1.Giới thiệu

Polyacrylamide (PAM viết tắt) là một loại polymer cao phân tử tan trong nước quan trọng. Do tính chất làm đặc, tính chất keo tụ và hiệu suất điều chỉnh lưu biến xuất sắc, nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực khai thác dầu khí. Trong phát triển các mỏ dầu và khí, PAM chủ yếu được sử dụng trong các liên kết quan trọng như tăng cường thu hồi dầu thô (EOR), tối ưu hóa dung dịch khoan, làm đặc dung dịch nứt và xử lý nước thải. Bài viết này sẽ khám phá chi tiết cơ chế hoạt động, các kịch bản ứng dụng và xu hướng phát triển trong tương lai của PAM trong các mỏ dầu và khí.

2.Vai trò chính của PAM trong các lĩnh vực dầu khí

2.1 Tăng cường thu hồi dầu thô (EOR)

Trong giai đoạn giữa và cuối của phát triển mỏ dầu, tính lưu động của dầu thô trong tầng giảm, và các phương pháp khai thác dầu thông thường khó có thể hiệu quả trong việc khai thác dầu còn lại. Là một tác nhân thay thế dầu polymer, PAM có thể nâng cao tỷ lệ thu hồi dầu theo các cách sau:

Tăng độ nhớt của pha nước: Dung dịch PAM có độ nhớt tương đối cao, điều này có thể giảm tỷ lệ dòng chảy nước-dầu, giảm hiện tượng "thâm nhập ngón tay" và cải thiện hiệu suất thay thế dầu.

Cải thiện hiệu suất gợn sóng: Giải pháp PAM có thể niêm phong lớp thấm cao, buộc chất lỏng dịch chuyển vào lớp thấm thấp và mở rộng thể tích gợn sóng.

Hiệu ứng dịch chuyển dầu vi mô: Các phân tử PAM có thể giảm độ căng bề mặt giữa dầu và nước, thúc đẩy việc tách rời và di chuyển các giọt dầu còn lại.

Các trường hợp ứng dụng: Khu vực dầu Daqing, khu vực dầu Shengli và các khu vực khác đã áp dụng polyacrylamide (HPAM) thủy phân một phần cho việc bơm polymer, tăng tỷ lệ thu hồi lên 10% đến 20%.

2.2 Phụ gia dung dịch khoan

Trong quá trình khoan, PAM, như một tác nhân xử lý chất lỏng khoan, chủ yếu đóng vai trò sau:

Bôi trơn và giảm ma sát: Giảm ma sát giữa mũi khoan và lỗ khoan để nâng cao hiệu quả khoan.

Stabilizing the wellbore: Bằng cách hấp phụ lên bề mặt của các hạt đất sét, nó ức chế sự hydrat hóa và mở rộng của đá phiến và ngăn chặn sự sụp đổ của giếng khoan.

Kiểm soát tổn thất lọc: PAM có thể tạo thành một lớp bánh lọc dày, giảm thiểu tổn thất lọc của dung dịch khoan vào cấu trúc.

Các loại phổ biến:

Nonionic PAM (NPAM) : Nó có khả năng chống muối tốt và phù hợp cho các tầng có khoáng hóa cao.

Anionic PAM (APAM) : Phù hợp cho hệ thống chất lỏng khoan nước ngọt hoặc độ mặn thấp.

2.3 Chất làm đặc dung dịch khoan

Trong sự phát triển của dầu và khí đá phiến cũng như các bể chứa chặt, khoan thủy lực là một phương tiện chính để tăng sản lượng. PAM, như một chất làm đặc cho dung dịch khoan, có thể:

Nâng cao khả năng mang cát: Tăng độ nhớt của chất lỏng nứt để đảm bảo rằng các chất tạo hình (như cát thạch anh) được vận chuyển hiệu quả sâu vào các vết nứt.

Giảm ma sát: Hiệu suất giảm lực kéo của PAM có thể giảm tổn thất áp suất trong ống dẫn và cải thiện hiệu quả nứt.

Phân hủy có thể kiểm soát: Một số PAM liên kết chéo có thể phá vỡ gel sau khi bị nứt, giảm thiểu hư hại hình thành.

Xu hướng ứng dụng: Trong những năm gần đây, polyacrylamide liên kết kỵ nước (HAPAM) đã được sử dụng rộng rãi trong các bể chứa nhiệt độ cao và áp suất cao nhờ vào khả năng chịu nhiệt và muối của nó.

2.4 Xử lý nước thải từ lĩnh vực dầu khí

Nước sản xuất từ các mỏ dầu và khí chứa một lượng lớn chất rắn lơ lửng, dầu và các tác nhân hóa học. PAM được sử dụng như một chất keo tụ trong:

Tách dầu-nước: Thông qua hiệu ứng điện trung hòa và cầu nối hấp phụ, các giọt dầu nhỏ kết tụ lại, tạo điều kiện cho việc tách biệt.

Xử lý bùn: Khi kết hợp với các chất keo tụ vô cơ (như PAC), nó nâng cao hiệu quả của việc lắng và xử lý bùn.

Xử lý nước tái bơm: Đảm bảo rằng nước tái bơm đáp ứng các tiêu chuẩn về pha rắn thấp và hàm lượng dầu thấp để ngăn ngừa tắc nghẽn hình thành.

Các loại phổ biến:

Cationic PAM (CPAM) : Phù hợp cho nước thải dầu và khử nước bùn.

Amphoteric PAM: Thích ứng với các điều kiện chất lượng nước phức tạp.

3.Các thách thức của ứng dụng PAM trong lĩnh vực dầu khí

Mặc dù PAM được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dầu khí, nhưng vẫn gặp phải những thách thức sau:

Khả năng chịu nhiệt độ và muối không đủ: HPAM thông thường dễ bị phân hủy trong các tầng có nhiệt độ cao (>80℃) hoặc có độ khoáng hóa cao.

Sự suy giảm cắt cơ học: Dưới tác động cắt do tiêm hoặc hình thành tốc độ cao, các chuỗi phân tử dễ bị đứt gãy, làm giảm hiệu ứng tăng độ nhớt.

Vấn đề ổn định sinh học: Vi sinh vật có thể phân hủy PAM, điều này ảnh hưởng đến hiệu quả thay thế dầu lâu dài.

Giải pháp:

Phát triển các loại PAM chịu nhiệt độ cao và muối (chẳng hạn như PAM biến đổi kỵ nước và PAM nano-composite).

Kỹ thuật liên kết chéo polymer (như liên kết chéo crom và liên kết chéo organometron) được áp dụng để tăng cường độ ổn định.

4.Các xu hướng phát triển trong tương lai

Intelligent responsive PAM: chẳng hạn như PAM nhạy cảm với pH/nhiệt độ, có thể thích ứng với môi trường hình thành một cách độc lập.

Nano-reinforced PAM: Bằng cách thêm các hạt nano như SiO₂ và TiO₂, khả năng chịu nhiệt và khả năng chịu cắt được cải thiện.

PAM xanh và thân thiện với môi trường: PAM dựa trên sinh học hoặc PAM phân hủy được, giảm gánh nặng môi trường.

5.Kết luận

Polyacrylamide (PAM) đóng vai trò không thể thay thế trong sự phát triển của các mỏ dầu và khí, thể hiện hiệu suất xuất sắc từ việc thu hồi dầu nâng cao đến xử lý nước thải. Trong tương lai, với việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu PAM mới, ứng dụng của chúng trong dầu và khí không truyền thống (chẳng hạn như khí đá phiến và dầu chặt) sẽ tiếp tục mở rộng, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật quan trọng cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp dầu khí.