以聚合物为载体的三次采油技术实践探讨

郭尊成

(新疆克拉玛依市三达有限责任公司(油气田工程建设公司)，新疆 克拉玛依 834000)

引 言

石油资源，作为当今世界上最重要的战略资源，影响着社会经济建设、人民日常生活以及国家的安全发展。目前，我国的几大主力油田主要面对的问题为含水率一直居高不下，科学合理地利用聚合物的三次采油技术，是国内几大主力油田降低含水率、提高原油采收率的众多措施之一。该项技术最大的问题在于，聚合物普通聚丙烯酰胺抗稳盐性能差，极易造成环境污染，因此，研发新兴聚合物，就成为了油田推动开采进步的关键。

1 以聚合物为载体的三次采油技术概述

在石油开采行业中，一次采油指利用油层的能量进行石油开采；二次采油指给油层补充流动能量后进行开采；三次采油指用化学物质来改善油、水、气以及岩石互相之间的性能后进行开采。目前，在这三种采油方式中，因三次采油相比其他两种采油方式的采收率高，因此目前应用最为广泛的就是三次采油，它已经成为我国主力油田提高原油采收率，降低老油田含水率的主要措施，因此，推广三次采油，对我国石油工业的发展显得极为重要。目前，三次采油在大庆油田、大港油田、胜利油田、克拉玛依油田以及华北等油田的推广、试验已经充分证明，以梳子形聚合物分子结构来提高聚合物抗盐性能的开发思路，已经得到了成功的应用效果，相比普通聚丙烯酰胺，新型抗盐聚合物在达到降低10%成本的基础上，不仅能够有效提高环保效益，而且还可以使各大油田的采收率提高多达2%，继而对原油的可采储量值有着相当可观的提高[1]。

2 以聚合物为载体的三次采油技术分析

2.1 三次采油中聚合物驱所面对问题

目前，在三次采油作业中，化学驱已经被广泛应用到各大油田开采作业中，而这其中聚合物驱的使用比例相当之高。随着是石油开采行业的快速发展，采油实践工作面也随之不断扩大，开采深度、进度都不断强化、增加，加上开采作业须常年面对极其恶劣的油藏环境，三次采油实践中，对聚合物的抗温、抗盐性能都有着非常高的要求，而不同聚合物在性能方面的特点也各有不同，因此，如何有效解决在三次采油工作面中高温、高盐对聚合物黏度的影响，一直是采油实践中必须高度重视的问题。

目前，针对这一问题，有两条可采取路径：第一条，引入可以同二价离子之间发生沉淀反应的有机类/无机类，将二价离子对聚合物黏度水平的影响有效降低。第二条，通过引入其他特殊功能的结构单元，或是直接将聚合物改性，进而将聚合物的抗盐性、抗温性进行提高。

2.2 三次采油中聚合物驱问题对策

1) 采用两性聚合物

采用两性聚合物，将聚合物的分子链作为基础，引入阳离子基团和阴离子基团。当处于盐水环境下，盐水会削弱、屏蔽聚合物分子中阴性离子、阳性离子相互的吸引力。故而当处于盐水环境下，聚合物分子会呈较舒展状态。相反，当处于淡水反映的环境中，阴性离子和阳性离子在聚合物内会互相吸引，聚合物分子就会出现性状上卷曲改变，进而导致聚合物黏度上升，可以理解为，黏度下降的幅度降低。

研究人员实验表明，可以先得到具有互传网络结构的疏水缔合型两性聚丙烯酰胺去油剂乳液，随后，再通过调整酰氧乙基三甲基氯化铵以及丙烯酸十八酯的用量，便可得到具备了高黏稠性和高抗盐性的两性聚合物。通过这个实验充分表明，当两性聚合物满足大分子净电荷为0，或是两性聚合物满足分子链所对应的正、负电荷保持一致的状态下，分子的舒展度，即使在不同矿化度的盐水中，也不会有明显的变化，也就是说对其黏度的性能不会有过大影响，具备较好的抗盐性。

但是，在使用两性聚合物期间需要注意，两性聚合物的溶解力因受到了分子内部阴、阳离子基团的内岩结构影响会变得比较差。但三次采油作业对聚合物黏度的要求较高，因此，只有丙烯酰胺单体参与共聚反应，才能达到目的，同时确保经济效益。此外，包含了丙烯酰胺的两性聚合物，会随着时间延长出现老化，其溶液中的阴离子会不断增加，分子链对应的正、负电荷基团的数目会出现失衡的现象，同时，随着矿化程度越来越严重，分子链的卷曲程度也会逐渐增大，进而导致抗盐性能降低。因此，基于两性聚合物的特点来分析，在将两性聚合物应用于三次采油的阶段，近井地带会吸附大量的聚合物，直接影响到三次采油的效率，甚至会增加三次采油的成本。从这一角度来说，两性聚合物，应用到三次采油的实践中还是有一定的限制条件[2]。

2) 梳形聚合物

梳形聚合物是指将高分子链作为基础，将亲油属性的基团以及亲水属性的基团引入，因为两种基团会互相排斥，进而会导致分子间性状上卷曲改变，明显减少缠结现象。在溶液中，高分子链以梳形进行排列，会使分子链的刚性水平得到明显增加，使其卷曲难度更大，同时，与之相应的水力学半径会有所增大，最终达到提高抗盐性能的目的。根据有关科学调查，梳形聚合物在盐分环境中，与其他超高分子质量聚丙烯酰胺对比，增黏的能力可以提高至50%以上。

3) 多元组合共聚物

在三次采油作业中，对单纯聚合物的应用具有一定的局限性，因此，可以通过将多种类型的聚合物分子进行综合的方式，来弥补单纯聚合物存在的应用局限性。多种类型聚合物分子方式的综合，指将阴、阳离子单体以及耐温提高抗盐单体等，以单一聚合物作为组合的工具，以达到聚合物的抗温、抗盐性能，使其可以顺利应用于三次采油作业中。多元组合共聚物的研究，也是目前国内外最热门的研究话题[3]。

3 聚合物驱三次采油的实际应用

本文以胜利油田为例，阐述聚合物驱三次采油在油田中的实际应用。

3.1 油藏制约条件

根据化学驱适用性评价标准进行判断，胜利油田对化学驱存在的制约因素包括地层温度较高且地层水的矿化度较高。

1) 地层温度高：适合化学驱的资源大体分为四类油藏，其中，油藏较好的Ⅰ类资源，其地层温度高于70 ℃，地层水矿化度为10 000 mg/L，Ⅱ资源地层温度保持在70 ℃～80 ℃，地层水矿化度为10 000 mg/L～30 000 mg/L,第Ⅲ类地层温度达到了90 ℃，地层水矿化度大于30 000 mg/L。

2) 原油黏度高：生理油田的地下原油黏度大于40 mPa·s，有超过60%的储藏量，占总储藏量的25%。

3) 动态非均质性严重：在生理油田中，适合化学驱的为疏松砂岩常规稠油油藏，在开采阶段，主力单元注水平均达到1 PV，最高单元达到3PV，长期高强度注水导致大孔道的发育、非动态均质性严重，部分强水洗油田达到2.6 h推进速度，三次采油风险大。

4) 老井井况差，井网不完善。

5) 淡水资源紧张，污水排放难度大。

3.2 应用规模及效果

胜利油田的三次采油技术经历了“七五、八五、九五、十五”四个阶段，三次采油的应用规模不断扩大，其覆盖储量3.18亿t，占油田总储量的8%，其中，聚合驱产油量占油田总产量14%，达到10 024 t/d，每吨聚合物平均可以增产原油41 t，其中的主力采油单元达到了80 t～100 t，30个化学驱至2005年为止，采收率提高了3.54%，推测增加的可采量最终将达到2 156万t。

3.3 三元复合驱油体系实验

为探索三元复合驱在胜利油田的适用性，研制了低价高效乳化的三元弱碱配方，在孤岛油田进行试验，试验区地质储量197万t，面积0.61 km2，注入井、生产井分别为6口、13口，实验结果全部见效，日产油提高2.3倍，含水率下降12.7%，提高采收率12.01%[4]。

3.4 聚合物驱整体大面积试验

随着聚合物驱的应用规模不断扩大，在“八五”到“九五”期间，通过在孤东和孤岛的聚合物驱扩大试验，形成了与I类油藏配套的聚合器驱方法，并制定了技术质量标准，确定了污水稀释注入、清水配置母液的配注方式，将油藏的方案设计、主材工艺、地面工艺以相机及动态监测加以完善，并推广16个单元应用聚合物驱，随后全部见效，提高了7.3%的采收率。

“九五”中期。Ⅱ类油藏资源成为采油资源的接替对象，针对其高于Ⅰ类油藏的地层温度和地层水矿化度进行攻克，在胜一区单元开展聚合物驱测试，最后得出结论，含水率下降14.3%，提高最终采收率7%，日产油提高2.2倍，证明了Ⅱ类油藏适合开展聚合物驱技术。由于当时使用的是紧扣聚合物和清水配注，因此在2002年3月，再次开展了Ⅱ类油藏注聚扩大试验，其含油面积达到6.41平方公里，注聚井、生产井分别达到了30口和75口，试验后全部见效，全区含水率整体下降7.2%,日产油量提高1.5倍，实现了聚合物驱油技术针对胜利油田I类和Ⅱ类油藏的开采技术突破。

4 结语

在我国采油行业多年的发展过程中，运用三次采油技术为行业带来的成效十分显著，尤其是以聚合物为载体的三次采油技术，已经大规模地应用到了大庆油田、胜利油田等多个油田中，同时各大油田对聚合物驱进行不断的试验、推广，大幅度提高了原油采收率。基于以上背景，应该将新型抗温抗盐聚合物的研究工作，作为石油工业未来发展的重点工作[4]。

参考文献：

[1] 黄成龙.三次采油技术在石油行业中的应用及发展探析[J].化工设计通讯,2017,43(3):16.

[2] 程亚敏,李艾玲,马玉琪,等.石油开采三次采油技术应用现状及发展展望[J].广州化工,2017,45(7):1-2.

[3] 李有福,杨宏涛,亓宗凯,等.聚合物在三次采油技术中的作用分析[J].科研,2016(3):21.

[4] 毕家平.聚合物分散技术在三次采油中的应用研究[J].科技创新导报,2010(22):9.