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(jī)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(jìn)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(diǎn)，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(huì)的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)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(yán)重的非均質(zhì)性、原油黏稠等特點(diǎn)，并且由于長時(shí)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(dāng)?shù)某删汀?/p>

1 聚合物驅(qū)及驅(qū)油機(jī)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?yàn)槠渥陨硭哂懈叻肿恿康拈L鏈結(jié)構(gòu)使其具有較高的粘彈性，在流動(dòng)過程中對油滴、油膜進(jìn)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(kuò)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(dòng)阻力和驅(qū)替壓力，迫使溶液向低滲透層流動(dòng)，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(jī)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(qiáng)于聚丙烯酰胺，機(jī)械剪切不會(huì)對其破壞。但是黃原膠容易被細(xì)菌降解，對細(xì)菌較敏感，會(huì)堵塞油層剖面，因而必須使用殺菌劑和除氧劑進(jìn)行適當(dāng)清理。黃原膠聚合物在性能方面得到合適的改進(jìn)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(tuán)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(shí)分子鏈之間因?yàn)殡娦耘懦獾靡猿浞质嬲?，擁有較高的流體動(dòng)力體積。耐溫抗鹽單體聚合物的缺點(diǎn)是易機(jī)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(tuán)。疏水基團(tuán)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(shí)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(diǎn)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(qiáng)。

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(diǎn)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(dòng)性和選擇性。因此，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。但交聯(lián)聚合物的缺點(diǎn)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(diǎn)是聚合物主鏈在水溶液中排列成梳子形狀，這是因?yàn)榫酆衔锏慕Y(jié)構(gòu)是在主鏈的側(cè)鏈同時(shí)引入親油基團(tuán)和親水基團(tuán)，親油基團(tuán)和親水基團(tuán)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(diǎn)是溶解性好，但缺點(diǎn)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(qiáng)。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(diǎn)是增黏性和耐溫抗鹽性能良好，缺點(diǎn)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(diǎn)：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(yùn)輸。為此，我國各大油田的研究方向大都放在新型廉價(jià)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(jì)效益的同時(shí)也會(huì)引起對儲(chǔ)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(diǎn)：多孔介質(zhì)的吸附及剪切作用會(huì)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(dá)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(jì)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(chǔ)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(jìn)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(jià)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。

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