摘要：聚丙烯酰胺以其齊全的種類和良好的產(chǎn)品性能在油田開采、水處理、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其在油田生產(chǎn)中越來越受到關(guān)注。文章給出了聚丙烯酰胺的四個用途，它們分別是用作驅(qū)油劑、壓裂液添加劑、堵水劑和鉆井液流型調(diào)節(jié)劑，并對其在石油生產(chǎn)過程中的應(yīng)用進行了綜述。
聚丙烯酰胺（PAM）是一種水溶性高分了聚合物，由于其特殊的理化性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)特點，被應(yīng)用到石油開采、污水處理、造紙等行業(yè)中，尤其在鉆井、三次采油、調(diào)剖堵水等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。同時，PAM又稱為“百業(yè)助劑”、“全能產(chǎn)品”，在國內(nèi)油田三次采油技術(shù)中被大范圍推廣。
PAM按照離子特性可分為非離子、陽離子、陰離子和兩性離子四種類型，由于其分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基團，因此能吸附水中懸浮的固體顆粒，使粒子間吸附架橋或電性中和，形成大的絮凝物質(zhì)而沉淀下來。因此，可用于石油開采、染色、冶金、造紙、水產(chǎn)加工等各種行業(yè)的絮凝沉淀中。
另外，隨著生產(chǎn)工藝的不斷進步，PAM產(chǎn)品的形式也變得多樣化，有干粉、水溶液、乳膠、油包水型乳液等，近年來又開發(fā)出了水包水型乳液間，可應(yīng)用于施工工藝中。
1、應(yīng)用
目前，PAM在油田生產(chǎn)中可以用作驅(qū)油劑、壓裂液添加劑、堵水劑、鉆井液調(diào)節(jié)劑等。
1.1 作驅(qū)油劑
驅(qū)油劑是一種在石油鉆采時，用以提高原油采收率的助劑，較高相對分子質(zhì)量（＞10x106）的聚丙烯酰胺是常見的聚合物型驅(qū)油劑，其主要機理是通過減少水油的流度比，減少水的指進，調(diào)節(jié)水的流變性，以提高驅(qū)油劑的波及指數(shù)，從而提高油層的采收率。
為了增強PAM驅(qū)油劑的耐熱、耐溫、耐剪切性能，以丙烯酰胺（AM）為基礎(chǔ)，通過引入特殊的結(jié)構(gòu)單元（如疏水單體、剛性環(huán)側(cè)基等），通過自由基共聚法得到酸性的疏水締合的PAM。研究發(fā)現(xiàn)，帶有陽離子磺酸基疏水締合的PAM有良好的抗鹽性，在60℃下能保持較好的表觀黏度。針對魯克沁深層稠油規(guī)模開發(fā)的難題， 優(yōu)化了以PAM為驅(qū)油劑的配方，通過水礦化度的優(yōu)化和恒聚聚合物（HJPAM）較佳注入濃度的調(diào)節(jié)，提高稠油的采收率達10.98%。
大慶油田將PAM用于油田三元復(fù)合驅(qū)采出水的研究中，穩(wěn)定性良好。利用三元（堿、表面活性劑、PAM）的復(fù)合驅(qū)可使采收率提高10%-20%，目前該技術(shù)在大慶油田已進人大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用階段。報道了在大慶油田的原油開采中，利用堿-表面活性劑-PAM的三元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油產(chǎn)品，使采收率平均提高18.5%-26.5%，說明PAM作為驅(qū)油劑已經(jīng)在油田開采中得到了廣泛應(yīng)用。
1.2 作壓裂液添加劑
壓裂是指采油過程中，利用水力作用，使油層形成裂縫的一種方法。壓裂工藝是把高壓大排量且有一定黏度的液體擠出油層，當(dāng)油層壓出許多裂縫后，加入支撐劑，填充裂縫，以提高油層的滲透能力。壓裂液作為壓裂技術(shù)的重要組成部分，分為水基、油基、乳狀、泡沫和酸基壓裂液五種基本類型，其目的是為了減輕對油層的傷害，降低成本并提高壓裂效果。
利用PAM和魔芋葡甘聚糖（KGM）的協(xié)同作用，研制出PAM/KGM稠化劑有較好的增粘性能，用其作為壓裂液，對油層傷害低，且具有較好的耐剪切性、降濾失性、殘渣少等優(yōu)點。B.Grassl等用亞硫酸氫鈉和過硫酸鉀做引發(fā)劑，將丙烯酰胺與N-18烷基丙烯酰胺共聚合成的壓裂液，它含有較高的單體濃度（19wt%）、良好的疏水特性。將其應(yīng)用于油田生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)其對油層傷害小，且具有較好的抗溫、耐鹽、耐剪切特性。
與油藏儲層不同，煤層儲層具有松軟、表面積大、吸附性強、壓力低等特征。針對煤層這些特點，優(yōu)選出適用于煤層氣井壓裂的非離子型PAM鋯凍膠壓裂液，它具有耐剪切、易吸收、攜砂性良好、對煤層傷害低、易反排等優(yōu)點，是一種適用于煤層氣的壓裂液。利用PAM為主劑，研制出了氮氣泡沫壓裂液體系，其粘度穩(wěn)定、濾失性小，對煤層的損害率僅為20.8%（對瓜膠為79.4%），其吸附量對煤基質(zhì)的孔隙基本不會產(chǎn)生堵塞，非常適合煤層氣井壓裂施工。
1.3 作堵水劑
油田堵水技術(shù)是注水開發(fā)非均質(zhì)油田的一項重要工藝技術(shù)，它可以有效降低油井產(chǎn)水量、提高油井產(chǎn)油量、改善注入井吸水的不均勻性，從而提高注水井縱向波及系數(shù)，增加油田的可采儲量，并提高油田注水開發(fā)的采收率。PAM是目前應(yīng)用的一種交聯(lián)聚合物，它對油的滲透性較低、較高可超過10%，而對水的滲透性減少可超過90%。
用PAM和聚丙烯腈（PAN）復(fù)合，形成一種新型的耐溫抗鹽復(fù)合聚合物凝膠堵水劑，通過對交聯(lián)劑濃度、溫度、礦化度等因素的考察發(fā)現(xiàn)，該交聯(lián)PAM/PAN聚合物對礦化度在2000-160000mg/L，溫度60-140℃的砂巖油藏調(diào)剖堵水效果較好。用PAM作為堵水劑，能夠使土壤表面的粗糙度大大增加，從而對油的滲透率有效降低，堵水效果較好。
用合成的三聚氰胺甲醛樹脂（MF）與水解PAM交聯(lián)，制備一種調(diào)剖堵水劑，它具有良好的耐剪切性，且能形成性能良好的凍膠，在130℃的高溫下老化5天，粘度仍達到86.7%。這種新型的調(diào)剖堵水劑以其良好的堵水性、耐溫性、耐剪切性能等，應(yīng)用前景廣闊。
利用丙烯酰胺-丙烯酸叔丁酯共聚物經(jīng)聚乙烯亞胺交聯(lián)形成的凍膠，進行堵水施工，L.Eoff等對該交聯(lián)體系的性能進行分析，并介紹了應(yīng)用該交聯(lián)體系作為環(huán)空封堵劑、水平井完井暫堵劑等不同工藝中的應(yīng)用實例。另外，研究的新緩速劑可使體系的較高溫度提高到176.7℃。R.Hernandez等根據(jù)丙烯酰胺-丙烯酸叔丁酯共聚物經(jīng)聚乙烯亞胺交聯(lián)的產(chǎn)品被成功施工的多個實例，介紹了該體系的良好性能。
1.4 作鉆井液流型調(diào)節(jié)劑
部分PAM常作為鉆井液流型調(diào)節(jié)劑，它的作用是：調(diào)節(jié)鉆井液的流變性，攜帶巖屑，潤滑鉆頭，減少卡鉆，提高機械鉆速，并能防止發(fā)生井漏和坍塌。針對河南油田使用的鉆井液存在著控制泥頁巖分散能力不足的問題，通過現(xiàn)場試驗，推廣應(yīng)用了以聚丙烯酰胺鉀鹽TL-A02為主劑的控制性-鉀銨聚合物鉆井液。該聚合物依靠超長分子鏈多點吸附鉆屑，提高了鉆井液的控制包被能力和控制濾失能力；另外，與同區(qū)塊其他鉆井液體系相比，鉆井周期縮短了38.9%，提高機械鉆速24.7%（達11.29m/h）。
Ribeiro等利用PAM為原料，合成的鉆井液流型調(diào)節(jié)劑用在巴西Campos盆地附近的深井中，在高溫、高鹽的環(huán)境下，鉆井液流體表現(xiàn)出良好的潤滑性能和控制頁巖膨脹性，從而提高了鉆采效率。
針對大位移鉆井遇到的泥頁巖地層存在著水化膨脹縮徑和嚴(yán)重造漿的問題，研制出聚胺控制劑JAI、陽離子聚丙烯酰胺強包被劑PV等主要處理劑。以主要處理劑為基礎(chǔ)，合成的新型強控制胺基鉆井液具有很強的控制性和攜巖能力，抗鹽、抗鉆屑污染能力強，潤滑性良好，且具有一定的防塌作用，可以應(yīng)用于易水化的泥頁巖復(fù)雜地層的鉆進，并且環(huán)境保護性能較好。
合成了聚丙烯酰胺接枝共聚物，通過調(diào)整支鏈結(jié)構(gòu)及數(shù)量得到了性能優(yōu)良的水基壓裂液降濾失劑，該產(chǎn)品在147℃、鹽度飽和的水基鉆井液中，其API濾失量仍可保持在10mL以下。
2、結(jié)語
（1）聚丙烯酰胺在石油生產(chǎn)中作為驅(qū)油劑、壓裂液添加劑、堵水劑、鉆井液流型調(diào)節(jié)劑等已得到廣泛的應(yīng)用，它促進了油田工業(yè)的快速發(fā)展。
（2）目前，國內(nèi)聚丙烯酰胺產(chǎn)品存在種類較少、產(chǎn)品檔次低、產(chǎn)品中殘余單體含量較大、實際應(yīng)用效果較差等特點。另外，聚丙烯酰胺在使用時存在高溫水解、耐鹽性及耐剪切性差等問題。但伴隨油田工業(yè)的發(fā)展，可以通過先進的生產(chǎn)技術(shù)，提高聚丙烯酰胺的相對分子質(zhì)量，并通過引人其他官能團或共聚的方法提高它的耐溫抗鹽性、溶解性、攜帶巖屑能力、抗鉆屑污染能力，從而提高其在壓裂酸化、鉆井、固井、三次采油等油田開發(fā)中的應(yīng)用效果。
