自1964年帕依(pye)和桑迪福德(Sandiford)提出了在生水中加入少量PAM能極大地降低水的流速后，這種方法在油田中應用已有30多年歷史。使PAM和用醛，亞硫酸氫鈉等水溶液，在相應溫度下反應，可生成有磺甲基的產物。實驗表明，在PAM鏈上引入磺酸鹽可改善熱穩(wěn)定性，兩性離子聚丙烯酰胺耐剪切性和低吸附性，超高分子量聚丙烯酰胺生產技術使高分子的親水性和抗鹽性大有提高，并提高了產物的耐高價離子污染的能力。
PAM作為一種多功能添加劑，在鉆井工藝中用于鉆井液的增稠劑，穩(wěn)定劑和沉降絮凝劑，用于改進鉆井液的流變性；改進懸浮顆拉的大小，提高懸浮力，加速原油的過濾，分離。作為土壤結構成型劑，使井壁表面杭沖擊性能提高；鉆井通過啟層時使不易分散的鉆井液獲得高效的分離效果。使部分水解均聚丙烯酰胺與甲醛，兩性離子聚丙烯酰胺乙二醛等發(fā)生羥甲基化反應而生成側鏈含甲基的產物，在原油生產中可獲得滿意的效果。
在二次采油時將PAM注入鹽水中，可提高鹽水的噴射能力，從多孔的巖石表面有效地將原油萃取下來。在水/油(W/O)乳液中加入PAM，可明顯地降低乳液的黏度。在石油開采中，可增加注入水的黏度，避免擊穿油層，提高采油率。在三次采油中用作增稠劑，增加驅油能力，提高油床開采效果。大慶油田經大面積注入試驗后，兩性離子聚丙烯酰胺效果十分理想。每噸PAM可增產179.7t原油。在油田領域內，更新的陰，超高分子量聚丙烯酰胺生產技術陽離子PAM可用于保護注入的地下水從巖心孔滲透并凝集回收原油，提高油井生產的經濟性，控制水分向油層摻入。
另外，PAM還可用于壓裂液添加劑，潤滑劑，降阻劑等。在油田化學中，PAM是多用途的添加劑，如對鉆井液，聚丙烯酰胺,pam,陰離子聚丙烯酰胺,非離子聚丙烯酰胺,陽離子聚丙烯酰胺--鞏義市泰和水處理材料有限公司洗井液，注水采油及提高采收率都起著重要的作用。利用PAM線型大分子結構在湍流狀態(tài)下很容易按流動方向取向成長線條狀，抑制湍流發(fā)展。PAM可作為降摩劑的理想材料，在原油的長距離管道輸送中，加入0.1mg/L(原油量)的相對分子質量為1000*10^4以上的PAM，就能大大地降低原油輸送阻力，從而降低能耗。
我國聚丙烯酰胺的應用始于20世紀60年代，最早應用于礦物精選，20世紀90年代后隨著國內油田三次采油技術的大范圍推廣，我國加強了對聚丙烯酰胺作為驅油劑的研究和生產。目前我國三次采油用聚丙烯酰胺產能位居世界首位，油田開采也成為目前國內聚丙烯酰胺的最大消費領域，而以聚合物驅油技術為主導的化學驅三次采油技術是我國最為重要的提高石油采收率的技術之一。2007年我國油田領域聚丙烯酰胺消費量達到了23.6*10^4；2008年達到27.1*10^4t，占到消費總量81%，增幅近15%。

一，聚丙烯酰胺在三次采油中的應用

PAM的增稠，絮凝和對流體的流變性調節(jié)的作用所具備的性能使得它在石油開采中充當了重要的角色。它廣泛地被用于鉆井，堵水，酸化水，壓裂，洗井，完井，減阻，防垢和驅油等方面?？偟膩碚f，使用PAM是為了提高石油的開采率(EOR)，特別是許多油田已進入二次，三次開采，油藏深度一般都在1000m以上，有的油藏深度達7000m，地層的非均質性以及海上油田給采油作業(yè)提出了更加苛刻的條件，深層采油和海上采油相應地也給PAM提出了新的要求，要求它耐剪力，耐高溫(100℃以上直至200℃)，耐Ca2+，Mg2+離子，耐海水降解。
自20世紀80年代以來，國外對適用于采油的PAM的基礎研究和制備，應用研究以及品種開發(fā)各方面均取得了很大進展。
美國菲利浦石油公司(Phillips Peteoleum Co.)專家阿罕默德M.A.和彼得H.DD，對PAM在高溫高鹽礦化水中的研究結果表明：
(1)在礦化度很低(<20*10^-6)時，無論濃度，水解度及相對分子質量大小如何，PAM水溶液的濁點均在204℃以上；
(2)水礦化度超過20*10^-6(其中Cat'2+，Mg2+各1O*10^-6)，但低于800*10^-6(其中Ca2+，Mg2+各為400*10^-6)時，二價陽離子濃度稍有增加，濁點即大大降低，水解度越高，濁點降低越明顯；
(3)在等摩爾水平上比較，Ca2+降低濁點的作用大于Mg2+，Sr2+和Ba72+；
(4)二價陽離子濃度大于等于100*10^-6時，水解度是決定PAM溶液濁點的關鍵參數；
(5)相對分子質量和濃度也影響溶液濁點，但相對于水解度而言是次要因素；
(6)PAM水解后溶液濁點降低，水解是一平衡過程，水解平衡值隨溫度而不同；
(7)在溫度小于75℃時。PAM在任何礦化度的水溶液中均穩(wěn)定，超過75℃后，隨溫度升高，沉淀物形成加快，降低水的礦化度可延長穩(wěn)定時間，但要求的礦化度往往低于油田水實際礦化度。
為適應EOR的要求，PAM除做成更高的相對分子質量外，如相對分子質量為(1000-2000)*104^4，主要開發(fā)AM與其他耐高溫，耐水解單體的共聚物，如聚電解質和聚兩性離子，它們被稱為EOR用第二代聚合物。在使用耐高溫鹽水的單體方面，據報，菲利浦公司研制的AM與乙烯基吡咯烷酮(VP)共聚物，在升高溫度和有二價陽離子存在時的穩(wěn)定性超過PAM，AM-VP共聚物，在121℃的海水中可穩(wěn)定存在較長時間，當AM與VP比例為1:1時，放置74個月無沉淀。美國菲利浦石油公司的鉆井專用品公司生產了專用于北海油田(英)的牌號為HE的聚合物，可在高溫高鹽惡劣環(huán)境下用做驅油劑，性能優(yōu)異。日本第二制藥(株)生產的ORP-F分列共8個品種是為高溫油藏用的聚合物，其水解度一般為30%，其中5個品種相對分子質量為(1500-2400) *10^4。
在聚合物提高采收率(EOR)作業(yè)中，目前均采用水溶性聚丙烯酰胺。多年研究工作表明，聚丙烯酰胺類聚合物存在如下缺點：剪切安定性差，經泵輸送時機械降解嚴重，耐鹽性差，對礦化水尤其多價金屬離子敏感，導致在鹽水溶液中黏度銳減，甚至發(fā)生沉淀，耐酸及耐溫性差。近20年來，國內廣泛開展了聚丙烯酰胺的改性工作。美國菲利浦石油公司開發(fā)了AMPS與丙烯酰胺的共聚物用于二次采油，大大提高了聚丙烯酰胺的耐鹽和耐溫性能。
此外，AMPS合成的共聚物在高濃度質子酸中穩(wěn)定并具有潤滑作用，可用于石油和天然氣井的酸化壓裂激產過程。同時，AMPS的共聚物用于壓裂液的稠化劑，其性能優(yōu)于目前使用的孤膠類產品，具有使用方便，黏度適宜，耐高溫，高剪切率等優(yōu)點。
在提高石油采收率的三次采油方法中，用聚丙烯酰胺作驅油劑占有重要地位。聚合物的作用是調節(jié)注入水的流變性，增加驅動液的黏度，改善水驅波及效率。降低地層中水相滲透率，使水與油能勻速地向前流動，采用膠束與聚合物驅油時，先將表面活性劑與助劑配成具有超低界面張力的微乳液注入注水井中，再注聚合物溶液，最后注水。水呈柱塞流動向前推進，驅替分散在孔隙內的殘余油，提高原油的采收率。用于三次采油的聚丙烯酰胺一般濃度為10%-50%，相對分子質量從幾十萬到千余萬。我國大型油田包括大慶，勝利，遼河，大港等已進入開采中后期，采出油的綜合含水率日趨提高。為穩(wěn)定我國東部油田產量，采用三次采油技術，提高采油率，保證油田穩(wěn)產勢在必行。大慶油田已工業(yè)化推廣應用聚丙烯酰胺驅油實驗，并取得較好的增油效果?？死斠烙吞锲邧|1區(qū)克下組試驗區(qū)在水驅開發(fā)極限含水95%的情況下，通過聚合物驅綜合含水下降15%，日產油增加100t，提高采出程度近4%，效果顯著，預計區(qū)塊最終提高采收率達8%以上。
目前，克拉瑪依油藏水驅開發(fā)進入高含水期，聚合物驅，復合驅等二次采油技術作為水驅后接替技術，在油田占據了越來越重要的位置。
“七五”，“八五”期間，我國先后開展了多次聚合物驅油提高石油采收率的先導性工業(yè)現(xiàn)場實驗，效果良好。聚合物驅油已成為我國東部油田保持穩(wěn)產的重大技術措施之一。
1995年底，大慶油田從法國SNF公司引進的5*10^4t/a聚丙烯酰胺生產裝置投產，生產出相對分子質量接近1500*10^4的產品，使國內聚丙烯酰胺的生產能力有了大幅度提高，生產技術水平達到了國際先進水平，產品質量符合油田聚合物驅油的要求。
為了延長油田穩(wěn)產期，大慶，勝利等油田在未來技術改造中將實施聚合物驅油或三元復合驅油等技術，每年需要聚丙烯酰胺十多萬多噸。其中大慶需大量超高相對分子質量的產品，如相對分子質量為(1700-2200)*10^4。作為流度控制劑要求產品具有高相對分子質量，低水不溶物，低過濾因子特性。超高相對分子質量聚丙烯酰胺的相對分子質量和溶解性能都要求很高。
聚合物驅油是通過在注入水中加人一定量的高分子聚丙烯酰胺，來增加注入水的黏度，改善油水流度比。由于油層對聚丙烯酰胺分子的吸附，捕集作用，而降低了高，中滲透層或高，中水淹層的滲透性，增加了注入水的滲流阻力，使低滲透層或低而未水淹層的吸水量增加，擴大了注入水在油層平面上的波及范圍和油層縱向上的水淹厚度，從而擴大水淹體積，將水驅時未動用的原油驅替出來，達到提高原油采收率的目的。
聚合物驅油提高石油采收率的概念和技術方法從提出到初步形成經歷了約15年時間(1949-1964)。1964年美閏開始了聚合物驅油的現(xiàn)場試驗和工業(yè)規(guī)模的使用試驗。美國國家石油與能源研究中心(NIPER)認為：最終采收率ET決定于驅油效率Ed，波及效率Es和經濟因素Ee，ET=Ed*Es*Ee。聚合物的主要貢獻是提高驅替工作液的黏度，降低油水流度比及調整滲透率剖面，通過提高波及效率而提高最終采收率。美國菲利浦石油公司對聚合物的作用作了進一步說明：①高分子使水相黏度增高，有些聚合物流經孔隙介質后尚可降低水相的相對滲透率；②降低水油流度比，水油流度比的降低可減少指進現(xiàn)象；③水相黏度增高和水相的相對滲透率下降使以后注入的流體可轉入未波及的條帶，從而提高波及系數。
研究表明，驅油體系的驅油效率可由毛管數來確定，毛管數(Nc)越大，殘余油飽和度越低，則驅油效率越高。而Nc的大小與油和注入流體之間界面張力(δo-w)成反比，與驅油體系的黏度(ηw)成正比，即 Nc=Vwη/δo-w
式中Vw-驅油體系的滲流速度。
我們的研究結果表明，不同水解度和不同相對分子質量聚丙烯酰胺溶液均無界面活性，即聚丙烯酰胺水溶液不具有降低水/油界而張力的能力。所以聚合物驅油過程δo-w基本保持不變，驅油體系的滲流速度也保持不變。因此控制聚丙烯酰胺黏度成為聚合物驅油能否成功的關鍵。聚合物溶液黏度增大，Nc增加，則聚合物驅油效率提高。
聚丙烯酰胺是一種線型極性聚合物，溶于水后其分子的極性基團與水分子之間發(fā)生氫鍵締合，使大分子鏈舒展，內摩擦增加，導致溶液黏度升高。較高黏度的聚合物溶液在多孔介質中滲流時，比單純注入水具有更大的滲流阻力。當聚合物溶液進入高滲透層之后，會降低其中的水相滲透率。而對油相滲透率影響不大，如Nuron等人用相對分子質量為(3-8)*10^7，水解度為1%-30%的4種不同聚丙烯酰胺處理灰?guī)r和砂巖兩種巖心，結果表明，水相滲透率下降90%，而油相滲透率僅降低10%。因而聚合物溶液的注入可有效地抑制注入水沿高滲透層的指進現(xiàn)象，迫使注入水進入滲透率低的孔隙中，導致中，低滲透層的吸水能力提高。這不僅使剖面得以調整，而且可以改善水/油流度比，擴大水驅波及體積。聚丙烯酰胺的相對分子質量越大或其濃度超高，其水溶液黏度越高，則波及能力越強，驅油效果越好。
聚丙烯酰胺分子其有一定撓曲性和一定數量的活性基團，當溶液流經多孔介質時，由于大分子上的活性基團可能與巖石表面發(fā)生相互作用，而導致大分子在巖石表面上吸附。被吸附分子的構型取決于與固體表面相互作用的性質，吸附點的數目，大分子的鏈長，活性基團的數目，位置及大分子在水中的溶解度等。
當大分子的某一端基吸附于巖石表面，分子的其余部分伸展于溶液中，則形成a種；若大分子以兩個或二個活性基團吸附于固體表面上，即形成環(huán)狀吸附b種；當大分子的所有基團均與固體表面發(fā)生吸附，則整個大分子平躺在固體表面上，形成c種；若聚合物相對分子質量太大，在水中溶解性降低，大分子在溶液中呈球形線團狀，則僅能以最小活性點吸附在固體表面上，從而形成d種，此種構型吸附分子保持它在溶液中的形狀，吸附層的厚度就等于線團的直徑，此值可以從分子的旋轉半徑求得；e種吸附構型的特點是分子鏈節(jié)的密度隨距離固體表面距離而有一定分布，在固體表面上鏈節(jié)密度大，隨著與固體表面距離增大而減小。以上都是單分子層吸附。但也有許多體系出現(xiàn)多分子層吸附，形成f種吸附構型。對于相對分子質量分布范圍較廣的聚合物溶液體系，往往以混合形式出現(xiàn)。如有些聚合物在固體表面上的吸附，往往是以多重氫鍵吸附為主，靜電吸附為輔的過程，此時吸附構型難以用簡單的圖形來說明。而且聚丙烯酰胺大分子在流經孔隙介質時，還會在小孔隙入口處產生機械捕集；多孔介質孔道的不規(guī)則造成的渦流作用還將導致水力滯留，使大分子被捕集到多孔介質的縫隙中。所有滯留在地層中的這些大分子，遇到水環(huán)境時大量水分子會圍繞著具有多個親水基團的聚合物分子，使大分子尺寸增加，支撐于孔道中，并牢牢地吸附于孔壁上，阻礙水通過，從而增加水相的流動阻力，降低水的滲透率。而遇油時，大分子則會收縮，因而對油相的流動能力影響較小。在相同的含油飽和度條件下，水相相對滲透率下降的同時，油相相對滲透率有所上升。而且，滯留在孔壁上的聚丙烯酰胺分子吸引水分子，在油相和孔壁之間形成聚合物水膜，可降低油相在孔道中流動時與孔壁的摩擦阻力，因而可提高油相的流動能力。在一定濃度范圍內，聚合物濃度越大，滯留在地層中的大分子越多，提高油相流動的能力越強。
“七五”期間，大慶油田和大港油田的兩個現(xiàn)場試驗均取得了成功。大慶油田工業(yè)化推廣應用聚丙烯酰胺驅油實驗。已取得較好增油效果，每投入1t聚丙烯酰胺可增產178.7t原油。大慶油田去年消費的聚丙烯酰胺超過10*10^4t。我國大型油田包括大慶，勝利，遼河，大港等都已進入開采中后期，為了提高采油率，都在廣泛使用這種高效的驅油劑。2010年后我國油田領域用量將超過30*10^4t。研究工作表明，該項技術在我國有良好的應用前景。在今后高分子驅油高分子等化學劑的復合驅在我國將有更大的發(fā)展。
復合驅油成套技術及礦場試驗研究將越來越深入。通過科技攻關，減少了復合驅油的技術風險，這項技術已在部分油田逐步成為主體接替技術，為中國發(fā)展低成本的三次采油技提供了重要的技術支持。
(1)國產驅油劑研制取得重大進展，具備工業(yè)放大和工業(yè)性生產條件。
超高相對分子質量聚丙烯酰胺的研制?，F(xiàn)已開發(fā)出均聚共水解引發(fā)體系，均聚后水解引發(fā)體和共聚引發(fā)體系，室內研制聚丙烯酰胺樣品的相對分子質量在2200*10^4以上，中試放大產品相對分了質量穩(wěn)定在1800*10^4以上。
新型締合聚合物現(xiàn)已研制成功。這種聚合物具有高效增黏，分子結構可調，抗剪切等特點。高溫耐鹽聚合物驅油劑等研制都取得了承要突破。
(2)三元復合驅礦場試驗增效顯著，注采系統(tǒng)和工藝基本配套。
大慶油田開展的三元復合驅工業(yè)性試驗，在井距為200-250m的條件下，三元復合驅比水驅提高采收率達17%，預計可達20%以上；新擬克拉瑪依三元復合驅先導試驗下，利用國產驅油劑在綜合含水99%的條件下，提高采收率24%，中心井提高采收率25%，是砂礫巖油藏三元復合驅成功的典范。目前，三元復合驅油已實現(xiàn)了技術配套，為擴大工業(yè)化試驗創(chuàng)造了條件。

二，用作堵水調整劑

在油田生產過程中，由于地層的非均質性，常產生水浸問題，需要進行堵水，其實質是改變水在地層中的滲流狀態(tài)，以達到減少油田產水，保持地層能量，提高油田最終采收率的目的。聚丙烯酰胺類化學堵水劑具有對油和水的滲透能力的選擇性，對油的滲透性降低最高可超過10%，而對水的滲透性減少可超過90%。選擇性堵水這一特點是其他堵水劑所沒有的，通常按地層類型選擇合適的聚丙烯酰胺相對分子質量。均質性好，平均滲透率高的油層，可選用中相對分子質量((500-700)*10^4)的聚丙烯酰胺；基巖滲透率低的裂縫性油層或滲透率變化大的油層，可選用高相對分子質量(1000*10^4以上)的聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在使用時可不交聯(lián)使用，但可與鋁鹽，鉻鹽，鋯鹽等交聯(lián)生成凝膠使用，還可添加某些樹脂以形成互容聚合物網絡，使之具有更高的耐溫性。該方法已在國內碳酸鹽底水油藏高含水油田堵水中應用，取得明顯效果。采用聚丙烯酰胺還可調整地層內吸水剖面及封堵大孔道，實踐中已取得良好效果。
我國各油田在使用聚丙烯酰胺方面都做了大量試驗。油田用平均相對分子質量為(300-350)*10^4，水解度為10%-15%的聚丙烯酰胺，在油井堵水上獲得良好效果。采用水解度為30%，相對分子質量為400*10^4的聚丙烯酰胺在地質鉆探上，起到了維護孔壁穩(wěn)定，防止鉆孔滲漏的作用。采用水解度為30%的聚丙烯酰胺作鉆井液處理劑，降低了鉆井液的滲透速度，提高了鉆孔速度，縮短了鉆井液的攪拌時間，因而減少鉆井液攪拌和臺數，提高黏土造漿率達30%-50%。有時，在堵水中需使用部分交聯(lián)的聚丙烯酰胺。為了提高堵水出油的選擇性，交聯(lián)度要盡量低些。聚丙烯酰胺的相對分子量雖通常在(300-500)*10^4之間，相對分子質量的選擇以孔隙結構的滲透率為依據。滲透率大于1D的堵層，聚合物相對分子質量以300*10^4左右為宜。滲透率更高時，可用(500-800)*10^4的聚丙烯酰胺。水解度也和堵層巖石的性質有關，灰?guī)r吸附能力強，水解度應高些，約為20%-30%，砂巖吸附能力低，水解度為5%-20%。

三，用作鉆井液調整劑和壓裂液添加劑

作為鉆井液調整劑，經常使用部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，它由聚丙烯酰胺水解而得。其作用是調節(jié)鉆井液的流變性，攜帶巖屑，潤滑鉆頭，減少流體損失等。用聚丙烯酰胺調制的鉆井液比重低，可減輕對油氣層的壓力和堵塞，容易發(fā)現(xiàn)油氣層，并有利于鉆井，鉆井速度比常規(guī)鉆井液高19%，比機械鉆速高45%左右。此外，還可大大減少卡鉆事故，減輕設備磨損，并能防止發(fā)生井漏和坍塌。
壓裂工藝是油田開發(fā)致密層的重要增產措施。亞甲基聚丙烯酰胺交聯(lián)而成的壓裂液，因具有高黏度，低摩阻，良好的懸砂能力，濾失性小，黏度穩(wěn)定性好，殘渣少，貨源廣，配制方便和成本低而被廣泛應用。
在壓裂和酸化處理中，將聚丙烯酰胺配制成濃度為0.01%-4%的水溶液，泵入井下地層，使地層斷裂。聚丙烯酰胺水溶液具有增稠攜砂，降低壓裂液流失的作用。而且，聚丙烯酰胺有降阻作用，因而能使壓力的傳遞損失下降。

四，油井水泥外加劑

以AMPS與甲基丙烯酸，丙烯酰胺制備的三元共聚物，適用于各種鹽水鉆井液，起到良好的高溫緩凝作用。美國Halliburton公司推出的AMPS與丙烯酸的共聚物，AMPS與N, N-二甲基丙烯酰胺的共聚物和羧甲基羥乙基纖維素組成的復合物作為油井水泥外加劑，可有效地降低水鉆井液的高溫濾失量。

五，鉆井液處理劑

AMPS與丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚物，AMPS與丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺的共聚物，AMPS與腐殖酸和丙烯酰胺的接枝共聚物在淡水鉆井液，鹽水鉆井液，飽和鹽水鉆井液和海水鉆井液中均共有較好的降濾失和抗溫，抗鹽能力。
黏土分散和其他因素造成的污染往往引起鉆井液的黏度增加，此時需要用降鉆劑來控制鉆井液的流變性。常見的，用量最大的鉆井液降黏劑為鐵鉻木質素磺酸鹽降黏劑(FCIS)。AMPS與丙烯酸和甲基丙烯酸的三元共聚物用作鉆井液降黏劑取代FCLS，即保留了FCLS良好的抗鹽性能和抗溫性能，又克服了FCLS的毒性。研究表明，三元共聚物比二元共聚物的抗高價金屬離子的能力更強。

六，完井液和修井液添加劑

AMPS與丙烯酸和衣康酸的共聚物，可用作配制海水，鹽水的增黏劑，使完井液黏度提高4倍以上，并且具有良好的熱穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)聚合物在鹽水體系中黏度下降的缺點。

七，油田水處理劑

AMPS的均聚物與丙烯酸，丙烯腈，丙烯酰胺等形成的共聚物，可用作油田污水處理的絮凝劑，污泥脫水劑和防垢阻垢劑，F(xiàn).Goodrich公司推出的由AMPS，丙烯酸和苯乙烯磺酸鈉組成的三元共聚物對硫酸鈣垢和礴酸鈣垢都有很好的抑制作用，其阻垢率均達到97%以上。資料表明，以AMPS共聚物作水處理劑具有用量少，效果優(yōu)于現(xiàn)有聚丙烯酰胺類水處理劑的特點。