聚合物驅(qū)油技術(shù)綜述

李星蓉，佟樂，王璐，榮繼光，ONGARBAYEV ASSET

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聚合物驅(qū)油技術(shù)綜述

李星蓉，佟樂，王璐，榮繼光，ONGARBAYEV ASSET

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

綜述了目前石油開采過程中常見的聚合物驅(qū)油劑種類，包括耐高溫耐鹽聚合物驅(qū)油劑、生物聚合物(黃原膠)、交聯(lián)聚合物、疏水締合聚合物、星形聚合物、兩性聚合物等；以此為基礎(chǔ)介紹了四種聚合物驅(qū)技術(shù)類型，包括熱驅(qū)、混相驅(qū)、化學(xué)驅(qū)和微生物采油；并簡單介紹了聚合物驅(qū)油技術(shù)在油田開發(fā)過程中所帶來的負(fù)面矛盾及目前的主要解決方法。

三次采油；聚合物驅(qū)；提高采收率；技術(shù)

能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟發(fā)展的前提條件。當(dāng)前，煤炭、石油、天然氣等化石能源在世界能源消費中占仍據(jù)主導(dǎo)地位，其中石油是最重要的能源之一，被譽為“工業(yè)的血液、黑色的金子”。石油在日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，這就要求石油行業(yè)提供更多的石油產(chǎn)品。自2010年以后，我國大部分油田長時間處于不間斷開采狀態(tài)，近乎所有國內(nèi)油田已處于高及特高含水期。在高含水率階段開發(fā)油田效益極差，但仍可利用聚合物驅(qū)油技術(shù)繼續(xù)開發(fā)。獲得更多的油氣資源，提高原油的采收率，是全世界對石油領(lǐng)域開發(fā)的核心問題，世界上聚合物驅(qū)油技術(shù)的研究對此有很大推進作用[1]。

1 聚合物驅(qū)緒論

1.1 聚合物驅(qū)

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。聚合物因為其自身所具有高分子量的長鏈結(jié)構(gòu)使其具有較高的粘彈性，在流動過程中對油滴、油膜進行拉伸，從而增大其攜帶能力。驅(qū)油過程中有利的流度比可以顯著提高驅(qū)替相的波及體積，利用聚合物進行驅(qū)替的過程中則可以得到較好的流度比，從而提高采收效率。提高采收率的主要途徑是提高驅(qū)油效率和擴大波及體積，所以聚合物驅(qū)油可以有利于油氣田后期開發(fā)[2,3]。

1.2 聚合物驅(qū)機理

聚合物驅(qū)油技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，早期的研發(fā)團隊將水溶性高相對分子質(zhì)量的聚合物以適宜條件少量溶于水中，使水溶液的粘度極大的增加，從而使得驅(qū)油過程油水的流度比較小。油藏工程領(lǐng)域認(rèn)為一般情況下流度比越低驅(qū)油效果越好，從提高采收率角度分析擴大波及體積和洗油效率也是提高水驅(qū)開發(fā)原油采收率的主要途徑。另外低濃度的聚合物溶液就可獲得較高的粘度，使得其開發(fā)成本相對不高。

聚合物驅(qū)油技術(shù)主要應(yīng)用在原油粘度不高、溫度適中、水平及垂向非均質(zhì)性極其嚴(yán)重的油藏開發(fā)。原油采收率與聚合物濃度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)聚合物濃度高，原油采收率相對提高；早期高濃度聚合物藥劑的驅(qū)替，使得原油的采收率提高。應(yīng)使用最優(yōu)的的聚合物量配制成驅(qū)替劑，來獲得較高的經(jīng)濟效益[4,5]。

1.3 聚合物驅(qū)的實際應(yīng)用

聚合物驅(qū)油技術(shù)的技術(shù)難題不大，所以世界各個國家對驅(qū)油技術(shù)的研究都比較早。

最初在20世紀(jì)50年代初美國已經(jīng)開展了聚合物驅(qū)油技術(shù)的室內(nèi)研究，并于1964年進行了礦場先導(dǎo)性試驗。20世紀(jì)70年代至今，英國、前蘇聯(lián)、加拿大等國家都先后開展了聚合物驅(qū)礦場試驗。從聚合物驅(qū)油技術(shù)研發(fā)至今全世界有超過200多油田或區(qū)塊進行了聚合物驅(qū)試驗，原油采收率均得到了較大的提高。聚合物驅(qū)油技術(shù)在我國大慶油田1972年進行開發(fā)使用，目前該技術(shù)已經(jīng)在我國眾多水驅(qū)開發(fā)油田中得到了廣泛的使用，如勝利油田、大港油田等。目前國內(nèi)各大油田的研究重心是研發(fā)性能好、價格低、污染小、易降解的聚合物，例如，改性部分水解聚丙烯酰胺、帶有少量疏水基團的水溶性聚合物疏水締合聚合物（HAWP）等[6]。

2 聚合物驅(qū)油劑

2.1 耐高溫耐鹽及常用聚合物驅(qū)油劑

聚合物驅(qū)油過程中如遇到特殊的地層環(huán)境，如高溫高鹽的地層，則對聚合物的耐高溫和耐鹽性提出了特殊的要求。有一種耐高溫耐鹽聚合物的組成物質(zhì)是丙烯酸胺類，它是由苯乙烯磺酸基團、磺酸基團合成。對其進行性能評價，證實其具有耐高溫、耐鹽、抗剪切等特點，但受限于一定的生產(chǎn)環(huán)境和技術(shù)基礎(chǔ)，生產(chǎn)出的丙烯酸胺類并不能全部達(dá)標(biāo)，所以這種耐高溫耐鹽聚合物的廣泛使用還有需要更完備的技術(shù)和生產(chǎn)條件。

目前常用部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）及其衍生物配置聚合物溶液。HPAM親水性強，易溶于水形成氫鍵，從而具有較強的增粘作用，同時分子鏈之間發(fā)生了電性排斥作用，使得分子鏈可以充分?jǐn)U展，得到高的流體動力體積。聚合物水溶液中的柔性鏈在高溫和高鹽度鹽水中有隨機線圈的構(gòu)象形式，卷曲現(xiàn)象的分子鏈?zhǔn)咕酆衔锶芤旱脑稣承Ч黠@，但易機械損失，柔性鏈降解，使其應(yīng)用也受到了一定的限制，無法滿足高溫高鹽的環(huán)境[7]。

2.2 黃原膠聚合物

黃原膠又稱黃膠、漢生膠，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，相對分子量高達(dá)100萬以上，是一種重要的生物聚合物。黃原膠具有優(yōu)良的懸浮性、增稠性、乳化性、水溶性以及良好的酸堿穩(wěn)定性。黃原膠使用廣泛，但仍具有較大局限性，耐溫性、耐磨性和抗剪性相對較差等。黃原膠分子鏈的剛性程度強于聚丙烯酰胺，能有效地抵抗機械破壞，但是對細(xì)菌比較敏感，容易被細(xì)菌所降解，并對油層剖面產(chǎn)生堵塞，因而必須使用殺菌劑和除氧劑進行適當(dāng)清理。黃原膠聚合物在礦場上更廣泛的使用還必須對其在性能方面進行改進[8]。

2.3 交聯(lián)聚合物

交聯(lián)聚合物具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固又稱交聯(lián)高分子。良好的相容性是交聯(lián)聚合物的性能保障，其耐磨性、耐溶劑性、抗蠕變性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能都會受到交聯(lián)的影響，這一影響普遍表現(xiàn)為上述特性的增強。交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)是在調(diào)剖堵水技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種的高效驅(qū)油技術(shù)，具有性能優(yōu)良、成本低、提高采收率效果明顯。交聯(lián)的聚合物溶液體系具有良好的流動性，低粘度，選擇性。使得交聯(lián)聚合物溶液在深部調(diào)剖、改善儲層性質(zhì)、改善流體性質(zhì)方面都能夠發(fā)揮良好的作用。

2.4 疏水締合聚合物

在聚合物親水性大分子鏈上引入疏水基團就形成了疏水締合型水溶性聚合物。引入疏水基團所產(chǎn)生的氫鍵、范德華力或疏水作用，能夠在分子間形成可逆的締合組織，形成一種立體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成水溶性聚合物。同時不同剪切方式獲得的疏水締合聚合物溶液的性能也不同，可通過選擇調(diào)節(jié)劑濃度來選取疏水締合聚合物的締合程度[9]。

2.5 星形聚合物

星形聚合物自2000年以后有了較大的發(fā)展。星形聚合物是由星形核與多個聚合物分子的連接而形成的一種水溶性聚合物。星形聚合物具有較好的耐高溫耐高鹽性能。高分子科學(xué)中對其結(jié)構(gòu)、形態(tài)與合成方法的研究也很多[10]。

2.6 兩性聚合物

兩性離子聚合物在分子鏈上有陰、陽兩種離子基團。溶液的濃度可改變其微觀的卷曲及舒展特性，從而使得聚合物溶液的粘度發(fā)生改變。一般情況下，鹽水中的聚合物粘度有所增加。這一性質(zhì)使得聚合物在鉆井液的配制中使用量較大。

3 聚合物驅(qū)油技術(shù)

3.1 熱力驅(qū)

熱力驅(qū)是一種用利用熱能的形式進行采油的方法。熱力驅(qū)通過加熱油層及地層流體，從而提高原油的溫度、改善其流動性能；加熱原油體積膨脹，使其具有高彈性能；同時熱力驅(qū)可形成前緣處的混合相帶，從相對滲透率曲線圖可知，混相后相圖曲線向兩側(cè)移動，使得地層的殘余油飽和度降低。

3.2 混相驅(qū)

混相驅(qū)旨在通過使驅(qū)替相與被驅(qū)替互溶,從而消除或降低表面張力、毛管壓力，從而提高驅(qū)油效率。液態(tài)碳?xì)浠衔?如汽油、煤油；液化石油氣,如乙烷、丙烷和丁烷等,只要它們保持液態(tài),就可與原油直接混相。

3.3 化學(xué)驅(qū)

化學(xué)驅(qū)是指在水中加入各種化學(xué)藥劑后的驅(qū)動又稱為改型水驅(qū)，屬于三次采油，化學(xué)驅(qū)主劑有聚合物、堿、表面活性劑。近些年來，三次采油化學(xué)驅(qū)技術(shù)在我國使用極其廣泛，而且在大慶油田的開發(fā)過程中得到了較好的效果。

3.4 微生物提高原油采收率技術(shù)(MEOR)

MEOR技術(shù)在美國Vrssar vertza區(qū)塊、Teapot donne區(qū)塊的實驗性生產(chǎn)均取得了較好的效果。微生物采油技術(shù)因為其自身的特點使得其先后在世界各地的油田均得到了一定程度的應(yīng)用，一度取得了5倍的經(jīng)濟效益，但微生物采油技術(shù)在全世界大范圍的使用還有很多問題需要解決。

4 聚合物驅(qū)油面臨的困難及解決方法

聚合物驅(qū)油帶來了巨大的經(jīng)濟效益，但是與聚合物驅(qū)相伴隨的聚合物的堵塞問題也是不容忽視的。聚合物驅(qū)油過程中可能造成對儲層的傷害及引起套管的損傷。多孔介質(zhì)的吸附及剪切作用會極大的降低聚合物溶液的粘度，從而使高粘度的聚合物溶液失去其原有的高粘特性；同時聚合物溶液與原有地層中的金屬離子生成難于降解的化合物，無論是聚合物的滯留還是新生成的沉淀均使得地層發(fā)生堵塞，增加流體流動阻力并使后續(xù)流體難于注入，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，解決這一矛盾問題刻不容緩，直接影響著油田的經(jīng)濟效益[11]。

4.1 堵塞機理

聚合物造成地層堵塞的機理主要有以下幾方面：

（1）聚合物溶液在注入地層后，由于地層中多孔介質(zhì)的吸附及微孔隙的剪切作用，會使聚合物的長鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化同時與地層的中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生作用，占據(jù)地層的孔腹并堵塞孔喉，從而使地層的導(dǎo)流能力大幅度降低。如聚合物溶液與黏土作用堵塞地層。

（2）地層中含油一定量的硫化鐵礦物，同時地層中的金屬管件受到腐蝕也會生成硫化物。聚合物驅(qū)油的地層中，硫化物、聚合物與地層中的油泥等雜質(zhì)會形成絮凝狀物質(zhì)，隨著聚合物溶液的流動同時攜帶黏土顆粒等在儲層的孔腹和喉道逐漸沉積，最終堵塞地層，對儲層造成極大的傷害。我國大慶油田聚合物驅(qū)油技術(shù)使用較早，從該油田地層中取出的絡(luò)合物進行室內(nèi)降解實驗遇到的困難較大，該堵塞問題在大慶油田極為突出。

此外，聚合物與地層中由管件腐蝕產(chǎn)生或天然存在的高化合價鐵離子反應(yīng)生成凝膠也會出現(xiàn)生成物堵塞地層[12]。

（3）在聚合物溶液配制過程中由于工藝過程復(fù)雜，配制用量大或人為操作不當(dāng)?shù)仍?，會造成的配制的溶液粘度不均勻不穩(wěn)定，其中高粘的部分堵塞地層，憋高地層壓力，后續(xù)流體無法注入[13]。

（4）聚合物溶液注入到儲層的復(fù)雜環(huán)境中，如與地面環(huán)境相接近則性質(zhì)較穩(wěn)定，如與地面環(huán)境相差較大，比如遇到高溫、高礦化度、高地層應(yīng)力的條件，聚合物溶液的性質(zhì)可能發(fā)生改變，會引起地層的堵塞[14]。

4.2 堵塞降解技術(shù)

聚合物解堵的措施是將聚合物降解，它是指聚合物在物理和化學(xué)因素的作用下，破壞聚合物以及由聚合物形成的新化合物的分子長鏈結(jié)構(gòu)，也稱為解聚。按照其反應(yīng)機理可以分為均裂降解和異裂降解；按照引起的降解因素可以分為物理降解、化學(xué)降解、和生物降解，或分為熱降解、機械降解、輻射降解和氧化降解等[15]。

5 結(jié)束語

本文綜述了目前常見的聚合物驅(qū)油劑、驅(qū)油機理，聚合物驅(qū)油技術(shù)及該技術(shù)的負(fù)面矛盾和解決辦法。其中耐高溫、高壓、高礦化度，價格低廉，抗剪切等不同性能的新型聚合物驅(qū)油劑是聚合物技術(shù)未來的發(fā)展方向之一，要針對儲層特點選用相應(yīng)的聚合物驅(qū)油劑。

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Review of Polymer Flooding Technology

,,,

（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Common types of polymer flooding agents in the process of oil exploration were summarized, including high temperature resistant salt-resistant polymer flooding agent, biopolymers, crosslinked polymers, hydrophobic associative polymers, star polymers, amphoteric polymer, etc.Four types of polymer flooding technologies were introduced, including hot flooding, miscible flooding, chemical flooding and microbial oil recovery. The negative conflict during using the polymer flooding technology in the process of oil exploration was discussed as well as current main solutions.

Tertiary recovery；Polymer flooding；Enhancing oil recovery; Technology

TE 357

A

1671-0460（2017）06-1228-03

2016-11-22

李星蓉（1996-），女，遼寧省鞍山市人，遼寧石油化工大學(xué)石油工程專業(yè)，研究方向：提高采收率方向。

佟樂（1981-），男，講師，碩士，研究方向：油水井增產(chǎn)增注。E-mail：vstongle@126.com。