以聚合物為載體的三次采油技術(shù)實(shí)踐探討

郭尊成

(新疆克拉瑪依市三達(dá)有限責(zé)任公司(油氣田工程建設(shè)公司)，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

石油資源，作為當(dāng)今世界上最重要的戰(zhàn)略資源，影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人民日常生活以及國(guó)家的安全發(fā)展。目前，我國(guó)的幾大主力油田主要面對(duì)的問題為含水率一直居高不下，科學(xué)合理地利用聚合物的三次采油技術(shù)，是國(guó)內(nèi)幾大主力油田降低含水率、提高原油采收率的眾多措施之一。該項(xiàng)技術(shù)最大的問題在于，聚合物普通聚丙烯酰胺抗穩(wěn)鹽性能差，極易造成環(huán)境污染，因此，研發(fā)新興聚合物，就成為了油田推動(dòng)開采進(jìn)步的關(guān)鍵。

1 以聚合物為載體的三次采油技術(shù)概述

在石油開采行業(yè)中，一次采油指利用油層的能量進(jìn)行石油開采；二次采油指給油層補(bǔ)充流動(dòng)能量后進(jìn)行開采；三次采油指用化學(xué)物質(zhì)來(lái)改善油、水、氣以及巖石互相之間的性能后進(jìn)行開采。目前，在這三種采油方式中，因三次采油相比其他兩種采油方式的采收率高，因此目前應(yīng)用最為廣泛的就是三次采油，它已經(jīng)成為我國(guó)主力油田提高原油采收率，降低老油田含水率的主要措施，因此，推廣三次采油，對(duì)我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展顯得極為重要。目前，三次采油在大慶油田、大港油田、勝利油田、克拉瑪依油田以及華北等油田的推廣、試驗(yàn)已經(jīng)充分證明，以梳子形聚合物分子結(jié)構(gòu)來(lái)提高聚合物抗鹽性能的開發(fā)思路，已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用效果，相比普通聚丙烯酰胺，新型抗鹽聚合物在達(dá)到降低10%成本的基礎(chǔ)上，不僅能夠有效提高環(huán)保效益，而且還可以使各大油田的采收率提高多達(dá)2%，繼而對(duì)原油的可采儲(chǔ)量值有著相當(dāng)可觀的提高[1]。

2 以聚合物為載體的三次采油技術(shù)分析

2.1 三次采油中聚合物驅(qū)所面對(duì)問題

目前，在三次采油作業(yè)中，化學(xué)驅(qū)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各大油田開采作業(yè)中，而這其中聚合物驅(qū)的使用比例相當(dāng)之高。隨著是石油開采行業(yè)的快速發(fā)展，采油實(shí)踐工作面也隨之不斷擴(kuò)大，開采深度、進(jìn)度都不斷強(qiáng)化、增加，加上開采作業(yè)須常年面對(duì)極其惡劣的油藏環(huán)境，三次采油實(shí)踐中，對(duì)聚合物的抗溫、抗鹽性能都有著非常高的要求，而不同聚合物在性能方面的特點(diǎn)也各有不同，因此，如何有效解決在三次采油工作面中高溫、高鹽對(duì)聚合物黏度的影響，一直是采油實(shí)踐中必須高度重視的問題。

目前，針對(duì)這一問題，有兩條可采取路徑：第一條，引入可以同二價(jià)離子之間發(fā)生沉淀反應(yīng)的有機(jī)類/無(wú)機(jī)類，將二價(jià)離子對(duì)聚合物黏度水平的影響有效降低。第二條，通過引入其他特殊功能的結(jié)構(gòu)單元，或是直接將聚合物改性，進(jìn)而將聚合物的抗鹽性、抗溫性進(jìn)行提高。

2.2 三次采油中聚合物驅(qū)問題對(duì)策

1) 采用兩性聚合物

采用兩性聚合物，將聚合物的分子鏈作為基礎(chǔ)，引入陽(yáng)離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)。當(dāng)處于鹽水環(huán)境下，鹽水會(huì)削弱、屏蔽聚合物分子中陰性離子、陽(yáng)性離子相互的吸引力。故而當(dāng)處于鹽水環(huán)境下，聚合物分子會(huì)呈較舒展?fàn)顟B(tài)。相反，當(dāng)處于淡水反映的環(huán)境中，陰性離子和陽(yáng)性離子在聚合物內(nèi)會(huì)互相吸引，聚合物分子就會(huì)出現(xiàn)性狀上卷曲改變，進(jìn)而導(dǎo)致聚合物黏度上升，可以理解為，黏度下降的幅度降低。

研究人員實(shí)驗(yàn)表明，可以先得到具有互傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的疏水締合型兩性聚丙烯酰胺去油劑乳液，隨后，再通過調(diào)整酰氧乙基三甲基氯化銨以及丙烯酸十八酯的用量，便可得到具備了高黏稠性和高抗鹽性的兩性聚合物。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)充分表明，當(dāng)兩性聚合物滿足大分子凈電荷為0，或是兩性聚合物滿足分子鏈所對(duì)應(yīng)的正、負(fù)電荷保持一致的狀態(tài)下，分子的舒展度，即使在不同礦化度的鹽水中，也不會(huì)有明顯的變化，也就是說(shuō)對(duì)其黏度的性能不會(huì)有過大影響，具備較好的抗鹽性。

但是，在使用兩性聚合物期間需要注意，兩性聚合物的溶解力因受到了分子內(nèi)部陰、陽(yáng)離子基團(tuán)的內(nèi)巖結(jié)構(gòu)影響會(huì)變得比較差。但三次采油作業(yè)對(duì)聚合物黏度的要求較高，因此，只有丙烯酰胺單體參與共聚反應(yīng)，才能達(dá)到目的，同時(shí)確保經(jīng)濟(jì)效益。此外，包含了丙烯酰胺的兩性聚合物，會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)老化，其溶液中的陰離子會(huì)不斷增加，分子鏈對(duì)應(yīng)的正、負(fù)電荷基團(tuán)的數(shù)目會(huì)出現(xiàn)失衡的現(xiàn)象，同時(shí)，隨著礦化程度越來(lái)越嚴(yán)重，分子鏈的卷曲程度也會(huì)逐漸增大，進(jìn)而導(dǎo)致抗鹽性能降低。因此，基于兩性聚合物的特點(diǎn)來(lái)分析，在將兩性聚合物應(yīng)用于三次采油的階段，近井地帶會(huì)吸附大量的聚合物，直接影響到三次采油的效率，甚至?xí)黾尤尾捎偷某杀?。從這一角度來(lái)說(shuō)，兩性聚合物，應(yīng)用到三次采油的實(shí)踐中還是有一定的限制條件[2]。

2) 梳形聚合物

梳形聚合物是指將高分子鏈作為基礎(chǔ)，將親油屬性的基團(tuán)以及親水屬性的基團(tuán)引入，因?yàn)閮煞N基團(tuán)會(huì)互相排斥，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致分子間性狀上卷曲改變，明顯減少纏結(jié)現(xiàn)象。在溶液中，高分子鏈以梳形進(jìn)行排列，會(huì)使分子鏈的剛性水平得到明顯增加，使其卷曲難度更大，同時(shí)，與之相應(yīng)的水力學(xué)半徑會(huì)有所增大，最終達(dá)到提高抗鹽性能的目的。根據(jù)有關(guān)科學(xué)調(diào)查，梳形聚合物在鹽分環(huán)境中，與其他超高分子質(zhì)量聚丙烯酰胺對(duì)比，增黏的能力可以提高至50%以上。

3) 多元組合共聚物

在三次采油作業(yè)中，對(duì)單純聚合物的應(yīng)用具有一定的局限性，因此，可以通過將多種類型的聚合物分子進(jìn)行綜合的方式，來(lái)彌補(bǔ)單純聚合物存在的應(yīng)用局限性。多種類型聚合物分子方式的綜合，指將陰、陽(yáng)離子單體以及耐溫提高抗鹽單體等，以單一聚合物作為組合的工具，以達(dá)到聚合物的抗溫、抗鹽性能，使其可以順利應(yīng)用于三次采油作業(yè)中。多元組合共聚物的研究，也是目前國(guó)內(nèi)外最熱門的研究話題[3]。

3 聚合物驅(qū)三次采油的實(shí)際應(yīng)用

本文以勝利油田為例，闡述聚合物驅(qū)三次采油在油田中的實(shí)際應(yīng)用。

3.1 油藏制約條件

根據(jù)化學(xué)驅(qū)適用性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，勝利油田對(duì)化學(xué)驅(qū)存在的制約因素包括地層溫度較高且地層水的礦化度較高。

1) 地層溫度高：適合化學(xué)驅(qū)的資源大體分為四類油藏，其中，油藏較好的Ⅰ類資源，其地層溫度高于70 ℃，地層水礦化度為10 000 mg/L，Ⅱ資源地層溫度保持在70 ℃～80 ℃，地層水礦化度為10 000 mg/L～30 000 mg/L,第Ⅲ類地層溫度達(dá)到了90 ℃，地層水礦化度大于30 000 mg/L。

2) 原油黏度高：生理油田的地下原油黏度大于40 mPa·s，有超過60%的儲(chǔ)藏量，占總儲(chǔ)藏量的25%。

3) 動(dòng)態(tài)非均質(zhì)性嚴(yán)重：在生理油田中，適合化學(xué)驅(qū)的為疏松砂巖常規(guī)稠油油藏，在開采階段，主力單元注水平均達(dá)到1 PV，最高單元達(dá)到3PV，長(zhǎng)期高強(qiáng)度注水導(dǎo)致大孔道的發(fā)育、非動(dòng)態(tài)均質(zhì)性嚴(yán)重，部分強(qiáng)水洗油田達(dá)到2.6 h推進(jìn)速度，三次采油風(fēng)險(xiǎn)大。

4) 老井井況差，井網(wǎng)不完善。

5) 淡水資源緊張，污水排放難度大。

3.2 應(yīng)用規(guī)模及效果

勝利油田的三次采油技術(shù)經(jīng)歷了“七五、八五、九五、十五”四個(gè)階段，三次采油的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，其覆蓋儲(chǔ)量3.18億t，占油田總儲(chǔ)量的8%，其中，聚合驅(qū)產(chǎn)油量占油田總產(chǎn)量14%，達(dá)到10 024 t/d，每噸聚合物平均可以增產(chǎn)原油41 t，其中的主力采油單元達(dá)到了80 t～100 t，30個(gè)化學(xué)驅(qū)至2005年為止，采收率提高了3.54%，推測(cè)增加的可采量最終將達(dá)到2 156萬(wàn)t。

3.3 三元復(fù)合驅(qū)油體系實(shí)驗(yàn)

為探索三元復(fù)合驅(qū)在勝利油田的適用性，研制了低價(jià)高效乳化的三元弱堿配方，在孤島油田進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量197萬(wàn)t，面積0.61 km2，注入井、生產(chǎn)井分別為6口、13口，實(shí)驗(yàn)結(jié)果全部見效，日產(chǎn)油提高2.3倍，含水率下降12.7%，提高采收率12.01%[4]。

3.4 聚合物驅(qū)整體大面積試驗(yàn)

隨著聚合物驅(qū)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，在“八五”到“九五”期間，通過在孤東和孤島的聚合物驅(qū)擴(kuò)大試驗(yàn)，形成了與I類油藏配套的聚合器驅(qū)方法，并制定了技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確定了污水稀釋注入、清水配置母液的配注方式，將油藏的方案設(shè)計(jì)、主材工藝、地面工藝以相機(jī)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)加以完善，并推廣16個(gè)單元應(yīng)用聚合物驅(qū)，隨后全部見效，提高了7.3%的采收率。

“九五”中期。Ⅱ類油藏資源成為采油資源的接替對(duì)象，針對(duì)其高于Ⅰ類油藏的地層溫度和地層水礦化度進(jìn)行攻克，在勝一區(qū)單元開展聚合物驅(qū)測(cè)試，最后得出結(jié)論，含水率下降14.3%，提高最終采收率7%，日產(chǎn)油提高2.2倍，證明了Ⅱ類油藏適合開展聚合物驅(qū)技術(shù)。由于當(dāng)時(shí)使用的是緊扣聚合物和清水配注，因此在2002年3月，再次開展了Ⅱ類油藏注聚擴(kuò)大試驗(yàn)，其含油面積達(dá)到6.41平方公里，注聚井、生產(chǎn)井分別達(dá)到了30口和75口，試驗(yàn)后全部見效，全區(qū)含水率整體下降7.2%,日產(chǎn)油量提高1.5倍，實(shí)現(xiàn)了聚合物驅(qū)油技術(shù)針對(duì)勝利油田I類和Ⅱ類油藏的開采技術(shù)突破。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)采油行業(yè)多年的發(fā)展過程中，運(yùn)用三次采油技術(shù)為行業(yè)帶來(lái)的成效十分顯著，尤其是以聚合物為載體的三次采油技術(shù)，已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用到了大慶油田、勝利油田等多個(gè)油田中，同時(shí)各大油田對(duì)聚合物驅(qū)進(jìn)行不斷的試驗(yàn)、推廣，大幅度提高了原油采收率?；谝陨媳尘?，應(yīng)該將新型抗溫抗鹽聚合物的研究工作，作為石油工業(yè)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)工作[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃成龍.三次采油技術(shù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展探析[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2017,43(3):16.

[2] 程亞敏,李艾玲,馬玉琪,等.石油開采三次采油技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展展望[J].廣州化工,2017,45(7):1-2.

[3] 李有福,楊宏濤,亓宗凱,等.聚合物在三次采油技術(shù)中的作用分析[J].科研,2016(3):21.

[4] 畢家平.聚合物分散技術(shù)在三次采油中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2010(22):9.