淺析新型聚丙烯酰胺PAM絮凝劑的乳膠應用原理

新型聚丙烯酰胺膠乳應用

    油田生產中，由于地層的非均質性，不可避免地要產生出水問題。特別是為了保持地層壓力，采用早期注水開發的油田，出水現象尤為嚴重。目前我國部分油田已進入中后期注水開發，采出液中含油20%-30%，含水70%-80%。油田進入高含水采油，成本不斷增加，因此把油井的高含水及水淹的主產液層進行封堵，解放低含水層，提高油井產能，以及油井封堵大孔道和注水井調剖，是當前我國采油工藝中面臨的重大課題。

    一、油田化學堵水、調剖概況

    60年代，國內外已經開始了油井堵水和注水井調剖的開發工作。目前我國化學堵水、調剖劑品種繁多。無機類化學堵水、調剖劑，因為使用有效期短或產生后效應，如污染地層等副作用，施工工藝復雜，作業時間長，適應面窄而受到限制。有機類發展較快，選擇性化學堵劑處理地層后，使地層只降水而不降油或主要降水而不太降低油產量，非選擇性堵劑本身在油水層作用相同，對地層孔隙均有堵塞或防止液體產出的作用。尤其是選擇性堵水劑，由于其施工工藝簡單，作業時間短，適應性強，已受到高度的重視。

    選擇性堵水材料中，聚丙烯酰胺(PAM)及其水解體(HPAM)對油和水有明顯的選擇性，降低油的滲透率不超過10%，而降低水的滲透率可超過90%。試驗證明，在多孔介質中，HPAM可使油的滲透率降低8%-16%，而對水的滲透率能降低60%-90%。因此，HPAM是一種優良的選擇性堵水劑(或作調剖劑)，國內外均已取得較好的效果。目前我國各油田所使用的PAM及HPAM水凝膠濃度只有8%-10%，含水量很大，包裝運輸極不經濟，由于生產方法的問題，使產品中凝膠含量較高，溶解性很差，溶解過程中強力攪拌，導致分子量降低，使用中很不方便，嚴重影響了使用效果。固體粉劑產品，分子量分布寬，殘余單體含量高(100-500ppm)，溶解時間較長，溶解不*，有不溶小團粒，注入地層后，常出現降低地層滲透率的現象，并受到施工氣溫限制，給現場使用帶來困難。此外，我國長期采用以上兩種劑型配制的堵水、調剖劑，處理解決一般裂縫出水問題，封堵強度和耐熱穩定性也不夠理想，對于大縫、大洞嚴重漏失井還不能適應，因而未能大面積推廣。

    二、膠乳型聚丙烯酞胺特點

    為了解決國內油田化學堵水、調剖中存在的問題，天津大學開發了W/O型聚丙烯酰胺高濃度膠乳。該產品是水溶性單體丙烯酰胺(AM)及其衍生物，采用HLB值3一6的非離子型低分子或高分子乳化劑，在W/0型乳液體系中進行反相乳液聚合制成。產品是被水溶脹著的聚合物粒子(粒徑在80-1000nm)在油相中的膠體分散體，對水和油有很高的選擇性。它還具有分子量分布窄，分子量高(100-1000萬)，殘余單體含量少(<3Ppm)，易控制水解度，溶解速度快(<3min)，放置穩定性好，機械穩定性好和凍融穩定性好等特點。而且該產品堵水、調剖效率高，耐熱穩定性好(<150℃)，堵后有效期長，藥劑無毒，無刺激性，貨源廣，成本較低，現場施工安全、可靠，操作簡便，可隨用隨配，減少了原材料的浪費。因此，它是一種值得推廣的油田化學堵水、調剖劑。

    三、膠乳堵水(或調剖)劑的制備及特性

    以PAM(或HPAM)為主體配制的堵水、調剖劑，都可以用膠乳代替，效果都比較明顯。天津大學還開發了以新型聚丙烯酰胺膠乳為主體制得的互穿聚合物網絡型(IPN)堵水劑，它是膠乳與另一水溶性高聚物(或兩種以上)經過兩組份分別和同時全交聯，形成互穿聚合物網絡結構進行堵水，其性能有以下特點:

    (1)適應于封堵裂縫型孔隙、縫洞發育段較多、油藏的剩余厚度較大的油井，在碳酸鹽巖地層中，陰離子PAM膠乳比非離子PAM膠乳更有效。經封堵后的油井有效期半年以上，不污染地層，*。

    (2)堵劑擠入油井中能將裂縫或高吸水部位部分或全部堵死，堵后強度大，在10MPa下不反吐。

    (3)對從小縫小洞到大縫大洞，通過調整膠乳品種和堵劑其它組份，可以獲得性能不同的強度高、韌性好的互穿聚合物網絡型結構堵水劑。

    (4)堵劑遇油體積收縮，遇水體積呈幾十倍膨脹，對油和水有很好的選擇性。

    (5)堵劑在室溫下放置半年以上不會交聯，130℃以下交聯時間在4小時以上，還可以延聯時間。

    (6)堵劑耐熱穩定性好，可耐高溫，在150℃以下

    (7)堵劑無毒性、無刺激性，使用中十分安全、可靠。

    (8)配制和施工工藝簡單，不受季節氣溫和水質的影響，便于自動化操作。

    (9)通過調整堵劑結構，控制體系粘度和交聯時間，采取分段注入，可使堵劑滲透半徑加大，延長有效期。

    (10)可堵、可解，不損害地層。

    總之，實際應用中可根據情況，選用不同品種的聚合物和交聯劑、填料和其他助劑，調整互穿聚合物網絡的交聯密度，調節性能，以適應不同地質結構的需要。

    四、膠乳型堵水劑性能

    兩種或兩種以上聚合物從線型鏈到稠密交聯的網絡，受許多因素影響。為適應不同地質結構，需調節堵劑性能，掌握影響堵劑結構性能非常重要。

    1.W/O型膠乳分子量

    實驗證明，隨著膠乳分子量的增加，堵劑的凝膠粘度增大。對于堵水(或調剖)，膠乳分子量多大為好，要根據地質條件而定。對于灰巖，以600萬左右為好;對致密的巖層，分子量約400萬，對較疏松巖層，分子量700萬左右為好。膠乳的質量直接影響堵劑的結構性能，必須加以重視。

    2.W/O型膠乳濃度

    堵劑中如果增加膠乳的濃度，凝膠粘度也會增大，當膠乳濃度大于1%以上時，凝膠粘度增加很大，不易輸送，也不經濟，所以濃度應控制在1%以下。

    3.W/0型膠乳水解度

    隨著膠乳水解度的增大，交聯時間延長，而凝膠粘度下降。因為膠乳中可進行交聯反應的主要是酰胺基，水解度越高，反應的酰胺基團越少，反應的鍵合程度降低，反應速度減慢。實驗證明，水解度應控制在20%以下。

    4.交聯劑

    交聯劑的種類和用量對堵劑性能有一定的影響，可以根據地層滲透率的大小，以及對封堵深度和滲透半徑的要求，合理選用交聯劑品種和用量。

     5.填料

    為調整地層滲透率和增加封堵強度，可以添加不同種類的填料(填充物)，如石棉粉、碳酸鈣粉、皂土、膨潤土、水泥、高嶺土、木質素廢渣、漂珠、廢塑料球等。

    6.W/O型膠乳的配位性

    膠乳與很多水溶性高聚物有很好的配位性，可以制得不同性能的互穿聚合物網絡，這樣就擴大了它的應用范圍。膠乳對地層水沒有嚴格的要求，一般說來，多價離子如鈣、鎂能使陰離子型聚合物交聯，如離子濃度低于750ppm時，對陰離子影響較小。非離子型膠乳和這些離子一般都能配位。

    五、W/0型膠乳堵水劑的應用

    膠乳型堵水劑在華北油田裂縫性碳酸鹽巖底水油藏施工，使用成功率為100%。例如，一個井深3226.62米，生產井段3109.75一3216.68米，日產水143米3，產油28噸，含水率83.4%，堵水后，日產水34-38米3，產油80-90噸，含水率30%，10天后含水率繼續降至25%。該井堵水后已累積增油3000多噸，累積減水36萬米3，仍處于有效期。

    堵水后的油井，一般10-30天即可收回成本。由此可見，用W/O型膠乳堵水劑堵水后，對降水、增油、穩產*，有效期長，強度大，應用效果很好，應該進一步推廣應用。