聚合物驅油技術綜述

李雪凝

摘 要：本文綜述了近年來國內外聚合物驅的研究現狀，對聚合物驅的機理及應用做了闡述，并著重介紹了幾種常見的驅油劑的研究進展，主要包括生物聚合物、耐溫抗鹽單體聚合物、疏水締合聚合物、交聯聚合物、梳型聚合物和星型聚合物等。通過分析這些驅油聚合物的性能及優缺點，對驅油聚合物現在應用存在的問題及今后的研究方向提出了建議。

關鍵詞：聚合物驅;生物聚合物;疏水締合聚合物;交聯聚合物;梳型聚合物;星型聚合物

石油是最重要的能源之一，是“黑色的金子”。隨著人類社會的進步及經濟的發展，現代社會對石油的消耗與日俱增，石油資源已經變得日漸稀缺。我國油田屬于陸相沉積，具有嚴重的非均質性、原油黏稠等特點，并且由于長時間不間斷的開采，幾乎所有國內油田均已處于高及特高含水期。為了提高采收率，三次采油技術的應用已成為主體趨勢，我國三次采油主要以聚合物驅為主要手段。合成新型的水溶性耐溫抗鹽聚合物是聚合物開發的發展方向。近年來，國內外科研工作者在這方面付出了大量的努力，并取得了相當的成就。

1 聚合物驅及驅油機理

聚合物是一大類高分子物質的總稱，聚合物驅能夠提高采油效率，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構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。聚合物驅是向地層注入高粘度的聚合物溶液來大大降低流度比、擴大波及體積從而提高采收率的驅油工藝，可以有利于油氣田后期開發。

聚合物驅是指在注入水中混入聚合物溶液，通過增加注入水的黏度，增大了流動阻力和驅替壓力，迫使溶液向低滲透層流動，改善水油流度比，提高原油采收率。聚合物被注入油層后主要產生三方面作用：一是可以增加注入水的黏度，二是因聚合物的滯留作用導致油層滲透率的下降，三是聚合物溶液的“海綿效應”可以“掃”出巖石孔隙中的殘余油。配制的聚合物溶液的黏度越高，其波及面積越大，驅油效果也就越理想。從聚合物驅油機理可以看出，提高注入水黏度和降低注入水滲透率是聚合物驅油的核心技術。

2 水溶性聚合物

2.1 生物聚合物

黃原膠又稱黃膠、黃單胞多糖，是一種由假黃單胞菌屬發酵產生的單孢多糖，是一種重要的生物聚合物。黃原膠具有很好的乳化性、懸浮性、水溶性、增稠性，以及良好的酸堿穩定性。但是使用黃原膠的局限性較大，其耐溫性、耐磨性和抗剪性比較差。黃原膠分子鏈的剛性程度較大，能夠強于聚丙烯酰胺，機械剪切不會對其破壞。但是黃原膠容易被細菌降解，對細菌較敏感，會堵塞油層剖面，因而必須使用殺菌劑和除氧劑進行適當清理。黃原膠聚合物在性能方面得到合適的改進后才能在礦場上得到更廣泛的應用。

2.2 合成水溶性聚合物

2.2.1 耐溫抗鹽單體聚合物

耐溫抗鹽單體聚合物適用于高溫高鹽的特殊地層環境，該聚合物是把耐溫、不易水解又能抑制酰胺基團水解的大的側基引入到聚丙烯酰胺分子鏈上，合成出提高聚合物驅油劑的耐溫抗鹽性能的共聚物。聚丙烯酰胺易溶于水形成氫鍵，能夠相互締合，從而起到增黏的作用，同時分子鏈之間因為電性排斥得以充分舒展，擁有較高的流體動力體積。耐溫抗鹽單體聚合物的缺點是易機械損失，使其應用也受到了一定的限制。

2.2.2 疏水締合聚合物

疏水締合水溶性聚合物具有良好的增黏性、耐溫性和抗鹽性，該聚合物是指在親水主鏈上引入疏水基團。疏水基團的引入產生了分子內和分子間的疏水締合的物理交聯作用，形成巨大的特殊三維立體網狀結構，因此聚合物具有良好的增黏性、抗剪切性和性。疏水締合聚合物的這些性能使其在剪切力降低時能夠恢復一定黏度，并很好地滿足了油田三次采油的操作需求。疏水締合聚合物的優點是具有較好的剪切恢復性、黏彈性與增黏性，但其也存在一定的缺陷，即力學性能較差，溶解性、耐磨性和抗蠕變性有待加強。

2.3 交聯聚合物

交聯作用是指通過化學反應在聚合物主鏈之間形成化學鍵的過程。交聯聚合物通過交聯作用形成立體三維網狀結構，因此具有很好的相容性，其熱穩定性、抗蠕變性、耐磨性、耐溶劑性和力學性也都較好。不同聚合物，尤其是互不相容的聚合物之間發生交聯反應可明顯提高兩種聚合物的相容性，甚至使其成為相容組分。交聯聚合物驅油技術優點是能明顯提高采收率、性能優良、成本低，并且具有很好的流動性和選擇性。因此，交聯聚合物溶液在深部調剖、改善儲層性質、改善流體性質方面都能夠發揮良好的作用。但交聯聚合物的缺點是酸堿穩定性方面較差，影響其現場應用效果。

2.4 梳型聚合物

梳型聚合物的特點是聚合物主鏈在水溶液中排列成梳子形狀，這是因為聚合物的結構是在主鏈的側鏈同時引入親油基團和親水基團，親油基團和親水基團的相互排斥使得分子鏈相互伸展，從而形成梳子的形狀。梳型聚合物分子內和分子間分子鏈的卷曲、纏結較少，因而具有更好的溶液性能。梳型聚合物的優點是溶解性好，但缺點是抗剪切性能和熱穩定性能不好。

2.5 星型聚合物

星形聚合物是由星形核與聚合物分子相連接而形成的水溶性聚合物。星形聚合物主鏈的星形使該聚合物具有規整的分子結構，并且星型有效增加了聚合物分子鏈的剛性，使得聚合物分子鏈能夠伸展，增加了分子鏈旋轉的水力學半徑，該聚合物增黏性和耐溫抗鹽能力得到明顯的增強。星形聚合物在油田中廣泛用作驅油劑、泥漿助劑、堵剖劑等。星形聚合物的優點是增黏性和耐溫抗鹽性能良好，缺點是抗剪切性、酸堿穩定性、耐磨性較差。

3 成為聚合物驅油劑的條件

聚合物的剪切性、黏彈性、耐鹽性、熱穩定性和生物穩定性等都是影響聚合物驅油的因素，因此選擇提高油田三次采油效率的聚合物應滿足以下幾點：水溶性好、注入性好;具有一定的熱穩定性及抗剪切降解能力;具有較好的化學穩定性和生物穩定性;對油層和環境無污染;成本低且易于運輸。為此，我國各大油田的研究方向大都放在新型廉價質優的聚合物研究上。

4 聚合物驅油面臨的困難及解決辦法

聚合物驅油技術在帶來了很好的經濟效益的同時也會引起對儲層的傷害、對套管的損傷，或者引起聚合物驅油堵塞的問題。聚合物驅技術存在的問題主要有以下幾點：多孔介質的吸附及剪切作用會極大的減小聚合物溶液的粘度;聚合物溶液在高溫高礦化度的環境下發生性質的改變;聚合物溶液與原有地層中的金屬離子反應生成不能降解的化合物堵塞地層，降低了原油的采收率。對于三次采油已達到中后期的老油田，解決這一矛盾刻不容緩，這直接影響著油田的經濟效益。

解決聚合物驅技術的存在的問題的方法包括：①研發出耐剪切的聚合物，或者在剪切作用降低后能夠恢復一定黏度的聚合物;②研發出更加耐高溫、耐礦化度的聚合物。③將聚合物降解來解決儲層堵塞的問題。

5 結論

我國是世界上三次采油工業化程度最高的國家，聚合物驅油技術研究與應用走在世界前列。近年來三次采油增產的油量已占到我國石油產量的6%，且逐年上升。進行三次采油是減緩我國多數油田衰老速度、維持我國原油穩產、減少我國對國外原油依賴程度的戰略要求。希望科研工作者能夠研制開發出價格低廉、耐溫、耐鹽、抗剪切等綜合性能良好的聚合物驅油劑，以滿足現代石油工業日益發展的需求。

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