聚丙烯酰胺驅(qū)油機(jī)理：

1、驅(qū)替機(jī)理

聚丙烯酰胺水溶液作驅(qū)油劑又叫稠化水驅(qū)或增粘水驅(qū)。其驅(qū)替機(jī)理主要是通過(guò)減少水油的流度比，減少水的指進(jìn)，達(dá)到活塞式驅(qū)替，以提高驅(qū)油劑的波及指數(shù)，從而提高油層的采收率。

水與油的流度比指的是水在油層內(nèi)的流動(dòng)度被油在油層內(nèi)的流動(dòng)度除，即：

M=（Kω/μω）/（K0/μ0）=λω/λ0

式中：

M——水與油的流速比；

Kω——水的相對(duì)滲透率；

μω——水的粘度；

K0——油的相對(duì)滲透率；

μ0——油的粘度；

λω——水的流動(dòng)度（即流速）；

λ0——油的流動(dòng)度。

聚丙烯酰胺是通過(guò)增加μω和減少Kω來(lái)減少水的流度，從而減少水油流度比。增加μω主要因?yàn)榫郾０肥撬钚愿叻肿?，而且分子較大，重復(fù)鏈節(jié)多，如分子量為5×10⁶的聚丙烯酰胺的鏈節(jié)數(shù)有70422個(gè)，鏈節(jié)中有親水基團(tuán)，如-COONa，在水中都是溶劑化了的，使高聚物分子外面形成溶劑化膜，增加了相對(duì)移動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力，同時(shí)這些親水基團(tuán)在水中解離，產(chǎn)生許多帶電荷符號(hào)相同的鏈節(jié)，這些鏈節(jié)互相排斥，使聚合物分子更加舒展，因而有更好的增粘能力。

減少Kω主要是由于聚合物在巖石孔隙結(jié)構(gòu)中的滯流。滯流有兩種形式，一種形式是吸附，吸附是指聚合物通過(guò)彌散力、氫鍵等作用力而濃緊在巖石孔隙結(jié)構(gòu)表面上的現(xiàn)象。另一種形式是捕集，捕集是指半徑小于孔隙喉道半徑的無(wú)規(guī)線團(tuán)通過(guò)“架橋”而留在喉道外的現(xiàn)象。聚合物分子雖被捕集于孔隙的喉道外，但水仍可部分通過(guò)此喉道，因此捕集不同于物理堵塞，在聚合物分子的無(wú)規(guī)線團(tuán)或其交聯(lián)體的半徑大于孔隙的喉道半徑時(shí)發(fā)生物理堵塞。物理堵塞后，水就不能從喉道通過(guò)。由于聚合物在孔隙中滯流，增加了流體在孔隙結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)阻力，所以Kω減少。

聚丙烯酰胺溶液屬高分子溶液，存在空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有結(jié)構(gòu)粘度，由于高分子溶液流速增加時(shí)拆散了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而使粘度降低，故高分子溶液的流型不屬于牛頓流體而是假塑性流體，這種性質(zhì)對(duì)注增粘水驅(qū)動(dòng)地層油是有益的。因?yàn)樵谙蛴蛯幼⒃稣乘畷r(shí)，在井筒中由于流速很大，剪切力大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拆散，結(jié)構(gòu)粘度消失，有利于減少管內(nèi)流動(dòng)阻力，到地層后，流速減小，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)恢復(fù)，粘度增高，這樣可以使注入劑與地層油的流度比更加接近于1，接近于活塞式驅(qū)替，使注入劑的波及系數(shù)增加，可以提高采收率。

聚丙烯酰胺在水中易水解，又叫部分水解聚丙烯酰胺。部分水解聚丙烯酰胺能選擇性堵水，是因?yàn)樗乃芤嚎梢詢?yōu)先進(jìn)入出水層（因?yàn)樗畬拥暮柡投雀撸瑢?duì)水的滲透率高），在出水層中，部分水解聚丙烯酰胺的-CONH₂和-COOH可通過(guò)氫鍵吸附在砂巖表面，而不吸附部分留在空間引起出水層的堵塞，進(jìn)入油層的部分水解聚丙烯酰胺，由于砂巖表面被油所覆蓋，所以油層不發(fā)生吸附，因此不堵塞油層。還有在油水走同一孔道的情況下，也能只堵水不堵油，因?yàn)椴糠炙饩郾０飞系挠H水基團(tuán)-COONa離解，使鏈節(jié)帶負(fù)電產(chǎn)生靜電斥力，所以留在空間的不吸附部分向水中伸展，因而對(duì)水有較大的流動(dòng)阻力，起到堵水作用，當(dāng)油通過(guò)有吸附部分水解聚丙烯酰胺的孔道時(shí)，由于它不親油，分子不能在油中伸展，因而對(duì)油的流動(dòng)阻力很小。在堵水時(shí)，部分水解聚丙烯酰胺通常配成100-5000mg/L的溶液使用，處理半徑一般大于12m。

2、影響因素

（1）聚丙烯酰胺在水中易水解，又叫部分水解聚丙烯酰胺，分子量可選用1×10⁵-10⁷范圍，一般用5×10⁵-8×10⁶的范圍，分子量太大，分子間力太大，不易溶解，易被剪切降解；而分子量太小，分子間力太小，加上分子鏈太短，影響結(jié)構(gòu)粘度的形成，影響增粘效果。

（2）聚丙烯酰胺中的-CONH₂水解成-COOH和-COONa的百分?jǐn)?shù)叫水解度。部分水解聚丙烯酰胺的水解度應(yīng)在0.1%-70%的范圍，一般在1%-45%的范圍，較好在5%-30%的范圍。水解度越大，聚合物的-COO-越多，雖有利于增粘和減少吸附，但不利于聚合物的化學(xué)穩(wěn)定性；相反，水解度太小，-CONH₂越多，雖有利于聚合物的化學(xué)穩(wěn)定性，但-CONH₂易吸附在地層表面，使吸附量大大增加，這也是不利的。

（3）為減少聚丙烯酰胺的氧化降解，配溶液時(shí)先除氧，加入亞硫酸鈉可將水的氧含量降到1mg/L以下。

（4）水的礦化度對(duì)聚丙烯酰胺溶液影響較大，礦化度增加，鹽中的陽(yáng)離子可在-COO-更近的距離中和它的電性，從而使部分水解聚丙烯酰胺鏈節(jié)間的靜電斥力減少，卷曲程度增加，增粘能力下降，現(xiàn)場(chǎng)配溶液用水的礦化度小于5000mg/L。

（5）控制酸堿度（即pH），pH不能太小，太小有利于-COO-與H+結(jié)合成-COOH，同樣可減少鏈節(jié)間的靜電斥力而降低增粘能力，實(shí)驗(yàn)中，pH不能小于7。

（6）為減少聚丙烯酰胺在油層表面的吸附，可用低分子量的部分水解聚丙烯酰胺水溶液作前置液，讓它先吸附在地層表面，從而減少后來(lái)注入的高分子量的增粘能力好的部分水解聚丙烯酰胺的吸附，也能達(dá)到較好的驅(qū)油效果。