聚丙烯酰胺提高油田采收率的原理

于力恒

（大慶油田化工有限公司，黑龍江大慶 163114）

在通過聚丙烯酰胺進行油田開采作業的過程中，為實現其采收率的進一步提升，油田企業、研究者和相關技術人員首先需要對聚丙烯酰胺的理化特征及其在油田中的適用條件加以明確，然后對其在油田采收率提升中的主要作用原理進行分析，同時應結合當今油田開采的實際情況及其實際需求，對聚丙烯酰胺在其中的主要發展趨勢進行科學分析。通過這樣的方式，才可以讓聚丙烯酰胺在油田開采中發揮出充分的驅油優勢，以此來確保現代油田的開采效率，進一步滿足當今社會對于石油的應用需求，促進油田企業的良好經營與發展。

1 聚丙烯酰胺概述

1.1 聚丙烯酰胺簡介

聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺均聚物或和其他單體共聚形成的一種水溶性高分子聚合物。因為其結構單元中有酰胺基存在，且很容易形成氫鍵，所以聚丙烯酰胺的水溶性良好，且化學活性也很高，在交聯或接枝作用下，便可實現多種網狀結構或支鏈結構改性物的獲得。這些改性物可以在農業、醫藥、造礦、造紙、紡織、水處理以及石油開采等領域中用作助劑，目前已經在諸多領域中得到了廣泛應用[1]，尤其是在石油開采領域中，聚丙烯酰胺更是發揮著至關重要的驅油作用。

1.2 聚丙烯酰胺的理化特性分析

在常溫條件下，聚丙烯酰胺為白色顆粒或粉末，在高溫條件下，聚丙烯酰胺將會出現玻璃化、軟化、熱分解等情況。完全干燥的聚丙烯酰胺會呈現出白色固體狀態，且具有一定的脆性。在水中，聚丙烯酰胺極易溶解，水的pH、溫差以及攪拌時間都會對其溶解性產生直接影響。而在很多的有機溶劑中，聚丙烯酰胺都不溶，即使溶解，其溶解程度也會非常有限，且只有在加熱情況下才可以部分溶解。表1為聚丙烯酰胺的主要物理性能參數。

表1 聚丙烯酰胺的主要物理性能參數

因為分子鍵側基的酰胺基非常活潑，所以聚丙烯酰胺聚合物能夠產生很多化學反應。表2為聚丙烯酰胺的幾種主要化學反應原理及其應用情況。

表2 聚丙烯酰胺的幾種主要化學反應原理及其應用情況

1.3 聚丙烯酰胺所適用的油藏條件

在石油開采過程中，聚丙烯酰胺的應用可顯著提升其采收率，但是由于受到自身理化特性的影響，聚丙烯酰胺并非在所有油藏條件中都適用。就目前來看，聚丙烯酰胺所適用的油藏條件主要包括以下幾個方面：第一，對于非均質油藏，因為非均質地層的影響，使其對于儲層中的滲透率變異系數具備一定要求。經研究發現，在儲層中的變異系數為0.7以下時，聚丙烯酰胺便可發揮出良好的驅油效果。第二，因為聚丙烯酰胺的化學活性很高，且受熱容易分解，所以在一些深度較大的油層中，由于其中的溫度以及水礦化度的增加，聚丙烯酰胺也會出現降黏分解情況。雖然目前的研究依然無法對地層溫度和深度之間的關系標準加以科學建立，但是在以往的實踐應用和研究中，人們普遍認為，只有在油層溫度處于70℃及以下的條件下，聚丙烯酰胺才可以發揮出較好的驅油效果[2]。第三，在通過聚丙烯酰胺進行驅油的過程中，原油黏度也會對其驅油效果產生很大程度的影響。如果原油具有較高黏度，其滲透阻力便會較大，驅油中的驅替壓差會增加，這樣便可顯著提升聚丙烯酰胺的驅油效果。但是如果原油黏度不足，水驅采收率便會提升，從而導致聚丙烯酰胺無法發揮出顯著的驅油效果。基于此，在具體的采油過程中，采油企業還需要合理確定油藏中的原油黏度范圍，在確保原油黏度足夠的情況下才可以讓聚丙烯酰胺發揮出良好的驅油效果。第四，對于聚丙烯酰胺的驅油效果而言，其本身的注入黏度和注入速度也具有很大程度的影響作用。聚丙烯酰胺聚合物的注入黏度越大、注入速度越快，其驅油效果就越好，持續作用時間也會越長（通常可持續幾年 時間）。

2 聚丙烯酰胺提高油田采收率的主要原理分析

2.1 通過流度比的優化來提高油田采收率

在油田開采工藝中，通過聚丙烯酰胺提升其采收率的一項重要機理就是將水相流度比降低。在對非均質地層中的油藏實施水驅時，其進水現象通常會比較嚴重。之所以會出現這樣的情況，是因為非均質地層中的地質構造十分復雜，從而對油田水驅效果產生了不良影響。而在將含有聚丙烯酰胺的水注入到油層中之后，便可讓非均質地層對于驅替作用所產生的不良影響得以顯著降低，從而實現平面波的良好改善，并實現油田驅替效率的進一步提升。

對于非均質垂直地層中的油藏而言，當聚丙烯酰胺溶液被注入地層之后，會先將高滲透層“堵”住，使水驅能夠順利地進入到低滲透層中繼續驅替[3]。在此過程中，借助于聚丙烯酰胺溶液所具有的高黏度特性，不僅可實現波及體積的進一步增加，同時也可以實現驅油效率的顯著提升。

對于均質地層而言，由于注入水黏度和原有黏度之間具有較大的差異性，所以水驅效果也會受到一定程度的不良影響。在這樣的情況下，可以將含有聚丙烯酰胺的水注入其中，讓注入水具有更高的黏度，這樣便可實現水相滲透率的有效降低，使油田中含水率上升的情況得以有效延緩，從而提升油田的驅替效果，使其采收率得以有效提高。

2.2 通過黏滯效應來提高油田采收率

在將含有聚丙烯酰胺的驅油水注入到油田地層中之后，借助于聚丙烯酰胺所具有的黏彈性效應，可將水相黏度增加，從而降低其在地層中的滲透率，這樣便可有效降低油相滲流過程中的摩擦阻力，達到良好的驅油效果。在流動通道內，聚丙烯酰胺溶液分子可“填平”或“拉伸”通道中的凹陷，這樣便可讓孔隙夾縫中存在的“海恩斯跳躍”（由多孔隙形成的毛細網絡使孔隙截面瞬息萬變極不平衡，從而對滲流效果產生無規律的不良影響）得以有效消除[4]。在這樣的情況下，孔道內部的殘余油將會呈現出活塞式推進形式，從而讓原油采收率在微觀角度上得以顯著提升。

2.3 通過吸附作用來提高油田采收率

在油藏通道內，聚丙烯酰胺溶液通過時將會對其孔隙表面產生很大程度的吸附作用。在這樣的情況下，聚丙烯酰胺會吸附在孔隙表面上，從而將孔隙中的水體封堵住，且不會對油液流動產生影響。借助于這一吸附作用，可使油田采收過程中的孔隙介質具有更低的滲透率和更高的滲透阻力與驅動壓差。通過這樣的方式，便可讓油層具有更大的波及體積，從而實現油田采收率的進一步提升。

3 聚丙烯酰胺在油田開采中的主要發展趨勢分析

為有效適應當今油田開采的實際工作需求，提升油田采收率，聚丙烯酰胺也應該朝著更加先進的方向發展。就目前的油田開采技術實際應用及其發展情況來看，聚丙烯酰胺在其中的主要發展趨勢包括兩個方面，第一是實現抗鹽性和耐高溫性的進一步提升，第二是朝著超高相對分子量的方向發展。

3.1 抗鹽性和耐高溫性的提升

對于油田采收率而言，普通形式的聚丙烯酰胺確實可以起到良好的促進作用，且其應用價值也比較好。但是就實際應用而言，聚丙烯酰胺依然具有相應的局限性，其中最為典型的局限性有兩個，第一是普通形式的聚丙烯酰胺并不具備足夠的抗鹽能力，第二是普通形式的聚丙烯酰胺并不具備足夠高的耐高溫能力。而在遇到此類情況時，聚丙烯酰胺將很容易出現不良變化，從而對其應用效果產生不利影響，導致油田采收達不到理想的 效率。

基于此，很多研究者開始對普通形式的聚丙烯酰胺進行不斷地開發與改進，并將一些具有良好抗鹽性以及耐高溫性特征的結構體或基團注入到了聚丙烯酰胺中，從而讓新型的聚丙烯酰胺具備了更好的抗鹽性和耐高溫性特征。比如，在將R-SO3H注入到聚丙烯酰胺中之后，制成的新型聚丙烯酰胺就具備了更好的抗鹽性以及耐高溫性特征，此種新型聚丙烯酰胺也被叫做抗鹽耐高溫聚丙烯酰胺。

但是在當今，抗鹽耐高溫形式的新型聚丙烯酰胺依然并未被廣泛應用到油田開采領域中。之所以會出現這樣的情況，是因為應用在其中的結構體或基團數量依然較為稀少，這些現實問題需經過進一步的研究來解決。但是自從此類新型聚丙烯酰胺出現之后，聚丙烯酰胺在油田開采領域中也獲得了一個全新的發展思路和發展方向。既然其抗鹽性和耐高溫性能可以通過相應結構物或基團注入的方式來進行改進，那么對于聚丙烯酰胺的其他局限性，也可以嘗試著通過相應結構物或基團注入的方式來實現進一步改良。比如，可通過一定的結構物或基團注入的方式來提升聚丙烯酰胺自身的耐水解能力。這樣不僅可有效促進聚丙烯酰胺制作工藝的進一步發展及其應用性能的不斷提升，同時也可以為油田采收率的提升提供更多幫助。

3.2 超高相對分子量方向的發展

超高相對分子量就是具有很大的分子量，如果聚丙烯酰胺具備了這一特征，其黏度將會變得很高，且不易在各種影響因素作用下出現黏度下降情況。這樣的聚丙烯酰胺不僅會具備更強的黏滯效應，同時也會具備更好的吸附作用，將其應用到油田開采中，便可實現油田采收率的顯著提升。同時，如果聚丙烯酰胺具有了超高相對分子量，其抗剪切作用也會更加良好，從而使其在“海恩斯跳躍”現象應對中的表現更加突出，且其穩定性也會變得非常強，即使是在一定的維度條件下，如果聚丙烯酰胺具備了超高相對分子量，其黏度降低幅度也會變得非常小，從而具備更好的穩定性。

基于此，已經有越來越多的研究者開始對此種聚丙烯酰胺進行研究，且獲得了一定的研究成果。目前，已經有相對分子量超高的聚丙烯酰胺被研制出來，且在我國的大慶油田開采中投入應用。經實際應用發現，具有超高相對分子量的新型聚丙烯酰胺可顯著提升油田采收率，與普通形式的聚丙烯酰胺相比，其采收率可提高20%左右。

但是由于此種新型聚丙烯酰胺的研究和應用時間都比較短，所以并未在我國的油田開采工作中得以全面普及。但是相信隨著此項聚丙烯酰胺改進工藝的發展及其應用質量的提升，具有超高相對分子量的聚丙烯酰胺將會在我國未來的油田開采中得以廣泛應用，并在其中發揮出更好的驅油效果，從而實現油田采收率的進一步提升。

4 結語

聚丙烯酰胺是油田開采領域中的一種主要驅油物質。將聚丙烯酰胺溶液合理注入到油藏地層中，便可充分發揮出其驅油效果，從而實現油田采收率的顯著提升。基于此，在油田開采過程中，油田企業、研究者和技術人員應充分注重聚丙烯酰胺的作用機理，并以此為依據，對聚丙烯酰胺加以合理應用，同時也需要對其進行進一步的研究與改進，使其在原有基礎上具備更好的驅油作用優勢。