高分子材料在采油工程中的应用与展望

2022-09-11

前言

石油是非常重要的能源和化工原料。高分子材料是一种来源广泛的环境友好型材料。随着高分子材料学科的发展, 在石油开采过程中, 高分子材料有了越来越多的应用。本文就高分子材料在采油工程中的应用于展望进行了综述, 希望对高分子材料在采油工程的正确使用提供一定的参考。

一、高分子材料在采油工程中的应用进展

1. 高分子材料在油田钻井液的应用

当前, 我国使用的大部分油田钻井液处理剂对环境有很大的污染, 尽管无机处理剂的环保性能较好一些, 但是其工程应用效果要远远差于有机处理剂。因此, 天然高分子碳水化合物在环保型处理剂的开发方面的应用研究越来越多。天然高分子碳水化合物具有来源广泛、价格低廉, 可再生, 易降解等优点。目前, 美国、英国、加拿大等过已经有成功使用天然高分子聚合糖应用于油气井钻井液中的案例, 我国江苏油田也成功将杂多糖应用于油田钻探环节并取得良好环保效益和经济效益。当前国内外常用的天然高分子钻井液处理剂有很多种:

(1) 改性淀粉类, 其中包括淀粉的醚化改性、接枝改性、酶法改性等等, 具有抗盐、抗高价离子污染的能力和较强的抗温能力, 同时还具有很好的抑制页岩水化膨胀分散的能力, 能够达到长期稳定抑制黏土水花膨胀的目的;

(2) 改性纤维素类, 包括氧化改性、酯化改性、醚化改性、接枝共聚等等, 在油气开发中广泛的用作降滤失剂、增粘剂、固井水泥缓凝剂、降失水剂、稠化剂等等;

(3) 植物胶类聚合物, 有瓜胶、黄原胶、硬葡聚糖等等;

(4) 甲壳素/壳聚糖类, 具有良好的絮凝效果, 在油田的絮凝测试中效果理想。

(5) 木质素类, 具有良好的降黏效果和抗盐、抗温效果。

天然高分子材料绿色环保, 易被生物降解的优势使得其在油田开采钻井液处理剂中有越来越多的应用, 并且具有良好的现场测试效果, 产生了很好的经济效益。但是随着石油勘探越来越复杂, 越来越困难, 天然高分子钻井液处理剂的研究还任重而道远, 这将成为钻井液工作者今后努力的方向。

2. 高分子材料在驱油表面活性剂中的应用

使用驱油表面活性剂能够降低油和水的界面张力, 增加洗油能力。目前, 常见的驱油表面活性剂类型有阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。阴离子表面活性剂具有浊点高, 在砂岩表面吸附量少的优点, 但是同时具有抗盐能力差, 临界胶束浓度高的缺点。常见的阴离子表面活性剂有烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、木质素磺酸盐等等。相对来说, 非离子表面活性剂的抗盐能力要强一些, 并且具有较低的胶束浓度, 但是其浊点低, 因此不适用于超过其浊点的地层。但是, 将非离子型表面活性剂经过一定的改性之后, 能够有效的提高其浊点和抗盐能力, 从而在高温和高盐的地层中进行应用。目前常见的非离子型表面活性剂有烷基酚系聚氧乙烯醚、脂肪醇系聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯酯等等。在石油开采的实际应用过程中, 一般不会单一的使用一种表面活性剂, 经常是将几种表面活性剂进行配伍之后形成复合表面活性剂, 通过相互配合达到提高采油量和采油效率的目的。另外, 根据采用的体系不同, 还可以将表面活性剂划分为活性水驱、胶束溶液驱、碱水驱、微乳液驱、增稠水驱、泡沫驱、正向异常液驱等等。随着科学技术的发展, 一些新型表面活性剂也逐渐应用到采油工程当中, 如生物表面活性剂、两性离子表面活性剂、高分子表面活性剂以及含氟表面活性剂等等。相信, 随着对石油勘探技术的发展, 人们将会研制出更多的能适用于各种复杂环境的新型表面活性剂。

3. 高分子材料在堵水调剖中的应用

随着我国注水开发油田的不断进行, 油田的综合含水量不断增加, 因此堵水调剖中面临了越来越多的问题。传统的聚丙烯酰胺堵水方法的应用已经越来越受限, 近些年来, 各种交联聚丙烯酰胺体系以及聚丙烯酰胺接枝共聚物出现, 改善了传统聚丙烯酰胺的一些缺陷, 因此引起了油田工作者的关注, 但是其对环境的破坏和污染性却是人们难以解决的难题。因此, 环境友好型天然高分子材料开始引起许多专家学者的注意, 各种对天然高分子进行改性的油田调堵剂也随之出现。目前研究比较热门的调堵剂主要有改性淀粉类堵剂、改性纤维素类堵剂、改性木质素类堵剂、壳聚糖类堵剂、腐殖酸类堵剂、黄原胶类堵剂和植物胶类堵剂等等。尽管在实验过程中, 天然高分子堵剂有很好的堵水效果, 但是还没有真正的投入到大规模的实际生产当中, 还需要进一步的改进和完善。

二、对高分子材料在采油工程中的展望

随着油田开采难度的增大, 为了保证原油能够持续的供应, 需要加强对高分子材料在采油工程中应用的进一步开发。首先在我国不同温度与矿化度油藏的要求下, 应加强耐温抗盐类聚合物新材料的开发。其次, 高分子表面活性剂是一类能够有望在油田开采中发挥重要作用的化学剂, 因此, 对于目前由于经济原因不能投产的具有应用前景的材料, 不能够放弃研究, 应提供资助, 保证技术的有效发展。再次, 随着我国环境保护意识的加强, 开发污水处理性能高的分子材料也将是未来高分子材料的重要研究方向。