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1、 聚合物驱提高采收率的技术及其应用聚合物驱是一种比较有效的提高原油采收率的三次采油方法。综述了聚合物驱技术在国内外的应用和研究进展,分析了聚合物驱的驱油机理。介绍聚合物驱油的的方法以及在现实生产过程中的应用。石油是重要的能源化工原料,有“工业血液”之称,随着国民经济的高速发展,要求石油工业提供越来越多的石油产品。世界各国为了满足国民经济发展对石油产量的需求,一方面加强勘探寻找新储量,一方面努力提高已开发油田的采收率,积极进行 3 次采油的探索与应用。通过注入驱油剂来开采油层的残余油为强化采油(Enhanced oilRecovery,简称 EOR 或 Improved oilRecovery,
2、简称 IOR),又称 3 次采油(Tertiary oil Recovery),可使采收率提高到 80% 85%。聚合物驱就是一种比较有效的提高原油采收率的 3 次采油方法,它能在常规水驱开采后期,使油藏采收率再提高 8%左右,相当于增加四分之一的石油可采储量。我国对聚合物驱提高油田采收率技术极为重视，投入了大量的人力、物力进行理论技术攻关和现场试验，并取得了丰硕的成果。特别是“七五” “八五”“九五”科技攻关及国家 973 项目的研究，大大促进了聚合物驱油技术的发展。自 1996 年聚合物在大庆、胜利、大港等油田大规模推广应用以来，形成了1000104t 的生产规模，为国家原油产量保持稳中有
3、升发挥了关键的作用。以大庆油田为例，截止到 2003 年 12 月，已投入聚合物驱工业化区块 27 个，面积321.36km2，动用地质储量 5.367108t，投入聚合物的油水井 5603 口，累积注入聚合物干粉 46.89104t，累积产油 6771.89104t，累积增油2709.67104t。2003 年，工业化聚合物驱全年产油 1044.4104t。大庆油田聚合物驱提高采收率以其规模之大，技术含量高，居世界领先地位，创造了巨大的经济效益。1、聚合物驱概述聚合物驱(Polymer Flooding)是指在注入水中加入少量水溶性高分子量的聚合物,增加水相粘度,同时降低水相渗透率,改善流度
4、比,提高原油采收率的方法。它的机理是所有提高采收率方法中最简单的一种,即降低水相流度,改善流度比,提高波及系数。一般来说,当油藏的非均质性较大和水驱流度比较高时,聚合物驱可以取得明显的经济效果。2、聚合物驱提高采收率的机理原油采收率是采出地下原油原始储量的百分数,即采出的原油量与原始地质储量的比值,它取决于驱油剂在油藏中波及体积和驱油效率。聚合物驱不仅可以提高波及系数,而且还可以提高水波及域 内的驱油效率。其提高驱油效率的机理表现在以下几个方面:(1)、本体粘度使聚合物在油层中存在阻力系数和残余阻力系数增加,是驱替水驱未波及残余油和簇状残余油的主要原因。对于渗透率相近的人造岩样,分别水驱至残余
5、油状态(含水 98% ),用相同粘度的甘油、聚合物溶液分别驱替 0. 6 PV 后,继续用水驱至残余油状态,驱替过程中测量岩样两端的压差。测定结果表明,聚合物驱时岩样两端的压差远高于甘油驱时岩样两端的压差。这是由于聚合物溶液是粘弹性流体,不仅增加了驱替相的粘度,降低油水粘度比,而且由于聚合物在岩石中的滞留,引起了水相渗透率的下降,因而残余阻力系数,l 使油水流度比进一步降低。而甘油是粘性流体,只能通过增加水相粘度,使油水流度比下降。所以,尽管两者的粘度相同,但驱油效率却不同。而且聚合物驱对甘油驱替不出来的细喉道中的残余油,也有一定的驱替效果。由此可见,聚合物溶液不仅有粘性作用,而且还有部分弹性
6、作用。(2)、界面粘度使聚合物溶液在多孔介质中的粘滞力增加,是驱替膜状、孤状残余油的主要机理。由于聚合物溶液与残余油之间的界面粘度远远高于注入水与残余油间的界面粘度值,聚合物溶液粘度的增加,是由于聚合物分子中含有许多亲水基 团,这些亲水基团在聚合物分子外形成的“水鞘”,增加了相对移动的内摩擦力。同时,上述基团在水中解离,产生许多带电极性相同的链节,这些链节互相排斥,使聚合物分子线团在水中更加伸展,因而有更好的增粘能力。因此,聚合物溶液在多孔介质内的渗流过程中,其粘度值要比用粘度计测量的视粘度高许多倍。综上所述,聚合物溶液作用在残余油表面的粘力远远大于水在其上的粘滞力,因此,聚合物能够部分孤岛状
7、残余油和膜状残余油驱走。(3)、聚合物的粘弹性同样对提高驱油效率有很大帮助。柔性聚合物分子在应力作用下将产生形变,其弹性又会使其恢复、收缩。因此,当具有粘弹性的柔性聚合物溶液通过多孔介质时,既存在着剪切流动,也存在着拉伸流动。特别是聚合物分子在流经孔道尺寸变化处时,聚合物分子就受到拉伸而表现出弹性。这种特性使进入盲端孔隙的聚合物溶液,具有与流动方向垂直、指向连通孔道的法向力。正是在上述聚合物溶液粘弹性的作用下,才使得聚合物溶液能够进入盲端中驱油。由此可见,聚合物驱油技术,既能扩大波及系数,也能提高驱油效率,在开采特高含水油层中能很好的形成油墙,大幅度增加产油量,提高原油采收率。3、常见驱油聚合
8、物1、聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（简称 AM）及其衍生物的均聚物和共聚物的统称，工业上凡含有 50以上的 AM 单体的聚合物都泛称为聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是一种线型水溶性高分子化合物，相对分子质量高（10 5107） ，水溶性好，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。1893 年有Mourell 用丙烯酰氯与氨在低温下反应制得，1954 年首先在美国实现商业化生产，用于铀矿工业，从铀盐水溶液中除去微小杂质。20 世纪 60 年代初开始生产聚丙烯酰胺，主要用于净化电解用的食盐水，当时生产规模很小，直到 1979年，由于石油开采工业的需要，其产量才大幅度增长，在石油开采的钻井、固井、完
9、井、修井、压裂、酸化、注水、堵水调剖、三次采油作业过程中，都要用到聚丙烯酰胺，特别是钻井、堵水调剖、三次采油领域应用更为广泛。2、黄胞胶黄胞胶是一种由假黄单孢菌属发酵产生的单孢多糖，是一种性能优良的水溶性多功能生物高分子聚合物。相对分子质量一般在（200600）10 4。1940年美国农业部研究院北部地区研究中心开始从事对黄胞胶的研究，1959 年开发成功。1960 年首先由美国 Merck 和 Kelco 分部进行小规模生产，1961 年正式商业化生产，是微生物多糖中用途最广，最先生产的品种。黄胞胶自 1961 年由美国 Kelco 公司投入工业化生产以来发展迅速。黄胞胶的溶胶分子能形成超结
10、合带状的螺旋共聚体，构成脆弱的、类似胶的网状结构，以致能支持固体颗粒，液滴和气泡的形态，具有良好的曾粘性、假塑性、颗粒稳定性。对人、畜均无毒，可以食用，被广泛用于食品、医药、石油开采、陶瓷、印染、造纸、轻纺、水处理、选矿以及炸药等 20 多个行业中，作为稳定剂、增稠剂、乳化剂、悬浮剂和絮凝剂等。在石油开采行业中，黄胞胶用于钻井液，对防止井喷等有明显的作用，其应用被称为 20 世纪 70 年代钻井液技术的最新成就之一，黄胞胶还可用于完井、修井、压裂液、堵水调剖和三次采油。河南、华北、大港油田采用黄胞胶进行用于完井调剖作业，发现初期效果很好，但是黄胞胶的弹性差，残余阻力系数小，驱油效果比聚丙烯酰胺
11、效果差，更容易产生生物降解作用，因此，目前堵水调剖剂和三次采油基本上都使用聚丙烯酰胺。黄胞胶的应用也在发展中，为了提高黄胞胶的生物稳定性，可以采用甲基化的方法，为了提高其耐温、耐盐能力，可以采用控制乙酰化和丙酮酰化的方法。3、梳型抗盐聚合物梳型抗盐聚合物是一种改性的聚丙烯酰胺，由于增粘性能与普通聚丙烯酰胺相比发生了质的变化，已经称为油田三次采油新一代的高效驱油剂。为了解决普通聚丙烯酰胺抗盐性能差的问题，1999 年中国石油勘探开发研究院采油工程研究所首先提出了三次采油用梳型聚合物分子设计思路，根据这一思路，通过丙烯酰胺与新型功能单体 AHPE 的共聚得到梳型抗盐聚合物，梳型抗盐聚合物由于在聚丙
12、烯酰胺分子链中插入 AHPE 单体，高分子的侧链同时带亲油集团和亲水集团，通过亲油集团和亲水集团的相互排斥及亲水集团之间的相互排斥，高分子链在水溶液中排列成梳子形状，聚合物在盐水中的分子内和分子间卷曲减少，增稠盐水的能力提高了 50以上。4、疏水缔合聚合物4、聚合物驱油藏工程的方法1、聚合物的注入时机所谓的注入时机就是指油田的综合含水是多少时，实施聚合物驱的效果最佳，一般认为，聚合物驱是一种改善水驱的方法，它只起到缩短油田开发年限的作用，节约注水和产出水，因此，聚合物的注入时机， （以油藏综合含水率为指标）与增加采收率的幅度无关，只是含水低时注聚合物节约的注水量多，而进入高含水时再注聚合物，节
13、约的注水量少。但室内物理模拟研究结果表明，虽然聚合物的用量不同，但转注聚合物时含水越高，聚合物驱提高采收率越低，而转注聚合物时含水较低时，聚合物驱最终采收率也较高。矿场试验结果表明也认为，聚合物的注入时机对增加采收率的幅度有明显的影响，根据国外从 1964 年到 1981 年期间所进行的 185 个矿场试验，其中有 29 个试验提供了聚合物驱有价值的资料，由于聚合物驱开始的时间不同而其成功的比例有很大的差异，在接近一次采油末期便开始的 16 个试验中，有 12个或得成功；在二次采油阶段期间开始的 7 个试矿场试验结果表明聚合物的注入时机对提高采收率的幅度有明显的影响。2、聚合物驱的层系划分聚合
14、物驱改善了油层纵向非均质性，调整了油水层剖面，扩大了波及体积，提高了原油采收率。对于正韵律沉积的油层，注水开发中，由于重力作用的影响，使注入水在砂体内下部层段窜流，导致波及及体积难以达到较高值，在聚合物驱情况下，由于水相具有较高的粘度，使得由重力引起的层段窜流量减少，减少了重力的影响从而起到增大波及厚度的作用，这一情况已被大量的聚合物驱矿场试验所证实。主要表现在：油井产出水矿化度发生明显变化，而且增产的油量随注水井的渗透力变异系数（变化范围在 0.50.8 之间）的增大而增加。油藏注水开发和聚合物驱的对比表明，聚合物驱对油层内调剖作用是显著的。同样，聚合物也可以大大改善层间的非均质性。聚合物驱
15、矿场实施的吸水剖面和取心井资料表明，不同渗透率的油层间吸水量比例发生了明显的变化，高低渗透层间吸水量差异大大缩小，油层水淹厚度明显增加。综上所述，在多油层砂岩油藏进行聚合物驱的过程中，层间矛盾和层内矛盾不像水驱那样突出，相反，这些矛盾大都得到了缓解。数值模拟的研究结果表明，在油层物性和流体性质及注入聚合物段塞浓度一定的条件下，聚合物增加采收率的幅度与油层厚度有关，当厚度超过 10m 后，其增加采收率的幅度明显变小，多层注聚合物能充分发挥聚合物溶液的调剖作用，改善层间运动状况，效果好于单层注聚合物。在特高含水期多层优越性更明显。虽然聚合物驱能够改善层间、层内非均质，但是在渗透率差别较大时，特别是
16、存在较高渗透率条带的情况下，驱替和窜流的现象是严重的，在精细油藏描述的基础上，应重点对水驱后油层物性变化进行研究，特别是大孔道的分布及窜流程度，并采取相应措施。在目前已进行的聚合物驱项目中，主要采取了分层注采、注入调剖剂、油井防窜等措施，取得了较好的效果。3、聚合物驱合理的井网井距井网、井距的选择主要是由聚合物驱本身的特点决定的，同水驱不同，聚合物驱对井网、井距的选择首先应考虑聚合物在地下高温、高矿化度的多孔介质中的稳定性；并且与水驱相比，驱替粘度升高，在多孔介质中的渗流速度较慢，注入水压力较高，因此在一定的注入速度下，注入压力不能超过油层破裂压力，同时还应考虑应用目前水驱开发的井网、井距，充分发挥聚合物驱的优势。不同的井距条件下注聚合物都会有较好的增油降水下过。在油田进行聚合物驱时，对井距的选择必须考虑两个因素：一是注入压力，即注入时达到配注要求是的注入压力与油层破裂之间的余压。由于聚合物溶液粘度高，有时可能比注入水粘度高 50 倍以上，因此注入聚合物后，会使油层的渗流阻力
