聚丙烯酰胺的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和齊全的品種使之在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用，尤其是在油田中，本文介紹了聚丙烯酰胺在鉆井過程中的五個(gè)作用，分別是聚丙烯酰胺的降濾失作用、聚丙烯酰胺的絮凝作用、聚丙烯酰胺的防塌作用、聚丙烯酰胺的降粘作用、聚丙烯酰胺的堵漏作用。

聚丙烯酰胺是一類多功能的油田化學(xué)處理劑，廣泛應(yīng)用到石油行業(yè)中，尤其是在鉆井、三次采油和堵水調(diào)剖領(lǐng)域中。聚丙烯酰胺的較大用戶是石油行業(yè)，聚丙烯酰胺聚合物的科技進(jìn)步加速了石油行業(yè)的發(fā)展，而石油行業(yè)的需求又加快了聚丙烯酰胺聚合物的科技創(chuàng)新和發(fā)展。

在二十世紀(jì)早期，使用的是清水作為鉆井液和在鉆井過程中混入的泥巖巖屑形成自然泥漿，直到20世紀(jì)40年代-50年代，聚丙烯酰胺作為鉆井液才開始應(yīng)用到鉆井中，使鉆井液的發(fā)展發(fā)生了重大變化，不僅使鉆井速度取得提高，而且使鉆井液的種類由過去的天然聚合物類向合成類方向發(fā)展，使鉆井液工藝技術(shù)進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展階段。

1、聚丙烯酰胺的降濾失作用

鉆井液在鉆井過程中濾失量比較大，很容易引起泥頁(yè)巖的垮塌和水化膨脹，使井壁不穩(wěn)定；鉆井液和濾液侵入地層，將會(huì)引起粘土膨脹，堵塞地層油氣流通道，損害產(chǎn)層，在濾失量增加的同時(shí)濾餅增厚，使井徑縮小，鉆具扭矩增加、起鉆時(shí)引起抽汲、下鉆時(shí)引起大的壓力波動(dòng)、容易造成壓差卡鉆，同時(shí)厚濾餅影響注水泥的質(zhì)量，增加了地層評(píng)價(jià)的困難，增加了隱患。

分子量在十萬和二十萬之間的聚丙烯酰胺作降濾失劑較為合適。經(jīng)堿中和丙烯酰胺的共聚物產(chǎn)物在降濾失量的同時(shí)還具有增粘作用，不僅提高鉆井液的剪切稀釋能力，還能有效的起到調(diào)節(jié)流型的作用，在油田鉆井液中取得了較廣泛的應(yīng)用。將粉末狀水解聚丙烯酰胺與適量的碳酸鉀混合，再分散到加油懸浮穩(wěn)定劑的白油中制得的分散懸浮型產(chǎn)物，將比傳統(tǒng)的方法要好很多。磺化后的聚丙烯酰胺不僅耐高溫，還有一定的防塌能力。

2、聚丙烯酰胺的絮凝作用

鉆井液中的固相是影響鉆井液成本和速度的關(guān)鍵之一。在二十世紀(jì)六十年代末，國(guó)外將高分子絮凝劑引入鉆井液，不分散低固相聚合物鉆井液取得應(yīng)用，從而使鉆井液速度取得了大幅度提高，成為當(dāng)代鉆井行業(yè)中四項(xiàng)重要技術(shù)之一。高分子絮凝劑可以使鉆井液中的鉆屑和劣質(zhì)土處于不分散的絮凝狀態(tài)，以便使用機(jī)械固控設(shè)備將其清除，較好地解決了分散型鉆井液體系中鉆屑的分散和累積問題，不僅加速了機(jī)械鉆速，還降低了鉆井過程中的許多復(fù)雜情況，較好的保護(hù)了油氣層，使鉆井成本降低。在鉆井液中使用的聚丙烯酰胺絮凝劑有非水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺。

水解聚丙烯酰胺是選擇性絮凝劑，非水解聚丙烯酰胺是全絮凝劑。非水解聚丙烯酰胺的分子中只有極性的酰胺基團(tuán)，既不帶負(fù)電荷，水化膜薄，與劣質(zhì)土和優(yōu)良土之間的排斥力都較小。當(dāng)與這兩類顆粒相遇時(shí)，都能發(fā)生架橋和吸附。而水解聚丙烯酰胺絮凝劑既絮凝鉆井液中鉆屑，又絮凝鉆井液中的優(yōu)良土，起全絮凝的作用。當(dāng)水解聚丙烯酰胺達(dá)到一定水解度后，帶有較高的負(fù)電荷密度，也有較厚的水化膜。當(dāng)與優(yōu)良土顆粒接近時(shí)，彼此之間就產(chǎn)生大得靜電排斥力和水化膜排斥力，就難以吸附優(yōu)良土顆粒；而當(dāng)與鉆屑接近時(shí)，就容易產(chǎn)生吸附作用，形成絮凝團(tuán)塊，從鉆井液中除去，起到選擇性絮凝的作用。一般水解聚丙烯酰胺的分子量大于兩百萬，水解度在百分之30左右的效果比較好。

3、聚丙烯酰胺的防塌作用

井壁受一些因素的影響不能保持其原始狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為井壁不穩(wěn)。影響井壁穩(wěn)定的因素很多，主要是地質(zhì)因素、工程因素、物理化學(xué)因素。在鉆井液中添加某些聚合物可引起井壁的穩(wěn)定作用。這些聚合物穩(wěn)定井壁的作用大多是通過以下三種途徑，即聚合物分子的多點(diǎn)吸附作用，護(hù)膠作用和堵孔作用，可以保護(hù)鉆井液中得溶膠顆粒，防止濾液滲入地層引起粘土水膨化。

常用的聚合物類防塌劑有聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺和磺化聚丙烯酰胺。水化基團(tuán)的水化作用能形成可壓縮性泥餅，阻止水向地層滲透，防止粘土水化膨脹。

4、聚丙烯酰胺的降粘作用

鉆井液的粘度會(huì)在3種情況升高：

① 在受到無機(jī)電解質(zhì)侵污時(shí)，粘土顆粒的雙電層被壓縮，粘土顆粒邊角處的靜電荷減少，水化層變薄，粘土顆粒容易彼此形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，自由水大量減少，造成鉆井液的切力和粘度增加；

② 鉆井液中固相顆粒增多，顆粒間的距離減少，有利于黏土網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，引起鉆井液的切力和粘度增高；

③ 在含有聚合物的鉆井液中，由于黏土與聚合物或聚合物分子之間的相互作用，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，也是引起鉆井液切力增加和粘度升高的原因。

鉆井液的切力和粘度過高，會(huì)使鉆井液流動(dòng)阻力增加，能耗增加，使鉆速降低，有時(shí)引起卡鉆、鉆頭泥包、鉆屑在地面不易除去和鉆井引入脫氣困難等問題。分子量較小的聚丙烯酰胺類聚合物，可以用作鉆井液稀釋劑。

5、聚丙烯酰胺的堵漏作用

鉆井液漏失需用堵漏劑封堵。鉆井液漏失的原因主要有溶洞性漏失、滲透性漏失和裂縫性漏失。

① 由于高滲透的砂巖地層或礫石地層引起鉆井液的漏失稱為滲透性漏失；

② 礫巖和灰?guī)r地層天然存在的天然裂縫及由鉆井液壓力降礫巖和灰?guī)r地層壓開所形成人工裂縫引起鉆井液的漏失稱為裂縫性漏失；

③ 由溶洞地層引起鉆井液的漏失稱為溶洞性漏失，這類漏失經(jīng)常出現(xiàn)在灰?guī)r地層。

對(duì)于滲透性地層的堵漏可采用聚丙烯酰胺在該地層中形成凝膠堵漏。

對(duì)于裂縫性和溶洞性地層堵漏，可以采用體積膨脹型聚丙烯酰胺凝膠顆粒，當(dāng)凝膠顆粒直徑大于裂縫窄部寬度或溶洞進(jìn)出口直徑的三分之一時(shí)，就可通過顆粒的橋接產(chǎn)生滯留，形成濾餅將漏失地層堵住，還可將聚丙烯酰胺或體積膨脹型聚丙烯酰胺與水泥或礦物性材料混合使用，以提高封堵強(qiáng)度。

6、總結(jié)

聚丙烯酰胺在石油工業(yè)中用作驅(qū)替劑、壓裂液添加劑、油田污水處理劑等，是聚丙烯酰胺的發(fā)展促進(jìn)了油田工業(yè)的發(fā)展；如果沒有聚丙烯酰胺的支持，油田也不會(huì)發(fā)展如此之快。