淺析新型聚丙烯酰胺PAM絮凝劑的乳膠應(yīng)用原理

新型聚丙烯酰胺膠乳應(yīng)用

    油田生產(chǎn)中，由于地層的非均質(zhì)性，不可避免地要產(chǎn)生出水問題。特別是為了保持地層壓力，采用早期注水開發(fā)的油田，出水現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。目前我國部分油田已進(jìn)入中后期注水開發(fā)，采出液中含油20%-30%，含水70%-80%。油田進(jìn)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(chǎn)液層進(jìn)行封堵，解放低含水層，提高油井產(chǎn)能，以及油井封堵大孔道和注水井調(diào)剖，是當(dāng)前我國采油工藝中面臨的重大課題。

    一、油田化學(xué)堵水、調(diào)剖概況

    60年代，國內(nèi)外已經(jīng)開始了油井堵水和注水井調(diào)剖的開發(fā)工作。目前我國化學(xué)堵水、調(diào)剖劑品種繁多。無機(jī)類化學(xué)堵水、調(diào)剖劑，因?yàn)槭褂糜行诙袒虍a(chǎn)生后效應(yīng)，如污染地層等副作用，施工工藝復(fù)雜，作業(yè)時(shí)間長，適應(yīng)面窄而受到限制。有機(jī)類發(fā)展較快，選擇性化學(xué)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(chǎn)量，非選擇性堵劑本身在油水層作用相同，對(duì)地層孔隙均有堵塞或防止液體產(chǎn)出的作用。尤其是選擇性堵水劑，由于其施工工藝簡單，作業(yè)時(shí)間短，適應(yīng)性強(qiáng)，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(duì)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(yàn)證明，在多孔介質(zhì)中，HPAM可使油的滲透率降低8%-16%，而對(duì)水的滲透率能降低60%-90%。因此，HPAM是一種優(yōu)良的選擇性堵水劑(或作調(diào)剖劑)，國內(nèi)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(yùn)輸極不經(jīng)濟(jì)，由于生產(chǎn)方法的問題，使產(chǎn)品中凝膠含量較高，溶解性很差，溶解過程中強(qiáng)力攪拌，導(dǎo)致分子量降低，使用中很不方便，嚴(yán)重影響了使用效果。固體粉劑產(chǎn)品，分子量分布寬，殘余單體含量高(100-500ppm)，溶解時(shí)間較長，溶解不*，有不溶小團(tuán)粒，注入地層后，常出現(xiàn)降低地層滲透率的現(xiàn)象，并受到施工氣溫限制，給現(xiàn)場(chǎng)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(diào)剖劑，處理解決一般裂縫出水問題，封堵強(qiáng)度和耐熱穩(wěn)定性也不夠理想，對(duì)于大縫、大洞嚴(yán)重漏失井還不能適應(yīng)，因而未能大面積推廣。

    二、膠乳型聚丙烯酞胺特點(diǎn)

    為了解決國內(nèi)油田化學(xué)堵水、調(diào)剖中存在的問題，天津大學(xué)開發(fā)了W/O型聚丙烯酰胺高濃度膠乳。該產(chǎn)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(jìn)行反相乳液聚合制成。產(chǎn)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(duì)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(wěn)定性好，機(jī)械穩(wěn)定性好和凍融穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。而且該產(chǎn)品堵水、調(diào)剖效率高，耐熱穩(wěn)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(xiàn)場(chǎng)施工安全、可靠，操作簡便，可隨用隨配，減少了原材料的浪費(fèi)。因此，它是一種值得推廣的油田化學(xué)堵水、調(diào)剖劑。

    三、膠乳堵水(或調(diào)剖)劑的制備及特性

    以PAM(或HPAM)為主體配制的堵水、調(diào)剖劑，都可以用膠乳代替，效果都比較明顯。天津大學(xué)還開發(fā)了以新型聚丙烯酰胺膠乳為主體制得的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)型(IPN)堵水劑，它是膠乳與另一水溶性高聚物(或兩種以上)經(jīng)過兩組份分別和同時(shí)全交聯(lián)，形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行堵水，其性能有以下特點(diǎn):

    (1)適應(yīng)于封堵裂縫型孔隙、縫洞發(fā)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(jīng)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(qiáng)度大，在10MPa下不反吐。

    (3)對(duì)從小縫小洞到大縫大洞，通過調(diào)整膠乳品種和堵劑其它組份，可以獲得性能不同的強(qiáng)度高、韌性好的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)堵水劑。

    (4)堵劑遇油體積收縮，遇水體積呈幾十倍膨脹，對(duì)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(huì)交聯(lián)，130℃以下交聯(lián)時(shí)間在4小時(shí)以上，還可以延聯(lián)時(shí)間。

    (6)堵劑耐熱穩(wěn)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(jié)氣溫和水質(zhì)的影響，便于自動(dòng)化操作。

    (9)通過調(diào)整堵劑結(jié)構(gòu)，控制體系粘度和交聯(lián)時(shí)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(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況，選用不同品種的聚合物和交聯(lián)劑、填料和其他助劑，調(diào)整互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度，調(diào)節(jié)性能，以適應(yīng)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(lián)的網(wǎng)絡(luò)，受許多因素影響。為適應(yīng)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需調(diào)節(jié)堵劑性能，掌握影響堵劑結(jié)構(gòu)性能非常重要。

    1.W/O型膠乳分子量

    實(shí)驗(yàn)證明，隨著膠乳分子量的增加，堵劑的凝膠粘度增大。對(duì)于堵水(或調(diào)剖)，膠乳分子量多大為好，要根據(jù)地質(zhì)條件而定。對(duì)于灰?guī)r，以600萬左右為好;對(duì)致密的巖層，分子量約400萬，對(duì)較疏松巖層，分子量700萬左右為好。膠乳的質(zhì)量直接影響堵劑的結(jié)構(gòu)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(huì)增大，當(dāng)膠乳濃度大于1%以上時(shí)，凝膠粘度增加很大，不易輸送，也不經(jīng)濟(jì)，所以濃度應(yīng)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(lián)時(shí)間延長，而凝膠粘度下降。因?yàn)槟z乳中可進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的主要是酰胺基，水解度越高，反應(yīng)的酰胺基團(tuán)越少，反應(yīng)的鍵合程度降低，反應(yīng)速度減慢。實(shí)驗(yàn)證明，水解度應(yīng)控制在20%以下。

    4.交聯(lián)劑

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

     5.填料

    為調(diào)整地層滲透率和增加封堵強(qiáng)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(zhì)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(wǎng)絡(luò)，這樣就擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍。膠乳對(duì)地層水沒有嚴(yán)格的要求，一般說來，多價(jià)離子如鈣、鎂能使陰離子型聚合物交聯(lián)，如離子濃度低于750ppm時(shí)，對(duì)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(yīng)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(gè)井深3226.62米，生產(chǎn)井段3109.75一3216.68米，日產(chǎn)水143米3，產(chǎn)油28噸，含水率83.4%，堵水后，日產(chǎn)水34-38米3，產(chǎn)油80-90噸，含水率30%，10天后含水率繼續(xù)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(duì)降水、增油、穩(wěn)產(chǎn)*，有效期長，強(qiáng)度大，應(yīng)用效果很好，應(yīng)該進(jìn)一步推廣應(yīng)用。