聚丙烯酰胺絮凝劑的增稠、絮凝和對流體的流變性調節的作用所具備的性能使得它在石油開采中充 當了重要的角色。它廣泛地被用於鑽井、堵水、酸化水、壓裂、洗井、完井、減阻、防垢和 驅油等方麵。總的來說,使用聚丙烯酰胺絮凝劑是為了提高石油的開采率(EOR)。特別是許多油田已 進入二次、三次開采,油藏深度一般都在1000m以上,有的油藏深度達7000m,地層的非 均質性以及海上油田給采油作業提出了更加苛刻的條件,深層采油和海上采油相應地也給 PAM提出了新的要求,要求它耐剪力,耐高溫(100℃以上直至200℃),耐鈣離子、鎂離子 ,耐海水降解。
一、用作堵水調整劑
在油田生產過程中,由於地層的非均質性,常產生水浸問題,需要進行堵水,其實質是 改變水在地層中的滲流狀態,以達到減少油田產水、保持地層能量、提高油田***終采收率的 目的。聚丙烯酰胺絮凝劑類化學堵水劑具有對油和水的滲透能力的選擇性,對油的滲透性降低 可超過10%,而對水的滲透性減少可超過90%。選擇性堵水這一特點是其他堵水劑所沒有 的,通常按地層類型選擇合適的聚丙烯酰胺相對分子質量。均質性好、平均滲透率高的油 層,可選用中相對分子質量((500~。700)×10。)的聚丙烯酰胺絮凝劑;基岩滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層,可選用高相對分子質量(1000×10。以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用時可不交聯使用,但可與鋁鹽、鉻鹽、鋯鹽等交聯生成凝膠使用,還可添加某些樹脂以形成互容聚合物網絡,使之具有更高的耐溫性。該方法已在國內碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應用,取得明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可調整地層內吸水剖麵及封堵大孔道,實踐中已取得良好效果。
我國各油田在使用聚丙烯酰胺絮凝劑方麵都做了大量試驗。油田用平均相對分子質量為(300 ~350)×10‘,水解度為10%~15%的聚丙烯酰胺,在油井堵水上獲得良好效果。采用水解度為30%,相對分子質量為400×10。的聚丙烯酰胺絮凝劑在地質鑽探上,起到了維護孔壁穩定,防止鑽孔滲漏的作用。采用水解度為30%的聚丙烯酰胺絮凝劑作鑽井液處理劑,降低了鑽井液的滲透速度,提高了鑽孑L速度,縮短了鑽井液的攪拌時間,因而減少鑽井液攪拌和台數,提高黏土造漿率達30%~50%,。有時,在堵水中需使用部分交聯的聚丙烯酰胺。為了提高堵水出油的選擇性,聯度要盡量低些。聚丙烯酰胺絮凝劑的相對分子質量通常在(300—500)×10。之間,相對分子質量的選擇以孔隙結構的滲透率為依據。滲透率大於1D的堵層,聚合物相對分子質量以300×10。左右為宜。滲透率更高時,叮用(500~800)×10。的聚丙烯酰胺。水解度也和堵層岩石的性質有關,灰岩吸附能力強,水解度應高些,約為20%~30%,砂岩吸附能力低,水解度為5%~20%。
二、用作鑽井液調整劑和壓裂液添加劑
作為鑽井液調整劑,經常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM),它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是調節鑽井液的流變性,攜帶岩屑,潤滑鑽頭,減少流體損失等。用聚丙烯酰胺調製的鑽井液比重低,可減輕對油氣層的壓力和堵塞,容易發現油氣層,並有利於鑽井,鑽井速度比常規鑽井液高19%,比機械鑽速高45%左右。此外,還可大大減少卡鑽事故,減輕設備磨損,並能防止發生井漏和坍塌。
壓裂工藝是油田開發致密層的重要增產措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯而成的壓裂液,因具有高黏度,低摩阻、良好的懸砂能力、濾失性小、黏度穩定性好、殘渣少、貨源廣、配製方便和成本低而被廣泛應用。
在壓裂和酸化處理中,將聚丙烯酰胺絮凝劑配製成濃度為0.01%~4%的水溶液,泵入井下地層,使地層斷裂。聚丙烯酰胺絮凝劑水溶液具有增稠攜砂、降低壓裂液流失的作用。而且,聚丙烯酰胺有降阻作用,因而能使壓力的傳遞損失下降。
三、油井水泥外加劑
以AMPs與丙烯酸、丙烯酰胺製備的三元共聚物,適用於各種鹽水鑽井液,起到良好的高溫緩凝作用。美國:Halliburton公司推出的AMPS與丙烯酸的共聚物,AMPS與N,N 一二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的複合物作為油井水泥外加劑,可有效地降低水鑽井液的高溫濾失量。
四、鑽井液處理劑
AMPs與丙烯酰胺和澱粉的接枝共聚物,AMPS與丙烯酰胺和N,N一二丙烯酰胺的共聚物,AMPS與腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水鑽井液、鹽水鑽井液、飽和鹽水鑽
井液和海水鑽井液中均具有較好的降濾失和抗溫、抗鹽能力。
黏土分散和其他因素造成的汙染往往引起鑽井液的黏度增加,此時需要用降黏劑來控製鑽井液的流變性。常見的、用量的鑽井液降黏劑為鐵鉻木質素磺酸鹽降黏劑(FCLS)。 AMPs與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作鑽井液降黏劑取代FCLS,即保留了FcIJS良好的抗鹽性能和抗溫性能,又克服了FCIJS的毒性。研究表明,三元共聚物比二元共聚物的抗高價金屬離子的能力更強。
五、完井液和修井液添加劑
AMPS與丙烯酸和衣康酸的共聚物,可用作配製海水、鹽水的增黏劑,使完井液黏度提高4倍以上,並且具有良好的熱穩定性,克服了傳統聚合物在鹽水體係中黏度下降的缺點。
六、油田水處理劑
AMPs的均聚物與丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺等形成的共聚物,可用作油田汙水處理的 絮凝劑、汙泥脫水劑和防垢阻垢劑,F.Goodrich公司推出的由AMPS、丙烯酸和苯乙烯磺酸 鈉組成的三元共聚物對硫酸鈣垢和磷酸鈣垢都有很好的抑製作用,其阻垢率均達到97%以 上。文獻資料表明,以AMPs共聚物作水處理劑具有用量少,效果優於現有聚丙烯酰胺類水處理劑的特點。