聚丙烯酰胺提高油田采收率的原理

于力恒

（大庆油田化工有限公司，黑龙江大庆 163114）

在通过聚丙烯酰胺进行油田开采作业的过程中，为实现其采收率的进一步提升，油田企业、研究者和相关技术人员首先需要对聚丙烯酰胺的理化特征及其在油田中的适用条件加以明确，然后对其在油田采收率提升中的主要作用原理进行分析，同时应结合当今油田开采的实际情况及其实际需求，对聚丙烯酰胺在其中的主要发展趋势进行科学分析。通过这样的方式，才可以让聚丙烯酰胺在油田开采中发挥出充分的驱油优势，以此来确保现代油田的开采效率，进一步满足当今社会对于石油的应用需求，促进油田企业的良好经营与发展。

1 聚丙烯酰胺概述

1.1 聚丙烯酰胺简介

聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺均聚物或和其他单体共聚形成的一种水溶性高分子聚合物。因为其结构单元中有酰胺基存在，且很容易形成氢键，所以聚丙烯酰胺的水溶性良好，且化学活性也很高，在交联或接枝作用下，便可实现多种网状结构或支链结构改性物的获得。这些改性物可以在农业、医药、造矿、造纸、纺织、水处理以及石油开采等领域中用作助剂，目前已经在诸多领域中得到了广泛应用[1]，尤其是在石油开采领域中，聚丙烯酰胺更是发挥着至关重要的驱油作用。

1.2 聚丙烯酰胺的理化特性分析

在常温条件下，聚丙烯酰胺为白色颗粒或粉末，在高温条件下，聚丙烯酰胺将会出现玻璃化、软化、热分解等情况。完全干燥的聚丙烯酰胺会呈现出白色固体状态，且具有一定的脆性。在水中，聚丙烯酰胺极易溶解，水的pH、温差以及搅拌时间都会对其溶解性产生直接影响。而在很多的有机溶剂中，聚丙烯酰胺都不溶，即使溶解，其溶解程度也会非常有限，且只有在加热情况下才可以部分溶解。表1为聚丙烯酰胺的主要物理性能参数。

表1 聚丙烯酰胺的主要物理性能参数

因为分子键侧基的酰胺基非常活泼，所以聚丙烯酰胺聚合物能够产生很多化学反应。表2为聚丙烯酰胺的几种主要化学反应原理及其应用情况。

表2 聚丙烯酰胺的几种主要化学反应原理及其应用情况

1.3 聚丙烯酰胺所适用的油藏条件

在石油开采过程中，聚丙烯酰胺的应用可显著提升其采收率，但是由于受到自身理化特性的影响，聚丙烯酰胺并非在所有油藏条件中都适用。就目前来看，聚丙烯酰胺所适用的油藏条件主要包括以下几个方面：第一，对于非均质油藏，因为非均质地层的影响，使其对于储层中的渗透率变异系数具备一定要求。经研究发现，在储层中的变异系数为0.7以下时，聚丙烯酰胺便可发挥出良好的驱油效果。第二，因为聚丙烯酰胺的化学活性很高，且受热容易分解，所以在一些深度较大的油层中，由于其中的温度以及水矿化度的增加，聚丙烯酰胺也会出现降黏分解情况。虽然目前的研究依然无法对地层温度和深度之间的关系标准加以科学建立，但是在以往的实践应用和研究中，人们普遍认为，只有在油层温度处于70℃及以下的条件下，聚丙烯酰胺才可以发挥出较好的驱油效果[2]。第三，在通过聚丙烯酰胺进行驱油的过程中，原油黏度也会对其驱油效果产生很大程度的影响。如果原油具有较高黏度，其渗透阻力便会较大，驱油中的驱替压差会增加，这样便可显著提升聚丙烯酰胺的驱油效果。但是如果原油黏度不足，水驱采收率便会提升，从而导致聚丙烯酰胺无法发挥出显著的驱油效果。基于此，在具体的采油过程中，采油企业还需要合理确定油藏中的原油黏度范围，在确保原油黏度足够的情况下才可以让聚丙烯酰胺发挥出良好的驱油效果。第四，对于聚丙烯酰胺的驱油效果而言，其本身的注入黏度和注入速度也具有很大程度的影响作用。聚丙烯酰胺聚合物的注入黏度越大、注入速度越快，其驱油效果就越好，持续作用时间也会越长（通常可持续几年 时间）。

2 聚丙烯酰胺提高油田采收率的主要原理分析

2.1 通过流度比的优化来提高油田采收率

在油田开采工艺中，通过聚丙烯酰胺提升其采收率的一项重要机理就是将水相流度比降低。在对非均质地层中的油藏实施水驱时，其进水现象通常会比较严重。之所以会出现这样的情况，是因为非均质地层中的地质构造十分复杂，从而对油田水驱效果产生了不良影响。而在将含有聚丙烯酰胺的水注入到油层中之后，便可让非均质地层对于驱替作用所产生的不良影响得以显著降低，从而实现平面波的良好改善，并实现油田驱替效率的进一步提升。

对于非均质垂直地层中的油藏而言，当聚丙烯酰胺溶液被注入地层之后，会先将高渗透层“堵”住，使水驱能够顺利地进入到低渗透层中继续驱替[3]。在此过程中，借助于聚丙烯酰胺溶液所具有的高黏度特性，不仅可实现波及体积的进一步增加，同时也可以实现驱油效率的显著提升。

对于均质地层而言，由于注入水黏度和原有黏度之间具有较大的差异性，所以水驱效果也会受到一定程度的不良影响。在这样的情况下，可以将含有聚丙烯酰胺的水注入其中，让注入水具有更高的黏度，这样便可实现水相渗透率的有效降低，使油田中含水率上升的情况得以有效延缓，从而提升油田的驱替效果，使其采收率得以有效提高。

2.2 通过黏滞效应来提高油田采收率

在将含有聚丙烯酰胺的驱油水注入到油田地层中之后，借助于聚丙烯酰胺所具有的黏弹性效应，可将水相黏度增加，从而降低其在地层中的渗透率，这样便可有效降低油相渗流过程中的摩擦阻力，达到良好的驱油效果。在流动通道内，聚丙烯酰胺溶液分子可“填平”或“拉伸”通道中的凹陷，这样便可让孔隙夹缝中存在的“海恩斯跳跃”（由多孔隙形成的毛细网络使孔隙截面瞬息万变极不平衡，从而对渗流效果产生无规律的不良影响）得以有效消除[4]。在这样的情况下，孔道内部的残余油将会呈现出活塞式推进形式，从而让原油采收率在微观角度上得以显著提升。

2.3 通过吸附作用来提高油田采收率

在油藏通道内，聚丙烯酰胺溶液通过时将会对其孔隙表面产生很大程度的吸附作用。在这样的情况下，聚丙烯酰胺会吸附在孔隙表面上，从而将孔隙中的水体封堵住，且不会对油液流动产生影响。借助于这一吸附作用，可使油田采收过程中的孔隙介质具有更低的渗透率和更高的渗透阻力与驱动压差。通过这样的方式，便可让油层具有更大的波及体积，从而实现油田采收率的进一步提升。

3 聚丙烯酰胺在油田开采中的主要发展趋势分析

为有效适应当今油田开采的实际工作需求，提升油田采收率，聚丙烯酰胺也应该朝着更加先进的方向发展。就目前的油田开采技术实际应用及其发展情况来看，聚丙烯酰胺在其中的主要发展趋势包括两个方面，第一是实现抗盐性和耐高温性的进一步提升，第二是朝着超高相对分子量的方向发展。

3.1 抗盐性和耐高温性的提升

对于油田采收率而言，普通形式的聚丙烯酰胺确实可以起到良好的促进作用，且其应用价值也比较好。但是就实际应用而言，聚丙烯酰胺依然具有相应的局限性，其中最为典型的局限性有两个，第一是普通形式的聚丙烯酰胺并不具备足够的抗盐能力，第二是普通形式的聚丙烯酰胺并不具备足够高的耐高温能力。而在遇到此类情况时，聚丙烯酰胺将很容易出现不良变化，从而对其应用效果产生不利影响，导致油田采收达不到理想的 效率。

基于此，很多研究者开始对普通形式的聚丙烯酰胺进行不断地开发与改进，并将一些具有良好抗盐性以及耐高温性特征的结构体或基团注入到了聚丙烯酰胺中，从而让新型的聚丙烯酰胺具备了更好的抗盐性和耐高温性特征。比如，在将R-SO3H注入到聚丙烯酰胺中之后，制成的新型聚丙烯酰胺就具备了更好的抗盐性以及耐高温性特征，此种新型聚丙烯酰胺也被叫做抗盐耐高温聚丙烯酰胺。

但是在当今，抗盐耐高温形式的新型聚丙烯酰胺依然并未被广泛应用到油田开采领域中。之所以会出现这样的情况，是因为应用在其中的结构体或基团数量依然较为稀少，这些现实问题需经过进一步的研究来解决。但是自从此类新型聚丙烯酰胺出现之后，聚丙烯酰胺在油田开采领域中也获得了一个全新的发展思路和发展方向。既然其抗盐性和耐高温性能可以通过相应结构物或基团注入的方式来进行改进，那么对于聚丙烯酰胺的其他局限性，也可以尝试着通过相应结构物或基团注入的方式来实现进一步改良。比如，可通过一定的结构物或基团注入的方式来提升聚丙烯酰胺自身的耐水解能力。这样不仅可有效促进聚丙烯酰胺制作工艺的进一步发展及其应用性能的不断提升，同时也可以为油田采收率的提升提供更多帮助。

3.2 超高相对分子量方向的发展

超高相对分子量就是具有很大的分子量，如果聚丙烯酰胺具备了这一特征，其黏度将会变得很高，且不易在各种影响因素作用下出现黏度下降情况。这样的聚丙烯酰胺不仅会具备更强的黏滞效应，同时也会具备更好的吸附作用，将其应用到油田开采中，便可实现油田采收率的显著提升。同时，如果聚丙烯酰胺具有了超高相对分子量，其抗剪切作用也会更加良好，从而使其在“海恩斯跳跃”现象应对中的表现更加突出，且其稳定性也会变得非常强，即使是在一定的维度条件下，如果聚丙烯酰胺具备了超高相对分子量，其黏度降低幅度也会变得非常小，从而具备更好的稳定性。

基于此，已经有越来越多的研究者开始对此种聚丙烯酰胺进行研究，且获得了一定的研究成果。目前，已经有相对分子量超高的聚丙烯酰胺被研制出来，且在我国的大庆油田开采中投入应用。经实际应用发现，具有超高相对分子量的新型聚丙烯酰胺可显著提升油田采收率，与普通形式的聚丙烯酰胺相比，其采收率可提高20%左右。

但是由于此种新型聚丙烯酰胺的研究和应用时间都比较短，所以并未在我国的油田开采工作中得以全面普及。但是相信随着此项聚丙烯酰胺改进工艺的发展及其应用质量的提升，具有超高相对分子量的聚丙烯酰胺将会在我国未来的油田开采中得以广泛应用，并在其中发挥出更好的驱油效果，从而实现油田采收率的进一步提升。

4 结语

聚丙烯酰胺是油田开采领域中的一种主要驱油物质。将聚丙烯酰胺溶液合理注入到油藏地层中，便可充分发挥出其驱油效果，从而实现油田采收率的显著提升。基于此，在油田开采过程中，油田企业、研究者和技术人员应充分注重聚丙烯酰胺的作用机理，并以此为依据，对聚丙烯酰胺加以合理应用，同时也需要对其进行进一步的研究与改进，使其在原有基础上具备更好的驱油作用优势。