国内外聚合物驱油应用发展与现状

国内外聚合物驱油应用发展与现状

一、聚合物驱油机理

聚合物驱(Polymer Flooding)是三次采油(Tertiary Recovery)技术中的一种化学驱油技术。聚合物有两种驱油机理，一是地层中注入的高粘度聚合物溶液降低了油水流度比，减小了注入水的指进，提高了波及系数（图1和图2），从而提高原油采收率[1-6]。二是由于聚合物溶液属于非牛顿流体，因此具有一定的粘弹性，提高了微观驱油效率[7-13]，从而提高采收率。常使用两种类型的聚合物[14]，一种是合成聚合物类，如聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺等；另一种是生物作用生产的聚合物，如黄胞胶。在长达30 年的聚合物驱室内研究和现场试验中，使用最为广泛的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物黄胞胶两种。由于生物聚合物黄胞胶的价格比较昂贵且易造成井底附近的井筒堵塞，除了在高矿化度和高剪切的油藏使用外，油田现场都使用人工合成的部分水解聚丙烯酰胺作为聚合物驱的驱剂。

图1 平面上水驱与聚驱示意图

图2 纵向上水驱与聚驱示意图

二、国内外驱油用聚合物现状及发展趋势

2.1国外驱油用聚合物的发展

由于经济政策和自然资源的原因，国外对聚合物驱油做了细致的理论及实验研究，但未作为三次采油的主要作业手段。驱油用聚合物的理论自80年代成熟以来，并未有较大突破，而其发展主要受限于成本因素。理论上，在油气开采用聚合物中，可以选用的聚合物有部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物、生物聚合物(黄胞胶)、纤维素醚化合物、聚乙烯毗咯烷酮等[15]。但己经大规模用于油田三次采油的聚合物驱油剂仅有HPAM和黄胞胶两类。人工合成的驱油用聚合物仍主要以水解聚丙烯酰胺为主。已产业化的HPAM产品包括日本三菱公司的MO系列，第一制药的ORP系列，三井氰胺的Accotrol系列；美国Pfizer的Flopaam系列，DOW的Pusher系列；英国联合胶体的Alcoflood系列；国SNF的AN系列HPAM聚合物。其中，Accotrol、Alcoflood较早在我国进行了油田实验，而大庆的最初的5万吨/年聚驱用HPAM装置是引进SNF的技术[16]。

驱油用聚合物目前在国外的消耗量不多，这主要是由于不同地区对三次采油的作业手段选择造成的。根据斯坦佛研究院统计2006年西欧用于聚合物驱油的HPAM消费量为2000吨，除中、美、日及西欧意外的其他地区消费量合计1000吨[17]。

对于提高聚合物的耐温抗盐性能，国外目前主要集中在聚合物的分子设计方面，主要思路如下:（1）通过选用碳链高分子和分子主链中加入可增加分子链刚性的环状结构来提高聚合物主链的热稳定性；（2）引入大侧基或刚性基团，引入大侧基或刚性基团可使聚合物具有较高的热稳定性；（3）引入抗盐的结构单元，如AMPS；可抑制酰胺基团水解的亲水结构单元，如NVP；耐水解的结构单

元，如N-烷基丙烯酰胺；（4）两性离子聚合物，通过在单体中同时引入阴阳离子，造成分子内及分子间静电作用而提高粘性，并实现单体对矿化度的缓冲性[18]。较新的文献也出现了聚合粘弹性表面活性剂的结构[19]。

对于制备手段，通常是以不同方式的自由基聚合实现。雪佛龙菲利普公司为了降低成本，很早就开始研究采用海水（33000mg/L）—高矿化度环境—作为溶剂的制备手段。DSC的HE－Polymer系列（雪佛龙菲利普公司）、BASF的Houstmar 系列、Degussa的Polydrill系列（已并入BASF）都是已经工业化的耐温、抗盐产品。其中HE－300型聚合物可在160℃及高矿化度下保持很好的粘性。然而由于价格因素，未大量应用于驱油，而是作为堵水、调剖、钻井液使用。

2.2国内驱油用聚合物的发展

我国油田大多属于陆相沉积，具有非均质性严重、油稠等特点，水驱平均采收率32％，并已进入注水后期。受到我国自然资源的影响，我国三次采油以化学驱（聚合物驱）为主要手段。科研人员围绕聚合物驱做了大量的工作，96年以来，聚合物驱配套技术日趋完善；97年我国聚驱增油量居世界首位；98年成为世界上最大的聚驱采油国；02年大庆油区聚驱产量超过1000万吨；03年，聚合物驱采油1234万吨。截止到2006年末，我国有18个聚合物及二元、三元复合驱油项目，分别分布大庆、胜利、新疆、吉林、辽河、河南、江汉、大港等油田[20]。

在我国，聚合物驱油广泛使用HPAM，效果良好，其年产量在15x104吨/年以上。2006年我国聚驱HPAM使用量为14.66万吨，占全国PAM总需求量的71％。大庆炼化是目前全球最大的驱油聚合物生产基地，产能10万吨/年[21]，此外胜利长安、北京恒聚等都有较大的生产能力。我国用黄胞胶进行驱油实验始于95年的胜利孤东油田。注入性与耐温性差、价格是HPAM的五倍等原因造成未能取得

好的效果。在新的粘弹性驱油理论中，黄胞胶还存在只有粘性没有弹性的问题。对于目前国内的II、III类油藏资源，HPAM和黄胞胶均难以满足高温高盐油藏的需要。因此，国内目前的研究工作主要集中在开发耐温抗盐驱油剂，包括天然聚合物改性、合成聚合物和高分子表面活性剂三个领域，其中合成聚合物仍然是近期水溶性耐温抗盐聚合物开发的主要发展方向。我国目前的耐温抗盐驱油用聚合物开发有如下几个发展方向[22]：

（1）HPAM超高分子量化：可以降低粘度下降的幅度，使最终保留粘度增大，但同时会导致溶解困难、易机械降解、易吸附、在低渗地层易截留等问题，其适用油藏范围十分有限。96年底，石油勘探开发研究院油田化学所生产出了分子量25.0x106的HPAM，并朝着生产更高分子量HPAM的目标努力。

（2）耐温抗盐单体共聚物：其主导思想是研制高浊点、在高温下水解缓慢或不发生水解的单体，如AMPS、NVP、AMB、VAM等。将一种或多种耐温抗盐单体与AM共聚，得到的聚合物在高温高盐条件下的水解将受到限制，不会出现与钙、镁离子反应发生沉淀的现象，从而达到耐温抗盐的目的。这类聚合物能够长期抗温抗盐，但是耐温抗盐单体成本高，共聚物分子量低，只能少量用于特定场合，大规模用于油田三采在经济上难以承受，还必须进行大量的攻关。国内开发较成功的该类聚合物有罗健辉等人[23-24]开发的梳形聚丙烯酰胺RSP系列(产品代号KYPAM)，它是具有梳型分子结构的超高分子量的AM/AHPE共聚物,其中共聚单体AHPE结构未知。此外，由欧阳坚等人[25-26]开发的尚未工业化的TS系列聚合物由丙烯酰胺、含支链的强极性单体(磺酸盐)和少量疏水性单体采用胶束聚合方法和复合引发体系共聚而成，其水溶性良好，抗盐、耐温以及抗剪切性能有显著改善，可望应用于油田实施污水配制聚合物溶液。