什么是抗鹽聚丙烯酰胺PAM絮凝劑？

【資料簡介】

　　什么是抗鹽聚丙烯酰胺PAM絮凝劑？
 

　　本文介紹了三次采油對聚合物性能提出的新要求，分析了目前聚合物驅(qū)油采用的普通聚丙烯酰胺在性能上存在的不足，通過對不同機理抗鹽聚合物的研究，指出抗鹽聚丙烯酰胺的發(fā)展方向和研究重點。
 

　　聚合物驅(qū)油工業(yè)化在我國已經(jīng)取得了巨大的成功，先后在大慶、大港、勝利、河南和新疆等油田進行了聚合物驅(qū)油的礦場試驗以及工業(yè)化推廣應(yīng)用，尤其是在大慶油田，經(jīng)過十年的礦場工業(yè)化擴大試驗后，2010年聚合物驅(qū)油產(chǎn)量已占到其總產(chǎn)量的40%，已經(jīng)成為保持穩(wěn)產(chǎn)的主要措施之一。
 

　　目前，聚合物驅(qū)油已成為油田一項重要的提高采收率方法，但隨著油田注聚合物規(guī)模的不斷擴大，清水的用量逐年增多，使含油污水采出量急劇上升，出現(xiàn)污水外排增加趨勢。含油污水礦化度較高，用于普通的聚合物配制時，在相同的濃度條件下，會使聚合物注入液的粘度降低，影響聚合物驅(qū)油效果。大慶油田每年排放的污水，不僅造成了4000多萬元的環(huán)保罰款，而且污水排放時還要交納大量的排污費，增加了油田聚合物驅(qū)油的生產(chǎn)成本。
 

　　隨著三次采油技術(shù)的發(fā)展，聚合物驅(qū)油技術(shù)對聚合物產(chǎn)品提出新的要求。具有抗鹽性能的高分子量聚合物產(chǎn)品，不但能夠利用采出污水進行聚合物配制，而且效果等同于清水配制，成為油田急需的產(chǎn)品。為適應(yīng)油田三次采油對高抗鹽、高分子量聚合物的要求，國內(nèi)外許多企業(yè)，研究機構(gòu)對抗鹽聚合物的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化做了大量的研究工作。
 

　　1、普通聚丙烯酰胺存在的不足
 

　　聚丙烯酰胺驅(qū)油技術(shù)已成為提高原油采收率的主要措施之一，然而，普通聚丙烯酰胺抗鹽能力較差，不僅不適用于高鹽油藏、不能用污水配置，而且注入后出現(xiàn)粘度大幅度下降，驅(qū)油效果變差。
 

　　目前在聚合物驅(qū)油的應(yīng)用過程中存在以下問題：
 

　?、贋榱诉_到一定的流度比，需要找到大量的清水源配置聚合物溶液；
 

　?、谝侵苯硬捎锰幚磉^的污水來配置聚合物驅(qū)替液，所需聚合物的濃度要有較大的增加；
 

　?、酃に嚿闲枰A(yù)先用水沖洗地層的注聚工藝，采油成本大幅度增加；
 

　?、軐τ谝恍┑貙铀V化度太高的油田和海上油田，使用配置的聚合物驅(qū)替液根本達不到經(jīng)濟驅(qū)油所需的流度比要求。
 

　　普通部分水解聚丙烯酰胺實際上是丙烯酰胺與丙烯酸鹽的共聚物，在去離子水中，由于聚丙烯酰胺分子內(nèi)羧酸基(鹽)的電性相互排斥作用，使聚丙烯酰胺分子呈伸展狀態(tài)，增粘能力很強；在鹽水中，由于聚丙烯酰胺分子內(nèi)羧酸基(鹽)的電性被屏蔽，聚丙烯酰胺分子呈卷曲狀態(tài)。水解度(羧酸基含量)越高，聚丙烯酰胺在鹽水中分子卷曲越嚴重，增粘能力越差。當聚丙烯酰胺水解度≥40%時，盡管聚丙烯酰胺分子卷曲非常嚴重，增粘能力大大下降，但不會出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象；在硬水(Ca2+，Mg2+含量較高時)中，當聚丙烯酰胺水解度≥40%時，聚丙烯酰胺分子與鈣、鎂等多價離子結(jié)合，會發(fā)生絮凝沉淀。在聚合物驅(qū)油時，在油田地層酸、堿或高溫條件下，聚丙烯酰胺分子中的酰胺基容易被水解，這是造成普通聚丙烯酰胺不具備抗鹽能力的主要原因。另外，部分水解直鏈聚丙烯酰胺通過提高分子量來提高粘度，但在盡可能提高分子量的同時，產(chǎn)品易支化，交聯(lián)，溶解性能無法保證。
 

　　2、抗鹽聚丙烯酰胺的分類
 

　　近年來，為解決上述問題，國內(nèi)外在聚丙烯酰胺抗鹽性能方面進行了廣泛研究，除通過增加聚合物鏈長的超高分子量聚丙烯酰胺外，按其抗鹽機理共分為以下幾種：具有抗鹽性能的功能單體共聚物，疏水締合聚合物，兩性共聚物、多元組合共聚物、共混共聚物。
 

　　目前，抗鹽聚合物主要有以下幾種：
 

　　(1)超高分子量的部分水解聚丙烯酰胺。雖然在高鹽環(huán)境中，聚合物分子鏈由于鹽敏性會發(fā)生塌陷，引起水動力學(xué)體積的降低，但是通過增加聚合物的分子量，增加分子鏈長，仍有助于增加溶液的粘度。
 

　　(2)疏水締合水溶性聚合物。由于其結(jié)構(gòu)特性，在外加鹽的作用下更有利于分子間發(fā)生締合形成網(wǎng)狀超分子結(jié)構(gòu)，HDV更進一步增加，即所謂的結(jié)構(gòu)粘度。按來源的不同，疏水締合水溶性聚合物可以分為疏水締合改性羥乙基纖維素類(HMHEC)；疏水改性脲烷類(HEUR)；疏水改性聚氧乙烯類(HMPEO)；疏水締合堿溶性乳液(HASE)；硫水締合改性聚丙烯酰胺(HMPAM)等。
 

　　(3)帶有耐鹽基團的水溶性聚合物，如在聚合物分子鏈上引入剛性基團或磺酸基團。在極性溶劑中，磺酸根離子的溶度常數(shù)KdSO32-，遠大于KdCO32-。因此，采用含磺酸根離子的單體共聚，得到的聚合物分子鏈上將帶有更多的負電荷數(shù)。高分子鏈的擴張因子αe，取決于分子的電荷數(shù)Cs，和原子數(shù)B。
 

　　αe5-αe3=Cs*√B
 

　　所以，在鹽水中，引人磺酸根離子的聚合物將會有比其他羧酸根陰離子聚合物更大的水動力學(xué)體積，增加了聚合物的耐鹽性。
 

　　(4)驅(qū)油用兩性離子聚合物。分子鏈上帶有正負兩種電荷基團的水溶性高分子，一般僅帶有較低的電荷密度。通過分子設(shè)計讓少量的正負兩種電荷合理分布到分子鏈上，聚合物在水溶液中由于正負離子的相互吸引而使分子鏈收縮，當加入小分子鹽時，由于反離子作用，壓縮雙電層，吸引力減弱，聚合物鏈逐漸得到伸展，其水溶液粘度不降反升，表現(xiàn)出十分明顯的“反聚電解質(zhì)效應(yīng)”。
 

　　3、抗鹽聚丙烯酰胺的發(fā)展方向
 

　　研究認為，影響聚合物溶液粘度的主要因素是：單個聚合物分子流體力學(xué)尺寸；分子鏈的剛性；分子間作用形成的高分子間的鏈束的流體力學(xué)尺寸。在提高分子量的同時，在側(cè)鏈上引入大分子取代基。以提高大分子鏈的剛性，并且要求大分子取代基上的極性基團對鈣、鎂離子不敏感，起到抗鹽作用。
 

　　(1)盡量提高聚丙烯酰胺的分子量，增加分子伸展程度來增加單個聚合物分子鏈的流體力學(xué)尺寸，增強高分子聚丙烯酰胺內(nèi)的排斥力，使其每個分子體積擴張，粘度加大，故分子量增加，在油層條件允許的注入壓力下，聚合物的分子量越大，增粘效果越好，且殘余阻力系數(shù)越大，提高采收率的效果越好。即使在高溫高礦化度環(huán)境下，盡管聚合物溶液粘度會降低，但由于聚合物分子量高，相應(yīng)其粘度仍將比較高，從而滿足工作液對聚合物增粘能力的要求。因此，解決聚合物稀溶液增粘性的主要途徑之一就是努力提高聚合物的分子量。
 

　　(2)通過引入抗鹽單體，增強聚合物分子鏈的剛性，增強聚合物水化能力，使得聚合物分子在高礦化度水溶液中可以保持較大的水動力學(xué)尺寸，增強聚合物耐鹽能力。