汪曉鵬

（甘肅省輕工研究院有限責任公司，甘肅蘭州730000）

油田用助劑產(chǎn)品的種類多樣，在油田開發(fā)過程中發(fā)揮了不可替代的作用。當今，油田用化學品占90%的是高分子聚合物，是油田工業(yè)中使用量最大和最普遍的。應用于石油勘探、鉆采、集輸和注水及水處理等工藝過程的各個環(huán)節(jié)，以保證和改善油田作業(yè)流體的性能。包括礦物產(chǎn)品、有機化工產(chǎn)品、天然材料、合成高分子材料等。按照來源分為天然高分子聚合物、天然改性聚合物、合成高分子聚合物和生物聚合物。隨著我國對能源的需求不斷增長，相應的油田助劑產(chǎn)業(yè)也在蓬勃發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的開發(fā)規(guī)模，對油田開發(fā)與油氣運輸起到了不可忽視的促進作用。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，新產(chǎn)品的開發(fā)已經(jīng)提上了油田助劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日程，尤其新型合成高分子聚合物材料、天然改性材料以及綠色環(huán)保材料和助劑的研發(fā)。因此，對助劑產(chǎn)品的開發(fā)與前景分析對油田助劑產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展具有深遠和現(xiàn)實的意義，現(xiàn)予敘述如下[1]。

1 鉆井用化學品

主要包括鉆井液和水泥外加劑兩大類。目前鉆井泥漿用化學品有18類、上千個商品牌號，水泥外加劑有11 類200 余種牌號。中國每年鉆井一萬多口，進尺約15000 k m，該類化學品無論在數(shù)量和品種，在油田上的應用已占化學品總量的60%以上，也是油田化學產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、品種最多、水平最高、應用效果最好的一類油田化學品。

（1）鉆井液化學品。主要有殺菌劑、緩蝕劑、除鈣劑、消泡劑、乳化劑、降濾失劑、絮凝劑、起泡劑、堵漏劑、潤滑劑、解卡劑、pH 控制劑、表面活性劑、頁巖抑制劑、降黏劑、溫度穩(wěn)定劑、增黏劑、加重劑等。（2）水泥外加劑。主要有促凝劑、消泡劑、降濾失劑、減阻劑（分散劑）、防氣竄劑、減輕外摻料、防漏外摻料、緩凝劑、增強劑、加重外摻料等。（3）其他。如增黏劑有重晶石、膨潤土；降濾失劑有天然木質(zhì)素磺酸鹽、淀粉及其改性物、單寧等；增黏劑有纖維素類聚合物、瓜膠及其衍生物、生物聚合物、合成聚合物、表面活性劑等。

該類助劑是專用化學品和高分子聚合物，是鉆井液和水泥漿用量最大者，僅合成高分子聚合物在我國鉆井作業(yè)中年用量6 萬噸以上。主要有①乙烯基單體多元共聚物。此類化學品在泥漿中主要起增黏、降慮失、流型改進和穩(wěn)定井壁的作用，并且具有很好的抗高溫（200 ℃）、抗飽和鹽鈣能力，現(xiàn)已廣泛用于我國各個主要油田的鉆井作業(yè)，年產(chǎn)量萬噸以上。②陰離子聚合物系列產(chǎn)品。該類產(chǎn)品除含有—CONH2之外，還有不等量的—COONa、SO3Na，相對分子質(zhì)量在30×104～500×104，對多分散的搬土膠體體系起到高分子護膠作用。在有大量Na+、Ca2+、Mg2+等無機離子存在之條件下，能有效維護搬土粒子的穩(wěn)定性。該系列產(chǎn)品的抗溫（約200 ℃）、抗鹽能力強，故而特別適用于深井、超深井、石膏、鹽巖和高礦化度的復雜情況下鉆井作業(yè)，已在我國10 多個油田中應用，年用量達5000余噸，經(jīng)濟效益非?？捎^。③兩性離子聚合物系列產(chǎn)品。該類產(chǎn)品是由多種陽離子、非離子和陰離子單體經(jīng)共聚聚合而形成的水溶性高分子聚合物，因聚合物中單體種類、比例不同及工藝條件不同、共聚物的分子量也不同，故它們的理化性能及在泥漿中的應用作用各異。該系列產(chǎn)品具有良好的抗高溫（180 ℃）、抗飽和鹽鈣能力和很強的抑制性，能有效防止底層傷害，保護油氣層產(chǎn)能，已在我國16 個油田5000 多個井口應用。結(jié)果表明，該系列化學品已成功地用于直井、斜井、叢式井、深井、超深井（最深達5700 m）及淡水、鹽水、飽和鹽水、輕泥漿及重泥漿體系。與其他處理劑相比具有顯著優(yōu)勢，采用該系列產(chǎn)品配制而成的鉆井液鉆探打井，一般井徑擴大率降至4%～6%，平均機械鉆井速度提高8%～30%，采油量提高20%，縮短完井周期5～30 d，取得了巨大的成效。其中，兩性離子聚合物合成技術(shù)和產(chǎn)品，曾一度被評為國家科技進步獎。產(chǎn)品已出口印度、泰國和日本等東南亞國家。④陽離子聚合物產(chǎn)品。包括陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）和聚季銨鹽聚合物產(chǎn)品，與非離子聚合物復配使用，形成陽離子泥漿體系。該體系具有強抑制性，適合強造漿、已坍塌井段使用，已在我國新疆油田勘探中取得了較好技術(shù)與經(jīng)濟效益。另外復合金屬兩性離子聚合物產(chǎn)品，其中正電膠（MMH）產(chǎn)品在水溶液中形成無機凝膠體系，具有很好的流變性能，復合金屬兩性離子聚合物系正電膠與兩性離子聚合物的復合體，它兼具正電膠和兩性離子聚合物的強抑制性和良好流變性能。為近年來新開發(fā)的一種新型鉆井泥漿處理劑，在新疆、中原、大港等油田應用效果良好。

2 采油用化學品

采油用化學品分為酸化、壓裂和采油用其他化學品。酸化法、壓裂用化學品主要用于中低滲透層、裂縫性底層的改造，是當前擴大油氣流通道孔道和提高油氣井產(chǎn)量的必需品。酸化用化學品包括防淤渣劑、助排劑、乳化劑、防乳化劑、降濾失劑、起泡劑、緩速劑、稠化劑等。壓力用化學品包含殺菌劑、助排劑、交聯(lián)劑、黏土穩(wěn)定劑、減阻劑、破膠劑、支撐劑、pH值控制劑和增黏劑等。主要品種有：①交聯(lián)劑。三氯化鋁、鉻鹽、鋯鹽、檸檬酸鋁等；②成膠劑。一般為天然高分子聚合物如瓜爾膠及其衍生物、纖維素衍生物等，合成高分子有PAM、MPAM、AMP 等，還有生物聚合物。③表面活性劑。有發(fā)泡劑、乳化劑、防乳化劑等。④破膠劑。一般為過硫酸鹽，過硫酸銨、過硫酸鉀，聯(lián)胺（肼）。⑤采油其它化學品。有解堵劑、黏土穩(wěn)定劑、調(diào)剖劑、降凝劑、防沙劑和堵水劑等。采油用化學品與鉆井用化學品相比，無論品種還是數(shù)量都較少，而且不配套。尚需進口方能滿足需求。根據(jù)國內(nèi)油田狀況，低滲透油儲藏資源豐富，儲量達300000 萬噸。急需開發(fā)“控水穩(wěn)油”工程所需的堵水-調(diào)剖劑以提高產(chǎn)量，其中代表性化學品有：堵水調(diào)剖劑、酸膠束、壓裂液用化學品。

3 油氣集輸用化學品

油氣集輸用化學品主要有緩蝕劑、破乳劑、乳化劑、流動改性劑、抑泡劑、減阻劑、天然氣凈化劑、水合物抑制劑、海面浮油清潔劑、管道清洗劑、防蠟劑、降凝劑、降黏劑等。我國油氣集輸用化學品的研發(fā)始于20 世紀60 年代，目前已有14 類，數(shù)百個產(chǎn)品。其中原油破乳劑用量最大，年需2 萬噸。國內(nèi)原油大多屬于石蠟基原油，蠟含量大于10%的原油約占原油總產(chǎn)量的90%，石蠟多為不帶支鏈的正構(gòu)烷烴，蠟的碳原子數(shù)分布多為C13～C40。我國西部吐哈油田C36～C70的蠟占總量的50%。此類化學品的應用主要有：（1）原油破乳劑。中國原油有90%是靠注水開發(fā)的，原油大部分以乳化液（W/O 或O/W 型）的形式采出的，外輸至煉廠前必須進行脫水處理。當前應用較多、效果不錯的有環(huán)氧烷和環(huán)丙烷的嵌段聚醚類、酚醛樹脂、多亞乙基多胺、烷基苯酚樹脂非離子型；多元線型或體型聚合物；兩離子聚合物及復配物等。年需要量2 萬余噸。（2）原油清防蠟劑。常用清防蠟劑有水溶型、油溶性和乳液型。廣泛應用于我國1.5 萬口油井。（3）長輸管線化學降凝降黏劑。中國1700 km的輸油管線，其中90%原油通過管線輸送至煉廠、碼頭，但前提是必須加熱輸送。添加降黏劑可節(jié)省大量燃料油，節(jié)能降耗，同時降低成本。

4 三次采油用化學品

三次采油用化學品包括堿劑、高溫起泡劑、混溶劑、流度控制劑、犧牲劑、表面活性劑、助表面活性劑、增溶劑、薄膜擴鏈劑、稠化劑等。我國三次采油率的潛力很大，總計地質(zhì)儲量674000 萬噸，按平均提高采收率12.4%計算，實施后可增加采儲量84000 萬噸。前景誘人。同時與之配套的化學品數(shù)量巨大，其中化合物367.6 萬噸、表面活性劑1481.5 萬噸、堿類11 萬噸。在當下的技術(shù)和經(jīng)濟條件下，欲大規(guī)模工業(yè)化提高采收率。尤其要重點采用聚合物類，適合于聚合物驅(qū)地質(zhì)儲量436000 萬噸，按平均提高采收率8.6%計算，實施后可增加采儲量38000 萬噸，約為目前中國年產(chǎn)油量的2.7 倍，則需聚合物224 萬噸。因此，要加強提高高分子聚合物應用的研究。積極創(chuàng)新，不斷探索開發(fā)聚合物和蒸汽驅(qū)技術(shù)、堿/表面活性劑/聚合物三元復合材料的研究與應用。另外，隨著采油業(yè)的發(fā)展，化學品的需求也與日俱增。適用于三次采油和稠油開采的高分子聚合物及表面活性劑需求更大，聚合物約需5～6 萬噸/年，表面活性劑約需10 萬噸/年。

5 油田水處理化學品技術(shù)

油田水處理化學品主要有殺菌劑、緩蝕劑、黏土穩(wěn)定、助濾劑、絮凝劑、浮選劑、除油劑、除氧劑、防垢劑、除垢劑等。當前，世界各國普遍采用注水開發(fā)，中國也不例外，有90%的石油開采用該技術(shù)，采出的油水乳化液經(jīng)脫水后的凈油，輸往煉廠，污水要經(jīng)過化學、物理和生物處理法，方能除去其中的微量油、機械雜質(zhì)等有害物質(zhì)并達標后再注回底層，以驅(qū)動石油開采。我國年需處理回注水高達10108 m3，需各種水處理劑6.33萬噸，是油田開發(fā)非常重要的化學品之一。

6 油田用聚合物

當今，油田用化學品的90%是高分子聚合物材料。油田用聚合物已應用于石油鉆井、采油、集輸和水處理等各個環(huán)節(jié)和工程中。有效地保證了石油產(chǎn)業(yè)鏈的順利完成。按來源可分為天然聚合物、天然改性聚合物、合成聚合物和生物聚合物。其中天然聚合物又包括淀粉、纖維素、木質(zhì)素、植物膠以及一些天然礦物材料等；合成聚合物有聚丙烯酸（鹽）、聚丙烯酰胺、含磺酸聚合物、丙烯酸與丙烯酰胺等單體或多元共聚物、聚乙烯醇（PVA）、酚醛樹脂及磺酸鹽、氨基樹脂及磺酸鹽、酮醛縮聚物及磺酸鹽、聚醚胺、聚胺、聚季銨鹽、聚乙烯吡咯烷酮等。按其在油田中的作用又可分為通用聚合物、鉆井用、油氣開采用、提高采油率、油氣集輸和油田水處理聚合物等[2]。

7 結(jié)語

目前，我國油田用化學品除少數(shù)仍需進口，國產(chǎn)油田化學品基本滿足石油勘探和生產(chǎn)需求。隨著石油工業(yè)戰(zhàn)略布局的優(yōu)化，以“穩(wěn)定東部，發(fā)展西部”為指導的整體戰(zhàn)略的實施，為油田化學品的研制、開發(fā)和應用提出了新課題。當前，我國老油田的儲油量和產(chǎn)量占全國總量的90%左右，這類油田多進入高含水期，綜合含水量在80%以上，油田采出量約占地質(zhì)儲量的35%，地下還殘留65%左右。如何采取提高采收率（EOR）新技術(shù)和新方法使東部老油田繼續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，是當前和今后及其迫切的任務。這也是研發(fā)化學驅(qū)油劑的動力，油田用化學品市場將更加廣闊，預計年產(chǎn)值將達30 億元左右。未來我國油田用化學品研發(fā)的主攻方向為鉆井用、油氣開采用、油氣集輸用、油田水處理、提高采收率等化學品。

盡管多年來取得長足的進步，但在品種數(shù)量、質(zhì)量等方面與國外相比，仍然存在一定的差距。特別是壓裂酸化用聚合物，驅(qū)油耐溫抗鹽型聚合物、高效水處理絮凝劑等有待提高。這為科研工作者提出了新的攻關課題和研發(fā)方向。油田用化學品總體的發(fā)展應朝著新型、高效、低污染和無污染、綠色化的目標邁進，例如，天然與合成高分子聚合物的改性以及生物聚合物的綠色化應用等。