甲基丙烯酰胺类聚合物在油田中的应用

2020-10-20 07:52
 
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  第2天,一个无知的谣言出现了:星巴克咖啡致癌。


  原因是星巴克咖啡被发现含有致癌物质:丙烯酰胺,各种媒体和专家都有传言。丙烯酰胺对人类的致癌性尚不清楚,在其对动物致癌性的研究中,实验量非常大,相当于人类膳食摄入量的1000到10000倍,可见动物的致癌性。


  什么是丙烯酰胺


  丙烯酰胺是一种白色晶体化学物质,是生产聚丙烯酰胺的原料。聚丙烯酰胺主要用于净水处理、纸浆加工和管道内涂层。用于测量相对分子质量和调整油田注水井吸水剖面。本品与引发剂混合,注入注水井高渗透层,聚合成高粘度聚合物。


  丙烯酰胺聚合物在油田中的应用


  钻井液中的应用


  自20世纪70年代以来,丙烯酰胺聚合物作为絮凝和包覆剂广泛应用于钻井液中,并逐渐成为低固相不分散钻井液体系,有效控制了地层造浆,大大提高了井壁稳定性,在提高钻井速度方面取得了显著效果。


  从聚丙烯酰胺的初始水解和部分水解,发展成大、中、小分子量的不同guan能团(钙、钠、铵盐)的衍生物或接枝共聚物,如用作絮凝剂的AA、AM共聚物;井壁稳定剂或页岩抑zhi剂AA、AM共聚物或聚丙烯酰胺水解物的聚丙烯酸钾(kpa   AM);丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酰胺丙基3甲基lv化铵和淀粉的接枝共聚物,以及延伸到乙烯基磺酸盐、乙烯基吡咯烷酮和带有阳离子guan能团的化合物的聚合物,如:2-羟丙基二甲基lv化铵、lv乙基3甲基lv化铵、羟丙基3甲基lv化铵的混合物等。


  这种产品对蒙脱石含量高的地层有突出的抑zhi作用,但目前不适合深井,特别是硬脆地层。为了提高泥饼的质量,减少高温高压过滤,需要加入一些磺酸盐。解决高温、高压、深井等复杂地层的钻井液技术问题,仍然是国内外油田化学家的主要目标。国外钻井液添加剂的发展经历了20世纪80年代的高chao后,逐渐进入稳定期。20世纪90年代,钻井液添加剂在高效、低成本、一剂多效、保护油气层等方面得到了发展。新产品的研发取得了很大进展。


  鉴于耐温耐盐的需要,目前国内正在开发AMPS共聚物,产品的工业化生产正在逐步实施。该领域的研究主要包括降滤失剂和降粘剂。


  在驱油中的应用


  石油是目前最重要的能源材料之一,但由于我国大多数油田的储层属于陆相沉积,油层复杂含水率上升较快,约三分之二的原油储量仍在地下,无法开采因此,提高原油采收率已成为我国陆上石油工业可持续发展的一项紧迫战略任务,而聚合物驱三次采油技术是提高原油采收率的重要手段。


  最早开发和最常用的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺。虽然在大多数油田条件下,聚丙烯酰胺可以有效地用于聚合物驱,但限于低硬度,因为酰胺基水解后会产生羧基,与油田中存在的Ca2、Mg2反应,使聚丙烯酰胺沉淀。


  为了提高聚合物的热稳定性,通常加入抗氧化剂稳定剂,如硫脲和连二亚硫酸钠。为了减少酰胺基的水解,提高聚丙烯酰胺在盐水中的热稳定性和溶解性,研究人员对驱油用丙烯酰胺共聚物进行了一些探索工作,合成了一些耐温抗盐的聚合物驱油剂,如2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸/丙烯酰胺/马来酸酐共聚物、丙烯酰胺/N,N-二甲基丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸共聚物、丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸/2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸共聚物、丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸/乙烯基吡咯烷酮共聚物、丙烯酰胺丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸/2-甲基丙烯酰胺基-氧乙基二甲基十二烷基共聚物、丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/2-丙烯酰胺十六烷基磺酸/二乙基二烯丙基lv化铵共聚物、丙烯酸单体和阳离子疏水单体。


  酸化压裂中的应用


  酸化压裂是提高油井产量的重要方法。稠化酸是酸化压裂中常用的酸。增稠剂是用来增加酸的粘度,减缓H随岩shi表面的扩散速度,降低酸的消耗速度。


  从而减少流体滤失,延缓酸岩反应,增加裂缝宽度,提高渗透率,增加穿透距离。增稠酸的关键是增稠剂,增稠剂要求耐盐、抗剪切降解、热稳定性好、低残留。


  近年来,国内外研究开发了丙烯酰胺聚合物增稠剂,主要是:


  (1)聚丙烯酰胺聚合物主要包括(烷基)丙烯酰胺与丙烯酸衍生物的共聚物和烷氧基化丙烯酰胺烷基磺酸聚合物。


  (2)粘性丙烯酰胺聚合物主要有(烷基)丙烯酰胺和丙烯酸乙酯二乙基甲基硫酸铵共聚物,(烷基)丙烯酰胺和甲基丙烯酸乙酯3甲基甲基硫酸铵共聚物,丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸共聚物。在防垢防垢方面的应用


  在油气田和生产中经常会遇到水结垢。油田注水结垢会降低油气产量,缩短设备使用寿命。为防止结垢,应在地面工艺、油井和注水站的系统中连续或间歇添加阻垢剂。


  目前,聚合物广泛用于油田防垢,聚丙烯酸是其中的代表。聚丙烯酸是目前应用广泛的一种阻垢剂,无毒,不污染环境,防垢率高。然而,在高温、高酸碱度和高钙水含量下,防垢能力变差。研究人员已经讨论过这个问题。


  魏(重庆大学化学化工学院)等人用丙烯酰胺、丙烯酸和马来酸酐合成三元共聚物阻垢剂。防垢率随着水温的升高而降低,适用于70的防垢。当Ca2浓度为20010-6,用量为1010-6时,防垢率可达90%以上。


  赵(北京大学化学与分子工程学院)等人引进、AA、AM进行三元共聚,提高了阻垢剂在高温、高pH值、高Ca2含量下的阻垢能力。该产品对碳酸钙垢和硫酸钙垢有很强的阻垢能力,具有用量少、作用时间长的优点。特别是对于硫酸钙垢,其防垢效果更好,其耐温性、耗量和作用时间均优于碳酸钙垢。


  在堵水调剖中的应用


  油井出水是目前油田开发中普遍存在的问题,尤其是为了维持地层压力,早期注水开发的油田出水尤为严重。这不仅使地面的降水工作量越来越大,而且使原来经济效果好的生产井变成了没有工业开采价值的井。


  因此,油井堵水是保持稳定增产的技术经济措施。水解聚丙烯酰胺通过其分子中羧基和酰基的亲水性吸附在岩shi表面,未被吸附的长链伸入水中,增加水流阻力,产生堵水效果。


  当与交联剂反应时,可形成一种凝胶,使岩shi水解聚丙烯酰胺的吸附能力更强,堵水效果更好。对于非均质性严重的地层,高渗透层水窜问题突出,需要封堵调整吸水剖面,以扩大水驱波及系数,即调剖。


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