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1、冯玉军,中低渗油藏化学驱用聚合物的研究 Polymers used for EOR from Medium- & Low-permeability Oil Reservoirs,四川大学高分子研究所 高分子材料工程国家重点实验室,2015国际三次采油技术进展交流会 黄岛 2015年7月16日,四川大学主办的 与石油相关的两本刊物,教育部主管、中石化支持,中石油主管, 我国第一个高分子材料加工专业（徐僖院士1953年创建） 我国第一本高分子材料加工教材（1956年） 我国第一个高分子材料与加工博士点（1981年） 我国第一个高分子材料与加工博士后流动站（1986年） 我国第一个高分子科学与工程学
2、院（2002年） 我国唯一一个高分子材料工程国家重点实验室（1991年） 我国第一个专业从事油田高分子材料研究的基地,以高分子材料高性能化、加工为特色，高分子材料科学与工程领域规模最大、最有影响的科研和教学基地之一。,四川大学的高分子学科,1通用高分子材料高性能化新技术和新原理的研究,2聚合物成型理论和技术的研究,3. 高性能和功能高分子材料的研究,4. 废弃高分子材料再生利用与环境友好高分子材料,5油田开发用高分子材料的研究,高分子材料工程国家重点实验室 的研究方向,经过长期积累，形成了有特色的五个研究方向：, 在徐僖院士领导下，四川大学（成都科技大学）高分子研究所从上世纪七十年代后期开始从
3、事油田高分子材料的研究工作。 1981年9月，石油工业部科技司（中国石油天然气集团公司科技发展部）与成都科技大学签订协议，正式合办油田高分子材料研究室（当时参与油田化学研究的四所非石油高校之一）。 1984年，创办油田化学杂志。 30多年来，在油气田勘探、开发、集输用高分子材料的应用技术与应用基础理论研究方面开展了大量的研究工作，取得了一批重要的研究成果。1991年以来，在有关油田开发用高分子材料的研究成果中，被评为国际先进水平的成果14项，获部级科技进步二等奖2项、部级科技进步三等奖3项、获局级科技进步一等奖3项、二等奖2项、三等奖1项。23项成果投入了矿场应用，取得了良好的技术经济效益。,
4、四川大学油气开采用高分子材料 研究概况,四川大学高分子材料 同国内石油行业的合作, 高温高盐油田化学驱提高采收率技术（国家重大专项，2011zx05011-004） 耐温抗盐驱油化学剂设计与合成（国家重大专项，2008zx05011-001-1） 驱油聚合物分子设计、合成及性能研究（“973”计划项目，G1999022502） 高温耐盐聚合物驱油剂研制（国家科技攻关计划项目专题，96-121-06-08） 复合驱油体系中聚合物驱油剂及驱油性能的研究（子专题：离子缔合型驱油剂及性能研究）（国家攀登（B）计划项目） 耐温抗盐聚合物（含生物聚合物）研制（国家科技攻关计划项目，85-203-09-01
5、）,四川大学在油气开采用高分子材料领域 承担的国家项目,四川大学从事油田化学研究的 相关团队,冯玉军团队研究方向,油气开采用软材料, 智能软材料（聚合物，凝胶，表面活性剂） 极端环境下油气开采用聚合物及表面活性剂 高温 高矿化度 低渗,或,中低渗油藏化学驱用聚合物的研究 Polymers used for EOR in Medium- & Low-K Oil Reservoirs: a story of 6 years of study,聚合物驱提高采收率原理,水驱,聚驱, 降低水（驱替液）油流度比，M1 扩大波及体积,Mainly polymer flooding,Shengli Oilfi
6、eld, Sinopec,聚合物驱对于稳定我国原油产量发挥了极大的作用,现用聚合物面临的挑战（1）：高温高盐油藏,Still CEOR ?, Hi-temperature: 85C Hi-salinity: 30,000 TDS Low-permeability: 100 mD Offshore CEOR,PetroChina,14,Abundant resources to be recovered High temperature High salinity, high divalent-cation content Strong heterogeneity,Challenges of C
7、EOR in Shengli Oilfield, Sinopec,Class I: laboratory study, 1960s; field trial, 1992; field extension, 1997 Class II: laboratory study, 1996; field trial, 1998; field scaled-up, 2005 Class III, , V and off-shore fields: R&D under way,三采目前常用聚合物为部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），由于其阴离子聚电解质特性，其在淡水中具有很强的增粘能力。,Viscosity l
8、oss upon increasing T,现用聚合物面临的挑战（1）：高温高盐油藏,HPAM溶液粘度随温度升高而急剧降低,Zaitoun et al, 1983,NaCl,Ca2+, Mg2+,现用聚合物面临的挑战（2）：中低渗油藏,Daqing,JIangsu,Still CEOR ?,PetroChina,有效厚度0.5m 13.63亿吨,大庆III类地质储量, 长链：以2000万分子量为例，含28万个链节；如果全部伸直，约43m 线性：无支化 柔性：形成线团，自回避行走（考虑排斥体积） 均方旋转半径RG 持续长度（persistence length）lp 总长度（countour l
9、ength）l 水动力学体积半径RH 意义：RG与孔喉的匹配性决定低渗油层的可注入性,2nm for HPAM,1.54nm,现用聚合物面临的挑战（2）：中低渗油藏,中低渗油藏聚合物驱的两个核心问题：可注入性，机械降解,2RH,中低渗油藏聚合物驱面临的挑战（1）：可注入性,Injectivity criterion: rh / RG 5,Core hydrodynamic radius: rh = K(1-)2/C0.5 (Kozeny-Cavman) Radius of polymer coil gyration: RG = 0.619M)/10241/3 (Flory-Kirkwood-R
10、iseman) If K = 0.2 m2, then rh = 1.52 m For M 24 106 g/mol，RG 0.7 m，Rh / RG 2 = 15 19 106 g/mol，RG = 0.50 m，Rh / RG 3 10 106 g/mol，RG = 0.30 m，Rh / RG 5,Hi- or ultra-hi MW polymer cannot be injected into low-K reservoirs,2rH,2RG,(G. Chauveteau),中低渗油藏聚合物驱面临的挑战（2）：机械降解, Elongational (extensional) flow
11、,Finternal tensile force,velocity gradient,Lccountour length, Shear flow,The faster the flow rate, the higher the extension rate ,(Maeker, 1975; Seright, 1981, 1982; Martin, 1981, 1984),Long linear polyelectrolyte,Flexible random coil,Shear+elonggation,HPAM,M, MWD, ,The lower the K, the higher the,T
12、he higher the MW, the easier the degration,(Sorbie, 1991),(Hamielec, 1973),Example of mechanical degradation,Low MW polymers are less sensitive to shearing,Low stability for high MW,The stability of high molecular weight molecules is very low,Number of molecules,0 5 10 15 20 25 30 35 40 Molecular we
13、ight (106 Daltons),Very high stability,stability,Poor stability,Low stability,Very low stability,Final viscosity,The mechanical degradation is generated directly at the injection point The chemical degradation happens a few hours after injection and polymer solution is then stable,Viscosity cPs,Time
14、,Factors Brine (TDS) Temperature Oxydo reduction equilibrium Oxydo reduction reactions Flow Differential pressure, Shear Permeability Precipitation (salts, sulfur, SRB, Fe) Viscosity of injection Viscosity at different steps of degradation,Mechanical degradation,Chemical degradation,Stable fluid,基本技
15、术思路：中低分子量 + 增强链刚性 + 超分子聚集 中低分子量 便于注入：满足基本条件Rh / RG 5，M 1000万 减小机械降解概率： M - 增强链刚性 增强抵抗机械降解的能力 位阻效应 使聚合物链更为伸展 HDV 刚性侧链 + SO3-或COO- 聚合物链内及链间的静电排斥 ,中低渗油藏化学驱用聚合物：我们的思路, 超分子聚集体 分子量降低， 势必降低，如何弥补？ 形成结构流体，增粘 app = 结构 + 非结构 非结构：聚合物分子链水化增大HDV 结构：增强分子间相互作用，形成超分子聚集体，比如静电吸引、疏水缔合 超分子聚集体：物理作用，在高剪切或拉伸速率下聚集体拆散，低剪切或拉伸速率下粘度恢复,高剪切作用力下，超分子聚集体被拆散，易通过孔喉,通过孔喉后，剪切作用力减小，超分子聚集体重新形成，继续发挥增粘作用,通过低渗孔喉的可逆缔合,中低渗油藏化学驱用聚合物：我们的思路,Recovery efficiency from synthetic cores (T = 45 C, TDS =2400 mg/L),In synthetic core: at least 2% (max. 6%) recovery factor higher from the semi-rigid pol
