抗鹽聚丙烯酰胺的分類及發(fā)展現(xiàn)狀

于 濤

(大慶煉化公司，黑龍江 大慶 163411)

抗鹽聚丙烯酰胺的分類及發(fā)展現(xiàn)狀

于 濤

(大慶煉化公司，黑龍江 大慶 163411)

闡述了三次采油對(duì)聚合物性能提出的新要求，分析了目前聚合物驅(qū)采用的普通聚丙烯酰胺在性能上存在的不足，通過對(duì)不同機(jī)理抗鹽聚合物的研究，指出抗鹽聚合物的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)。

聚丙烯酰胺；抗鹽；分子量；溶解性

聚合物驅(qū)油工業(yè)化在我國已經(jīng)取得了巨大的成功，先后在大慶、大港、勝利、河南和新疆等油田進(jìn)行了聚合物驅(qū)油的礦場(chǎng)試驗(yàn)以及工業(yè)化推廣應(yīng)用，尤其是在大慶油田，經(jīng)過10年的礦場(chǎng)工業(yè)化擴(kuò)大試驗(yàn)后，從2002年開始，聚合物驅(qū)原油產(chǎn)量已占到其總產(chǎn)量的20%以上，已經(jīng)成為油田高含水后期3次采油的主導(dǎo)技術(shù)。

但隨著油田注聚合物規(guī)模的不斷擴(kuò)大，清水的用量逐年增多，使含油污水采出量急劇上升，出現(xiàn)污水外排增大趨勢(shì)。含油污水礦化度較高，用于普通的聚合物配制時(shí)，在相同的濃度條件下，會(huì)使聚合物注入液的粘度降低，影響聚合物驅(qū)油效果。大慶油田每年排放的污水，不僅造成了4000多萬元的環(huán)保罰款，而且污水排放時(shí)還要交納大量的排污費(fèi)，增加了油田聚合物驅(qū)油的生產(chǎn)成本。隨著三次采油技術(shù)的發(fā)展，聚合物驅(qū)油技術(shù)對(duì)聚合物產(chǎn)品提出新的要求。具有抗鹽性能的高分子量聚合物產(chǎn)品，不但能夠利用采出污水進(jìn)行聚合物配制，而且效果等同于清水配制，成為油田急需的產(chǎn)品。為適應(yīng)油田三次采油對(duì)高抗鹽、高分子量聚合物的要求，國內(nèi)外許多企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)對(duì)抗鹽聚合物的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化做了大量的研究工作。

1 普通聚丙烯酰胺存在的不足

聚丙烯酰胺驅(qū)油技術(shù)已成為提高原油采收率的主要措施之一，然而，普通聚丙烯酰胺抗鹽能力較差，不僅不適用于高鹽油藏，不能用污水配置，而且注入后粘度大幅度下降，驅(qū)油效果變差。目前在聚合物驅(qū)油的應(yīng)用過程中存在以下問題：（1）為了達(dá)到一定的流度比，需要找到大量的清水源配置聚合物溶液；（2）要是直接采用處理過的污水來配置聚合物驅(qū)替液，所需聚合物的濃度要有較大的增加；（3）工藝上需要預(yù)先用水沖洗地層的注聚工藝，采油成本大幅度增加；（4）對(duì)于一些地層水礦化度太高的油田和海上油田，使用配置的聚合物驅(qū)替液根本達(dá)不到經(jīng)濟(jì)驅(qū)油所需的流度比要求。

普通部分水解聚丙烯酰胺實(shí)際上是丙烯酰胺與丙烯酸鹽的共聚物，在去離子水中，由于聚丙烯酰胺分子內(nèi)羧酸基（鹽）的電性相互排斥作用，使聚丙烯酰胺分子呈伸展?fàn)顟B(tài)，增粘能力很強(qiáng)；在鹽水中，由于聚丙烯酰胺分子內(nèi)羧酸基（鹽）的電性被屏蔽，聚丙烯酰胺分子呈卷曲狀態(tài)，這是造成普通聚丙烯酰胺不具備抗鹽能力的主要原因。另外，部分水解直鏈聚丙烯酰胺通過提高分子量來提高粘度，但在盡可能提高分子量的同時(shí)，產(chǎn)品易支化、交聯(lián)，溶解性能無法保證。

2 抗鹽聚丙烯酰胺的分類

近年來，為解決上述問題，國內(nèi)外在聚丙烯酰胺抗鹽性能方面進(jìn)行了廣泛研究，除通過增加聚合物鏈長的超高分子量聚丙烯酰胺外，按其抗鹽機(jī)理共分為以下幾種：具有抗鹽性能的功能單體共聚物、疏水締合聚合物、兩性共聚物、多元組合共聚物、共混共聚物。目前，抗鹽聚合物主要有以下幾種：

（1）超高分子量的部分水解聚丙烯酰胺。雖然在高鹽環(huán)境中，聚合物分子鏈由于鹽敏性會(huì)發(fā)生塌陷，引起水動(dòng)力學(xué)體積的降低，但是通過增加聚合物的分子量，增加分子鏈長，仍有助于增加溶液的粘度。

（2）疏水締合水溶性聚合物。由于其結(jié)構(gòu)特性，在外加鹽的作用下更有利于分子間發(fā)生締合形成網(wǎng)狀超分子結(jié)構(gòu)，HDV更進(jìn)一步增加，即所謂的結(jié)構(gòu)粘度。按來源的不同，疏水締合水溶性聚合物可以分為疏水締合改性羥乙基纖維素類（HMHEC），疏水改性脲烷類（HEUR），疏水改性聚氧乙烯類（HMPEO），疏水締合堿溶性乳液（HASE），疏水締合改性聚丙烯酰胺（HMPAM）等。

（3）帶有耐鹽基團(tuán)的水溶性聚合物。如在聚合物分子鏈上引入剛性基團(tuán)或磺酸基團(tuán)。在極性溶劑中，磺酸根離子的溶度常數(shù)KdSO32-遠(yuǎn)大于KdCO32-。因此，采用含磺酸根離子的單體共聚，得到的聚合物分子鏈上將帶有更多的負(fù)電荷數(shù)。引入磺酸根離子的聚合物將會(huì)有比其他羧酸根陰離子聚合物更大的水動(dòng)力學(xué)體積，增加了聚合物的耐鹽性。

（4）驅(qū)油用兩性離子聚合物。分子鏈上帶有正負(fù)兩種電荷基團(tuán)的水溶性高分子，一般僅帶有較低的電荷密度。通過分子設(shè)計(jì)讓少量的正負(fù)兩種電荷合理分布到分子鏈上，聚合物在水溶液中由于正負(fù)離子的相互吸引而使分子鏈?zhǔn)湛s，當(dāng)加入小分子鹽時(shí)，由于反離子作用，壓縮雙電層，吸引力減弱，聚合物鏈逐漸得到伸展，其水溶液粘度不降反升，表現(xiàn)出十分明顯的“反聚電解質(zhì)效應(yīng)”。

表1 幾種耐鹽聚合物的性能比較

3 抗鹽聚丙烯酰胺的發(fā)展方向

研究認(rèn)為，影響聚合物溶液粘度的主要因素是:單個(gè)聚合物分子流體力學(xué)尺寸；分子鏈的剛性；分子間作用形成的高分子間的鏈?zhǔn)牧黧w力學(xué)尺寸。在提高分子量的同時(shí)，在側(cè)鏈上引入大分子取代基，以提高大分子鏈的剛性，并且要求大分子取代基上的極性基團(tuán)對(duì)鈣、鎂離子不敏感，起到抗鹽作用。

（1）盡量提高聚丙烯酰胺的分子量，增加分子伸展程度來增大單個(gè)聚合物分子鏈的流體力學(xué)尺寸，增強(qiáng)高分子聚丙烯酰胺內(nèi)的排斥力，使其每個(gè)分子體積擴(kuò)張，粘度加大，故分子量增加。在油層條件允許的注入壓力下，聚合物的分子量越大，增粘效果越好，且殘余阻力系數(shù)越大，提高采收率的效果越好。即使在高溫高礦化度環(huán)境下，盡管聚合物溶液粘度會(huì)降低，但由于聚合物分子量高,相應(yīng)其絕對(duì)粘度仍將比較高，從而滿足工作液對(duì)聚合物增粘能力的要求。因此，解決聚合物稀溶液增粘性的主要途徑之一就是努力提高聚合物的分子量。

（2）通過引入抗鹽單體，增強(qiáng)聚合物分子鏈的剛性,增強(qiáng)聚合物水化能力，使得聚合物分子在高礦化度水溶液中可以保持較大的水動(dòng)力學(xué)尺寸，增強(qiáng)聚合物耐鹽能力。

[1] 楊小華,李莉. 國內(nèi)1996-1997年新開發(fā)的鉆井液處理劑概況[J].油田化學(xué)，1998，15（2）：185-188.

[2] 李健,等. 聚合物分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物抑制性的影響[J].鉆井液與完井液，1994，11（6）：41-44.

[3] 王中華. 水溶性聚合物鉆井液處理劑的研究與應(yīng)用[J].油田化學(xué)，1996，13（4）：369-370.

[4] 王永吉，等. 高溫降濾失劑DHL-Ⅰ的研制及應(yīng)用[J].油田化學(xué)，1997，14（1）：1-3.

Classification and Development of Anti-salty Polyacrylamide

YU Tao, YU Ping
（Daqing Ref i ning & Petrochemical Company， Daqing 163411， China）

The new requirements for polymer properties raised by tertiary recovery was mainly described， the deficiencies in the performance of ordinary polyacrylamide used presently by polymer flooding was analyzed， the future development direction and research priorities of anti-salty polymer through researches on differ-mechanism anti-salty polymers was pointed out.

polyacrylamide; anti-salt; molecular weight; solubility

TE 624

A

1671-9905(2012)07-0050-02

于濤(1971-)，男，碩士，工程師，畢業(yè)于齊齊哈爾輕工學(xué)院，現(xiàn)任職大慶煉化公司研究院油田化學(xué)品銷售中心市場(chǎng)開發(fā)科，長期負(fù)責(zé)聚合物產(chǎn)品銷售、市場(chǎng)開發(fā)和新產(chǎn)品推廣工作，參與聚合物研發(fā)及生產(chǎn)工作，電話：13303695286 (0459)5612178，E-mail：yt887@126.com

2012-04-25