈性、耐鹽性、熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性等都是影響聚合物驅(qū)油的因素，因此選擇提高油田三次采油效率的聚合物應(yīng)滿足以下幾點：水溶性好、注入性好;具有一定的熱穩(wěn)定性及抗剪切降解能力;具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性;對油層和環(huán)境無污染;成本低且易于運輸。為此，我國各大油田的研究方向大都放在新型廉價質(zhì)優(yōu)的聚合物研究上。

4 聚合物驅(qū)油面臨的困難及解決辦法

聚合物驅(qū)油技術(shù)在帶來了很好的經(jīng)濟效益的同時也會引起對儲層的傷害、對套管的損傷，或者引起聚合物驅(qū)油堵塞的問題。聚合物驅(qū)技術(shù)存在的問題主要有以下幾點：多孔介質(zhì)的吸附及剪切作用會極大的減小聚合物溶液的粘度;聚合物溶液在高溫高礦化度的環(huán)境下發(fā)生性質(zhì)的改變;聚合物溶液與原有地層中的金屬離子反應(yīng)生成不能降解的化合物堵塞地層，降低了原油的采收率。對于三次采油已達到中后期的老油田，解決這一矛盾刻不容緩，這直接影響著油田的經(jīng)濟效益。

解決聚合物驅(qū)技術(shù)的存在的問題的方法包括：①研發(fā)出耐剪切的聚合物，或者在剪切作用降低后能夠恢復(fù)一定黏度的聚合物;②研發(fā)出更加耐高溫、耐礦化度的聚合物。③將聚合物降解來解決儲層堵塞的問題。

5 結(jié)論

我國是世界上三次采油工業(yè)化程度最高的國家，聚合物驅(qū)油技術(shù)研究與應(yīng)用走在世界前列。近年來三次采油增產(chǎn)的油量已占到我國石油產(chǎn)量的6%，且逐年上升。進行三次采油是減緩我國多數(shù)油田衰老速度、維持我國原油穩(wěn)產(chǎn)、減少我國對國外原油依賴程度的戰(zhàn)略要求。希望科研工作者能夠研制開發(fā)出價格低廉、耐溫、耐鹽、抗剪切等綜合性能良好的聚合物驅(qū)油劑，以滿足現(xiàn)代石油工業(yè)日益發(fā)展的需求。

參考文獻：

[1]謝曉慶，康曉東，陳文娟等.海外高溫油田聚合物驅(qū)高效開發(fā)策略研究[J].中外能源，2017（11）：61-65.

[2]孫玉麗，錢曉琳，吳文輝等.聚合物驅(qū)油技術(shù)的研究進展[J].精細石油工進展，2006，7（2）：26-29.

[3]嚴志虎，寇磊，姬洪明.聚合物驅(qū)提高采收率研究[J].遼寧化工，2010，39（9）：945-947.

[4]劉雨文.KYPAM抗鹽聚合物的性能研究[J].斷塊油氣田， 2003（7）：62-63.