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淺析新型聚丙烯酰胺PAM絮凝劑的乳膠應用原理

點擊次數(shù):985  更新時間:2019-11-18

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(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)象尤為嚴重。目前我國部分油田已進入中后期注水開發(fā),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(chǎn)液層進行封堵,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,是當前我國采油工藝中面臨的重大課題。

    一、油田化學堵水、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。目前我國化學堵水、調(diào)剖劑品種繁多。無機類化學堵水、調(diào)剖劑,因為使用有效期短或產(chǎn)生后效應,如污染地層等副作用,施工工藝復雜,作業(yè)時間長,適應面窄而受到限制。有機類發(fā)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(chǎn)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(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(zhì)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(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,包裝運輸極不經(jīng)濟,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(chǎn)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(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,封堵強度和耐熱穩(wěn)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(nèi)油田化學堵水、調(diào)剖中存在的問題,天津大學開發(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,機械穩(wěn)定性好和凍融穩(wěn)定性好等特點。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(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全交聯(lián),形成互穿聚合物網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)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(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,堵后強度大,在10MPa下不反吐。

    (3)對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度高、韌性好的互穿聚合物網(wǎng)絡型結(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(lián),130℃以下交聯(lián)時間在4小時以上,還可以延聯(lián)時間。

    (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(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)絡的交聯(lián)密度,調(diào)節(jié)性能,以適應不同地質(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,受許多因素影響。為適應不同地質(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(diào)剖),膠乳分子量多大為好,要根據(jù)地質(zhì)條件而定。對于灰?guī)r,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(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(jīng)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(lián)時間延長,而凝膠粘度下降。因為膠乳中可進行交聯(lián)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(lián)劑

    交聯(lián)劑的種類和用量對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,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(lián),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(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,對降水、增油、穩(wěn)產(chǎn)*,有效期長,強度大,應用效果很好,應該進一步推廣應用。

 

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