聚丙烯酰胺在胜利油田三次采油中的应用

摘    要：本文介绍了聚丙烯酰胺在胜利油田三次采油中的应用情况，对聚丙烯酰胺的驱油机理、聚合物应用现状及存在问题进行了阐述，提出了三次采油用聚丙烯酰胺的发展方向。

关键词：三次采油、聚合物驱、聚丙烯酰胺、耐温抗盐

聚丙烯酰胺作为三次采油用驱油剂,，目前已经在大庆油田、胜利油田、大港油田，长庆油田、新疆油田、河南油田等投入使用，其中胜利油田每年投入干粉５万吨左右，大庆油田每年投入１０万吨以上的聚合物，两个油田三次采油的增油量分别达到１７０万和１０００万吨以上，为东部老油田增产稳产提供了保证，是目前国内聚丙烯酰胺使用量最大的应用领域。相对于其他三次采油技术。聚合物驱技术成熟、成本低廉、投入产出比低，比较适合国内油藏特点。下面介绍三次采油发展历程、聚合物驱机理，驱油用聚丙烯酰胺现状及存在问题、以及驱油用聚丙烯酰胺发展方向。

1、三次采油发展历程

1986 年，我国完成了“中国陆上注水开发油田提高采收率潜力评价及发展战略研究”，制定了“化学驱是我国东部油田提高采收率技术研究主攻方向”的方针，安排部署了聚合物驱工业化应用试验和多层次化学复合驱先导试验。自1996 年起，聚合物驱油技术相继在我国大庆、胜利、大港、中原、新疆等油田实现了工业化生产，1996 年为 359 万吨，到 2000 年首次突破1,000 万吨，2008 年已超过 1,500 万吨，约占我国当年产油量的 8%。

胜利油田上世纪60年代年开始聚合物驱室内研究，1992年开展先导性矿场试验，1994年开展扩大性矿场试验，199７年开始工业化推广应用，上世纪80年代到1997年进行聚合物-表面活性剂-碱三元复合驱的应用试验；二十一世纪开始进行聚合物-表面活性剂二元复合驱的室内研究，2003年开始进行先导性试验(1)，2006年进行扩大试验。

“十一五”期间，根据 2008 年 1 月胜利油田“十一五”油气硬稳定工作计划对原“十一五”规划做出的调整，为了确保三次采油增油效果，减缓产量递减，一方面要加快覆盖剩余一、二类储量；另一方面要利用高油价有利条件，优化方案实施，延长注聚单元注聚段塞，扩大二元驱规模并优选油藏条件相对较好的三类油藏注聚。“十一五”三次采油覆盖地质储量 1.38 亿吨、使用聚合物干粉 22.9万吨。同时，要开展三次采油新区先导试验，为“十二五”做好技术储备。EOR资源评价结果表明，胜利油田适用化学驱总资源占已注水单元地质储量的45.4%，进行化学驱有丰富的物质基础，潜力巨大。截至 2009 年，胜利油田共动用地质储量 3.71 亿吨，占适用化学驱地质储量的 33%，占胜利油田地质储量的 9.3%。

2、聚合物驱油机理

聚合物的驱油机理主要是利用水溶性聚丙烯酰胺分子链的粘度，改善驱替液的流度比，提高驱替效率和波及体积，从而达到提高采收率的目的。

(1) 降低油水流度比，能够改变分流量曲线。聚合物驱的前沿含油饱和度和突破时的含油饱和度都明显高于水驱，这表明聚驱能降低产出液含水率，提高采油速度，具有更好的驱替效果。

(2) 聚合物驱通过改善水驱流度比，可以改善水驱在非均质平面的粘性指进现象，提高平面波及效率;在垂向非均质地层，聚合物段塞首先进入高渗层，利用高粘度特性“堵”住高渗层，使后续水驱转向进入低渗层.增加了吸水厚度，扩大了垂向波及效率。

(3) 聚合物在通过孔隙介质时发生吸附、机械捕集等作用而滞留，改变了聚合物所在孔隙处的渗透率。被吸附的聚合物分子链朝向流体的部分具有亲水性，能降低水相相对渗透率而不降低油相相对渗透率，即堵水不堵油;同时聚合物滞留能增加阻力系数和残余阻力系数，渗流阻力增加，引起驱动压差增大，有利于驱动原来不曾流动的油层，提高油层波及体积。

(4)由于聚合物溶液粘滞力的作用，使得其很难沿孔隙夹缝和水膜窜进，在孔道中以活塞式推进，克服了水驱过程中产生的“海恩斯跳跃”现象，避免了孔隙对油滴的捕集和滞留
另外，聚合物溶液具有改善油水接口粘弹性的作用，使得油滴或油膜易于拉伸变形，更容易通过狭窄的喉道，提高微观驱油效果，提高原油采收率（2）（3）。

3、驱油聚丙烯酰胺现状及存在问题

胜利油田适合化学驱的油藏资源丰富，经评价大约有10.76亿吨，同时胜利油田的地质条件复杂，不同油藏条件差别很大，相对与大庆油田，存在地层矿化水矿化度高，地层温度高，渗透率高，淡水资源紧张等突出。以下是胜利油田不同油藏的地质条件及地质储量分布。

目前胜利油田在用驱油用聚丙烯酰胺产品主要围绕提高分子量，利用分子间作用力，提高分子链刚性和提高分子链对钙镁等离子的耐受力几方面进行的。主要的技术有：

3.1，提高产品分子量（4）

利用高分子量提高聚丙烯酰胺的水动力学半径，从而提高产品的增粘能力，此类产品胜利油田于2002年开始在胜利采油厂二类油藏中使用,目前已经广泛应用在孤东、孤岛、河口等各大采油厂，是胜利油田用量最大的聚合物产品。但是随着胜利油田开发难度不断加大，对于地层温度和矿化度比较高的油藏，此类产品具有比较大的局限性，而且分子量的提高具有极限，不可能在工业化生产中无限提高产品分子量。

3.2，疏水缔合类的聚丙烯酰胺产品

通过疏水单体(一般含有长支链)和非离子、阳、阴单体共聚得到疏水缔合类的聚丙烯酰胺,此类产品具有很高的增粘能力，尤其是在高温高盐的条件下粘度高达30ｍｐａ．ｓ以上，被认为是提高产品耐温抗盐性能最重要的技术手段，胜利油田自２０００年以来联合西南石油大学等科研院所进行产品合成、实验评价等。但是在使用过程中低于临界浓度表观粘度很低,同时由于技术的问题，存在分子量低，溶解性不好，表观粘度不可控，在地层中的稳定性不好、运移传导能力差等。此类产品目前没有大规模推广应用。

3.3，梳形聚合物(5)

在高分子侧链同时引入不同亲水和亲油基团，利用亲油基团和亲水基团的互相排斥，使分子链的卷曲和分子间的缠绕减少，高分子链在水溶液中排列成梳子形状，分子链刚性提高，水力学半径增大，增粘抗盐能力提高。此类产品２００３年开始在胜利油田进行使用，主要的特点产品的粘度相对较高，但是随着胜利油田开发难度不断提高，其产品的耐温抗盐性能越来越不满足油田的要求。

3.4，模板聚合合成具有微嵌段结构的新型聚合物

此工艺通过聚合前引入摸板，在低温条件下合成的聚合物分子主链上存在丙烯酸链段，利用丙烯酸链段的负电荷互相排斥以及在水溶液中形成自缔合作用，减少分子主链的卷曲，提高产品的增粘性能（6）。胜利油田在２００５年开始使用此技术的二型产品，实际生产表明产品的溶解性好，增粘性能显著。具有良好的驱油效果。２００９年山东宝莫在此技术基础上合成开发出分子量在２５００万以上，溶解时间小于１.５小时，表观粘度在胜利三型产品标准下在１５ｍｐａ．ｓ以上的产品，满足了胜利油田三类油藏要求，现在胜利油田开始推广应用。为胜利油田动用三类油藏地质储量，稳定胜利油田产量提供了产品保证。同时也可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

4、驱油聚丙烯酰胺发展方向

4.1 提高产品的耐温抗盐性能

随着我国东部油田油田的开发的难度加大，动用的油藏地质条件越来越复杂，主要表现为地层温度高，地层矿化度高，通过统计胜利油田高温高盐的油藏地质储量达到胜利油田４３％，而且由于技术的限制目前没有得到有效开发，同时中石化、中海油以及中国石油等公司积极开展海上采油，对聚丙烯酰胺的耐盐能力提出了更高的要求。因此进一步提高产品的耐温抗盐能力，对稳定东部老油田特别是胜利油田产量，降低开发的成本具有十分迫切的需求。

4.2 提高产品溶解速度特别是盐水中的溶解速度

目前油田注聚工艺普遍采用清水溶解，污水配注的工艺，通过提高产品的溶解速度，可以减少注聚设备的投入，减少油田对清水的需求，降低生产成本；减少采出液的排放，减少环境污染；同时海上油田用聚合物由于海上淡水的缺乏和平台相对有限，更加需要提高在高浓度盐水中的溶解速度。

4.3 粘弹性聚合物的合成研究

通过胜利油田多年的聚合物驱经验积累认为：１、片面的追求高粘度和高分子量在采油过程中不一定适应油藏条件；２、聚合物驱替液的驱油效果主要表现在提高波及体积，但是同时也具有微观驱油的效果，因此研究和改进聚合物溶液的流变特性，改善聚合物的粘弹性，提高聚合物的驱油效果，是今后聚合物合成研究的主要方向之一。

4.4 加强对产品和其他驱油剂的配伍性能研究

随着聚合物驱的进展，二元复合驱、三元复合驱等技术陆续采用，聚合物和表面活性剂以及其他驱油越来越多的进行复合使用，深化驱油剂加合增效的研究，提高产品之间的配伍性能，对产品的性能提出更高的要求。

5、总结和展望

随着国内各大油田纷纷进入开发后期，采出液含水不断上升，对国家的能源安全来说三次采油越来越重要，作为我国三次采油主要的助剂――聚丙烯酰胺的需求量越来越大，同时对产品的性能指标要求也越来越高。进一步提高产品的耐温抗盐性能，提高产品的溶解速度，特别是在盐水中的溶解速度，满足不同油藏条件下的使用要求，是今后聚丙烯酰胺发展一个重要的方向。

参考文献
(1) 胜利油田化学驱开发现状技术攻关方向 李振泉等（中石化胜利油田有限公司开发技术座谈会，２００５年）
(2) 粘弹性聚合物溶液提高微观驱油效果的机理研究　夏惠芬等　石油学报　２００１年２２期　６０－６５
(3) 粘弹性聚合物溶液提高驱油效率机理研究　刘洋、刘春泽　中国石油大学学报（自然科学版）　２００７年第３１卷　第２期　９１－９４
(4) 超高分子量聚丙烯酰胺的研究　张旭红　大庆石油学院硕士研究生论文　２００２年
(5) 丙烯酰胺聚合物　方道斌等编　２００６年４月第一版　３７２－３７４
(6) 模板聚合法合成P(AM/AA)多嵌段共聚物的溶液性质和自缔合作用　张玉玺等　高分子学报　２００６年第５期　６６６－６７０