油田常用的聚合物-壓裂液是一種化學性質穩(wěn)定的高分子聚合物,在正常條件下很難降解,但也并不是不能降解,能使聚丙烯酰胺降解的因素主要有以下幾種。
1.強氧化還原反應
水中的溶解氧和過硫酸鹽、過氧化物等強氧化劑會直接氧化聚丙烯酰胺碳鏈使其斷裂,這是壓裂液較為常見的氧化降解方式;如果溶液中同時存在強氧化、強還原性物質,所產生的氧化還原反應會進一步誘發(fā)一系列自由基反應,導致碳鏈斷裂。
2.光
自然光和紫外線的照射就能直接導致壓裂液降解,這是因為C—C鍵的鍵能較低,容易受到電磁波的攻擊而斷裂。不過該反應速率較慢,但是如加入TiO2即可明顯加快反應進程。
3.剪切力
多項研究表明,壓裂液在多孔介質中流動時會發(fā)生剪切降解。聚丙烯酰胺的相對分子質量越大、濃度越大、在多孔介質的流動時間越長、流動速度越快,就越容易發(fā)生降解。此外,金屬離子含量(尤其是Ca2+)的存在也會起到促進作用。
4.高溫
壓裂液在300℃以上時會發(fā)生明顯降解,降解后生成NH3和CO2,不過如加入過渡金屬離子會使其更穩(wěn)定。
如上所述,壓裂液發(fā)生降解所需的條件比較苛刻,往往需要較強的能量。在油藏環(huán)境中,使壓裂液發(fā)生降解的主要因素是剪切力,以及人工投放的強氧化性解堵劑。但對于殘留壓裂液問題比較嚴重的聚合物驅后油藏來說,滯留在多孔介質中的壓裂液分子很難再繼續(xù)流動與孔道發(fā)生剪切作用;解堵劑則難以深入油藏深處。如果微生物可以在油藏環(huán)境中有效地降解壓裂液,就將成為清除油層多孔介質中聚合物的理想手段。有實驗表明:高相對分子質量的PAM或HPAM在特定情況下是可以被自然界存在的微生物降解的。這樣,就有可能利用微生物清除油藏中的殘留PAM或HPAM,進而提高采收率。