聚合物驱提高采收率

聚合物驱提高采收率摘要：对于目前石油资源日渐紧张的国际社会而言，提高采收率由于其巨大的经济效益和社会效益必将成为国际关注的必需发展的重大技术。本文主要介绍了聚合物驱提高采收率的方法原理以及聚合物驱提高采收率时的影响因素。关键词：聚合物驱调剖水油流度比波及系数1.提高采收率的意义原油采收率是采出地下原油原始储量的百分数，即采出原油量与地下原油原始储量之比。在经济条件允许的前提下追求更高的原油采收率，既是油田开发工作的核心，又是对不可再生资源的保护、合理利用、实现社会可持续发展的需要。“一次采油”主要是利用油藏本身的天然能量来采出一部分原油；在一次采油后一定时间内注入流体的采油方法通常被称为“二次采油”；常规注水、注气等二次采油技术所不能开采的那部分原油构成了三次采油或强化采油的目标油量，它包括所谓的“剩余油”和“残余油”。地层的非均质性包括层间（纵向）矛盾和层内（平面）矛盾注水采油，油的粘度比水大，水会沿高渗透层带突进——指进，而不能波及到渗透性较低的层带，较小孔隙中的油不能驱出。注入剂(如水)波及到的油层，不能将油都洗下来，与地层的润湿性、毛管力、油-水界面张力等因素有关。水能驱出亲水油层中的油，对亲油油层中的油不能全驱出，油膜吸附在岩孔壁上，同时洗下的油会因液阻效应采不出来。中国油田的储层状况与国外海相储层相比，大多数发现于陆相沉积盆地，油藏类型复杂，砂体体积小，天然能量供给受到一定限制，一次采油的采收率很低。大多数油田采用早期注水方式开发，因此，不存在截然不同的一次、二次采油阶段。陆相储层的原油粘度高，含蜡量高，油水流度比的差异较大，加之油藏非均质性严重，由此决定该类油藏的大无水采收率期短，大多数储量在高含水期采出。中国陆上油田的平均采收率为33.16%，除大庆油田以外，水驱采收率仅为25.5%，如冀东油田仅为18.8%。需要开展进一步提高采收率的研究。对于目前石油资源日渐紧张的国际社会而言，在今后的10～20年内，提高采收率由于其巨大的经济效益和社会效益(主要是人类对资源的利用率)，必将成为国际关注的必需发展的重大技术，必将成为各国石油工业及相关产业以及国家重要的核心竞争力的关键组成内容。在国内未来10～20年内，为保证国家发展所必须的原油产量，提高采收率成为必不可少的手段。在我国目前适合于化学驱的石油储量为33.8亿吨，化学驱提高采收率成为国家急需发展必须发展又亟待解决的重大技术难题，也是世界石油工程界十分关注的重大技术。2.聚合物驱油机理宏观上看聚合物驱油的基本原理是通过提高注入流体的粘度，调节油藏中油水两相的流度比，达到扩大波及体积的目的。下面我们从微观上分析一下聚合物的驱油机理。首先改善了水油流度比（M表示），扩大了波及体积。水驱油时，当M＞1，说明水的流动能力比原油强，水的流动易发生指进现象，波及系数就低，大部分原油将不会被驱替出来。而聚合物加入水中，溶液渗入地层能力降低，粘度就提高，溶液流动则降低。如原油的流动能力比溶液强，溶液波及范围就得到提高，水驱油的效果则变好。聚合物的流度控制作用是聚合物驱油的两大重要机理之一,在水驱条件下,水突破后采出液中油的分流量为:油、水两相的相对渗透率是含水饱和度的函数。是控制采出液中含水上升速度的重要参数。当油水粘度比很大时,采出液中含水率上升速度很快。相反,在油水粘度比很小时,采出液中含水率上升速度将大大减缓,当达到采油经济允许的极限含水率时,油层中的含水饱和度已经很高,因而实际驱油的效率也高。聚合物驱就是通过增加水相粘度和降低水相渗透率来降低流度比,从而提高平面波及系数、纵向波及效率。其次增加了水在油藏高渗透部位的流动阻力，提高了波及效率。聚合物的加入水中，一方面增加了水的粘度并减少了水的有效渗透率；另一方面在渗透高部位流动时所受流动阻力小，机械剪切作用弱，聚合物降解程度低，则聚合物分子就易于缠结在孔隙中，增大高渗透部位的流动阻力。反之，低渗透率部位，聚合物分子降解作用强，分子回旋半径就低，反而容易通过低孔径孔隙，而不堵塞小孔径。第三，形成稳定的“油丝”通道。由于聚合物溶液的粘弹性作用，拖拉携带盲端残余油以及形成稳定的“油丝”通道。聚合物加入水中，没有弹性的水变成了具有弹性的溶液。一方面聚合物溶液可看作可胀可缩的海绵，即“海绵效应”。聚合物溶液通过孔隙就像海绵通过一样，可以拖拉携带出孔隙边缘中油滴状的油以及使孔隙壁上的油膜变薄。另外一方面聚合物溶液将残余油拉伸形成细长的油柱，然后跟下游油柱相遇即形成稳定的“油丝”通道，也可能是由于油水界面的内聚力而形成多个细小油珠，并与下游油珠结合形成稳定的“油丝”通道。无论是“海绵”效应拖拉携带残余油还是“油丝”机理，都降低了各类水驱残余油量，提高了驱油效率。第四，聚合物的调剖作用。调整吸水剖面,扩大水淹体积,是聚合物提高采收率的另一主要机理。在聚合物的流度控制作用下,油层注入水的波及体积扩大。在注入聚合物溶液的情况下,由于注入水的粘度增加,油、水流度比得到改善,不同渗透率层段间水线推进的不均匀程度缩小。因此,向油层中注入高粘度的聚合物溶液时,可以相对减缓高渗透层段的水线推进速度和距离,克服指进现象。当注入聚合物后,聚合物段塞首先进入高渗透层,由于粘度增加以及吸附/滞留,导致高渗透层中流动阻力增大,随着注入压力的增高,迫使后续注入水或聚合物溶液逐渐进入低渗透层,从而启动低渗透层位,提高垂向波及效率,扩大油层水淹体积,提高原油采收率。聚合物驱的主要机理如下：1、吸附聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键、静电作用聚集在岩石孔隙结构表面的现象。NaCl浓度增加，吸附量增加;分子量增加，吸附量增加;温度升高，吸附量减小。影响吸附量的因素为：(1)岩石的成分和结构。粘土矿物碳酸岩砂岩，蒙脱石伊利石高岭石；(2)高分子的类型、分子量及浓度。酰胺基的同一高分子，M大，吸附量大；(3)水中含盐量、PH的影响。岩性相同，高分子相同，含盐量越高，吸附量越大，PH值越大吸附量越小；(4)温度升高，分子运动加剧，吸附量减小；(5)动态吸附小于静态吸附（存在高速流动脱附）。2、机械捕集和水动力学滞留聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线团通过“架桥”留在孔喉外的现象。主要机理:高分子结构柔软，在高速流动时变长与流动线保持一致，容易进入比高分子直径小的孔隙，流速降低后应力松弛高分子恢复原状被捕集在孔隙中。影响捕集的因素：主要是高分子的结构，柔性高分子线团大，捕集作用大；孔隙小易捕集。对低渗透层捕集是滞留(渗透率降低)的主要机理，对中等渗透层吸附是滞留(渗透率降低)的主要机理。3、物理堵塞物理堵塞是指高分子溶液中的各种水不溶物或高分子溶液与地层或地层中的流体发生化学反应生成沉淀物引起的堵塞，物理堵塞滞留是不可逆的。三种滞留住往同时发生，特别是吸附和机械捕集。滞留量适当，有利于化学驱油，滞留量太大聚合物不能流动到预期的位置，影响波及系数，对化学驱油不利；滞留量太大造成地层损害。3.聚合物驱提高采收率的影响因素3.1油层条件对提高采收率的影响因素油藏类型的影响。如果油层含大量泥岩，那么聚合物就会被泥岩吸附。如果是气顶油藏，或者油层具有裂缝，那么注入的聚合物会充填到气顶中，或者沿着聚合物前进造成聚合物绕流。如此就会大大的影响驱油效果，不过对于泥岩含量非常小，我们可以多注些来弥补被吸附的聚合物，对于高孔渗大孔道或微笑裂缝可以通过调剖来改善。根据国内大量室内试验和现场实施经验，聚合物驱适用的油藏类型是陆相沉积的砂岩油藏，砂体发育连片，不含泥岩或含量非常少。油层非均质性影响。当油层比较均匀时,聚合物流体推进就比较均匀，比非均质油藏推进速度慢，被聚合物流体波及到体积越大，驱油效率就越高。当油层非均质程度严重时，体积扫油效率提高幅度就越大。体积扫油效率和驱油效率这两个因素基本保持平衡，因而提高采收率值几乎是一样的。不过油层非均质性较均匀时，水驱开发效果本来很好，聚合物驱提高采收率的幅度就低。而油层非均质性不好，水驱开发效果差，聚合物驱提高采收率幅度就大。综合考虑，油层非均质性越强（一般在0.5-0.8之间），越适合实施聚合物驱油。地层原油粘度的影响。当原油粘度过低，那么一般水驱后孔隙中的残余油就会很少，实施聚合物驱就没有意义。当原油粘度过高，要想改变水油流度比，则需要更高粘度的聚合物溶液，那么要求的聚合物浓度和量就高，从而需要更强的注入压力，这就给地面工艺带来了相当大的困难。根据国内经验，原油粘度一般在20～100mPa.s之间，适合实施聚合物驱。油层温度的影响。温度太低，细菌活动加剧，聚合物的生物降解作用就强，不利于聚合物驱。温度过高，聚合物的氧化降解、水解、絮凝作用就强，粘度明显减小。根据经验，大于70℃时，过滤因子会明显增大，注入压力则需增强。这些情况的发生都不利于聚合物驱，因此适合聚合物驱的油层温度不能过高，一般略低于70℃。地层水矿化度的影响。前面已经提到配置聚合物溶液所用水质的矿化度能影响聚合物驱油粘度，同样地层水的矿化度也会降低聚合物溶液的粘度，影响聚合物驱油效果。因此适合油藏地层水的矿化度不能太高，一般在6000mg/L。3.2聚合物条件对提高采收率的影响聚合物浓度及用量对原油采收率的影响。一定程度下，聚合物浓度越大，溶液的粘度越高，驱油效果应该越好。据李鹏华等人考察聚合物浓度对聚合物驱采收率的试验结果所得图件，从图中可以看出，原油采收率随着聚合物浓度增加而提高，然后趋于缓慢。相同浓度原油采收率随聚合物用量增加而提高到一定程度。从而我们可以得出一般高浓度聚合物驱油效果确实要优于低浓度聚合物浓度。聚合物相对分子量对原油采收率的影响。较高分子量的聚合物具有较强的粘弹性，这样就扩大力量聚合物驱的波及体积和提高聚合物驱油效率，因此在一定范围内聚合物的相对分子量越高，其原油采收率提高值也就越大。转注时机对原油采收率的影响。转注时机包括不进行水驱直接进行聚合物驱，由水驱后不同阶段转为聚合物驱。水驱前、及水驱后不同阶段对应的含水率逐渐升高。因此根据王德民所绘初始含水率与采收率提高值关系图，我们可以得出相同浓度的聚合物驱，注入时间越早，原油采收率提高值就越大。不同井网条件对原油采收率的影响。由于油藏平面非均质性严重，井距越大，井间非均质性越严重，而聚合物驱可以有效降低井间非均质性，所以在控制范围内，井间距离越大，波及效率越高，原油采收率提高值也就高。残余阻力系数对原油采收率的影响。残余阻力系数是聚合物溶液注入油层前后水的流动度之比，表征吸附和捕集在岩石孔道中的残留聚合物分子对水流动的抑制能力。综上所述：聚合物驱提高驱油效率的观点目前普遍的观点认为聚合物(部分水解聚丙烯酰胺)的驱油机理是聚合物提高了驱替相溶液的粘度,改善了油水流度比,降低了水相渗流能力、提高了油相渗流能力,克服了水相在非均质油藏中指进现象的发生,从而提高了聚合物溶液在油层中的波及体积,因此提高了原油的采收率。以资深专家中国工程院院士王德民教授,中国工程院院士罗平亚教授,中国科学院院士郭尚平教授,中国科学院渗流力学研究所黄延章教授。中国科学院感光化学研究所俞稼庸研究员、西南石油学院韩显卿教授,彭克琼教授等为代表的三次采油专家、学者和研究人员却认为,聚合物驱不仅能够提高聚合物溶液在油层中的波及体积,还可以像表面活性剂那样提高原油的驱油效。其理论依据是部分水解聚丙烯酰胺为长链柔性高聚物,当聚合物溶液在油层介质中流动时,由于孔喉几何形状发生变化(例如喉道的收缩或扩张),不可地会产生拉伸、蠕动及回复作用,必然会产生粘弹效应。王德民院士认为这象必然将那些存在于凹处的残余油滴“带出来”,起着事实上的提高驱油效率用。微观驱油实验结果也直接证明了这种现象和观点。3.3井网井距的影响由于聚合物驱是在已注水油田进行，特别是断块油田，虽然采用的是五点法井网或四点法井网，但都不是十分标准，注聚合物前可钻适当调整井予以完善，其完善标准是，使油井能够由两个以上的方向受益，这样聚合物驱油井见效后，增油降水的幅度和有效时间都比单向受益油井要有利的多。聚合物驱的现场试验和数值模拟结果都表明，不同井距条件下注聚合物都