聚驱驱油机理

聚合物驱油机理认识作为一种非再生的化石能源，石油采收率不仅是石油工业界，而且是整个工业界普遍关心的问题。由于石油是一种流体矿藏，具有独特的开采方式，所以在各种矿物中石油的采收率是比较低的。石油的采收率平均约在3O％-60％之间，在目前条件下，当一个油藏停止开采时，油藏中仍然残留着大量石油，而采出的油量仅占其中较少的一部份。如何把遗留在油藏中的石油经济有效地开采出来，是石油工作者多年来一直在不断探索的一个问题。目前世界上已形成成熟的四大三次采油技术系列1.热力采油技术(1)蒸汽采油技术。有蒸汽吞吐采油技术和蒸汽驱采油技术两类。(2)油层就地燃烧技术。2.气体混相驱(或非混相驱)采油技术(1)烃类驱采油。有液化轻烃混相驱采油、富气驱采油(混相或非混相〉和贫气驱采油三类。(2)C02混相或非混相驱采油。(3)氯气驱采油。3.化学驱采油(1)聚合物驱采油。(2)表面活性剂驱采油(或表面活性剂/聚合物驱采油)(3)碱驱采油(4)聚合物/表活剂/碱驱采油4.微生物采油包括微生物调剖或微生物驱油。三次采油概论大庆油田聚合物驱技术逐步形成了驱油机理及油藏适应性、注入参数及注入方式优化、聚驱过程中综合调整等配套技术。室内研究探索试验工业试验推广应用1965年1995年1972年1991年先导试验1989年三次采油概论聚合物驱形成的主要配套技术（1）聚合物产品质量检测技术（2）聚合物驱油效果实验评价技术（3）深度调剖剂性能评价技术（4）聚合物驱数值模拟技术（5）聚合物驱规划指标预测技术（6）聚合物驱布井方案优化技术（7）聚合物驱油方案优化技术（8）聚合物配制工艺技术（9）聚合物注入工艺技术（10）聚合物驱射孔技术（11）聚合物驱采油工艺技术（12）聚合物驱分层注聚技术（13）聚合物驱深度调剖技术（14）聚合物驱综合调整技术（15）污水抗盐聚合物驱油技术（16）聚合物驱产出液处理工艺技术（17）聚合物驱动态监测技术（18）聚合物驱综合管理技术（19）聚合物驱现场应用效果评价技术（20）聚合物驱油经济效益评价技术三次采油概论注聚区块27个注聚面积321.36km2动用地质储量5.367×108t聚驱总井数5603口累积注入干粉量46.89×104t三采累积产油量6771.89×104t三采累积增油量2709.67×104t聚驱区块年产油量1044.4×104t三采年产油量1234.9×104t聚合物驱工业化推广应用效果三次采油概论大庆油田逐年注聚量1.803.734.686.426.616.998.628.800123456789年注聚合物量（万吨）19961997199819992000200120022003时间（年）三次采油概论大庆油田逐年聚驱产油量294.5558.8816.9827.0906.5953.31134.61234.901002003004005006007008009001000110012001300年产油量（万吨）19961997199819992000200120022003时间（年）三次采油概论目前最为成熟的化学驱方法是聚合物驱，在大庆油田得到广泛应用。近年来，三元复合驱在大庆油田发展较快，成为化学驱中最有潜力，提高采收率幅度最大的储备技术。采收率由三个因素来决定：一是井网对油层的控制程度(Ew)，二是注入液的体积波及效率(Es)，三是水驱油的效率Er，总的采收率E将是这三个效率的乘积，即：化学驱采油原理E=Ew×Es×Er化学驱油机理为了提高井网对油层的控制程度，可以用提高井网密度来实现。一般说来，油田开发后期加密钻井是提高石油采收率的一个重要措施。井网加密的程度在很大程度上由经济因素而不仅由技术因素来决定。Ew：井网对油层的控制程度化学驱油机理在驱替过程中如果驱替工作剂的流度高于它所驱动的流体的流度时将出现粘性指进现象。驱油剂指进的结果将大大降低其波及效率而增加工作剂的耗用量。此外，油藏岩石的非均质性同样也会降低波及效率。例如大庆油田葡萄花油层是一套正韵律沉积，下粗上细,下部的渗透率比上部高，在水驱油时水往往沿着底部推进而在油层上部则留下大量的未被驱扫的石油。提高注入水的粘度将有助于提高波及效率。为这一目的而使用的化学添加剂常被称为增稠剂。改善驱替流体与被驱替流体之间的流度比可以降低粘性指进,从而提高驱油效率。Es：注入液的体积波及效率化学驱油机理常用的增稠剂有化学制剂和生物化学制剂两大类。常用的化学增稠剂为部分水解聚丙烯酰胺。这是一类高分子化合物，它的增稠能力主要由其分子量来决定。常用的聚丙烯酰胺的水解度为25-30％，平均分子量为几百万到上千万。聚丙烯酰胺不是一种单纯化合物，它的分子量有一个分布范围，一般说来，分子量的分布范围愈窄愈好。化学驱油机理在油田上应用的增稠剂一般需要具备剪切稳定性、热稳定性、耐盐性和抗生物降解能力，聚丙烯酰胺的水溶液经过剪切其粘度有某些下降，但是不妨碍它作为增稠剂。在使用温度上，在70℃以下它有较好的热稳定性和抗生物降解能力。但是它的耐盐性较差，特别是地层水中有高价阳离子存在时，可能出现沉淀而降低其增稠能力。因此，聚丙烯酰胺适用于油层水中含盐度较低，埋藏深度不太大(油藏温度不高)的油藏。化学驱油机理生物化学制剂中用得比较多的是生物多糖型增稠剂，其中比较普遍和常用的是黄原胶，黄原胶是淀粉经过某一类特定的菌种发醇后的产物，它是一种多用途的生物化学制剂与聚丙烯酰胺相比，它的增稠能力较高，耐盐性较好。虽然它也有剪切变稀的特性，但是变稀的溶液经过短时间的静止(剪切应力消失)，很快就能恢复其原有的粘度。它的耐温性和抗生物降解能力却比较弱，为此在使用时需要添加防腐杀菌剂。从上面两种增稠剂的分子结构特性上看，聚丙烯酰胺为柔性链，而黄原胶为半刚性链，因此，在用作增稠剂时聚丙烯酰胺在驱油方面更为有利。但在一些特殊条件下，例如油层水含盐量较高时，由于黄原胶的用量比聚丙烯酰胺的用量少，因此可使用黄原胶。化学驱油机理Er：水驱油的效率水驱油的效率与多种因素有关：如原油粘度、油水间的界面张力、孔道大小等，此外还与驱替速度或压力梯度等有关。在实验研究中发现可以用一个参数来表示上述诸因素的综合效应，这一参数称为毛管数。N＝υμr式中：N为毛管数；μ为原油粘度；υ为驱油速度；r为界面张力.化学驱油机理降低油水间界面张力的最直接的方法是在水中加入表面活性剂。研究中发现在水中加入过量表面活性剂且达到一定浓度以后,它们将形成一种胶束或微乳液。胶束中心则为憎水流体(如石油)。这类胶束尺寸稍微增大就成为一种微乳液。胶束溶液和微乳液对于石油都有增溶作用，从而可以大大降低油水间的界面张力。化学驱油机理目前比较普遍应用的表面活性剂是石油磺酸盐类。舌进是非均质油藏水驱波及体积降低的主要原因，当高渗透层的油水前缘达到生产井后继续注水，大部分水仅仅无效穿过高渗透层，不能扩大低渗透层的波及体积，聚合物用于EOR主要有两个目的：改善流度比和调整平面及层内、层间矛盾。其工作原理是在水中加入聚合物，提高注入水的粘度。2.1聚合物及其水溶液性质聚合物是由大量的简单分子(单体)聚合而成的高分子量的天然或合成的物质，又称高聚物。油田注聚合物工程中，常用的人工合成聚合物主要是部分水解聚丙烯酰胺，为柔性长链，常简写成HPAM。若由n个丙烯酰胺分子聚合成聚丙烯酰胺，n则称为聚合度。水溶性聚合物及其分子构象化学驱油机理聚合物是由很多基本结构单元连接起来的，根据基本结构单元的化学结构，即分子内原子或原子团的种类以及它们的结合方式，单个高分子化合物就有不同的结构形式：(1)线性结构，基本结构单元连成一条线性的长链大分子，典型的线性结构如线性的聚乙烯，HPAM和xanthangum也是线性结构。(2)支链结构，长链分子两侧连接相当数量的侧链，如支链型的聚乙烯。(3)体型结构，高分子化合物链与链间有交联链连接，形成体型结构，如聚丙烯酰胺用甲叉基双丙烯酰胺交联，形成立体的网状结构。和低分子化合物不同，高分子聚合物因其分子体积大，分子的形态也就成为重要的物理性质之一，它直接影响到溶液的粘度和流变性：化学驱油机理化学驱油机理聚合物溶液注入过程中粘度变化曲线化学驱油机理流变性是指在外力作用下，物体发生流动或形变的一种特性，聚合物的流变性是指在外力作用下，溶液粘度与流速或压差之间的关系。在孔隙介质中，聚合物溶液流动同时受剪切和拉伸力作用，因而存在剪切流动和拉伸流动。2.2聚合物溶液的流变性化学驱油机理粘弹性是指聚合物溶液同时具有粘性和弹性的性质。对于粘性流体来说，流动和形变是能量损耗过程，应力对流体所作的机械功全部转换为热能散失掉。因此，当应力消除后粘性流体不会恢复至原来的状态。而对弹性体，拉应力作的功变为弹性能储藏起来，当拉应力解除后，能量释放出来，使材料恢复这一状态。某些高浓度聚合物溶液具有弹性,聚合物溶液粘弹行为的产生在于蜷曲的高分子链可以拉伸，当拉伸力去掉后它又恢复其自然蜷曲状。粘弹性与分子的柔曲性直接有关，链的柔曲性愈大，粘弹性愈显著，HPAM便是具有粘弹性的分子，刚性分子不存在粘弹性，在外力作用下，分子不改变构象，当外力超过分子链的承受能力时，链断裂。2.3聚合物溶液的粘弹性化学驱油机理2.4聚合物溶液在多孔介质中的流动聚合物溶液在孔隙介质中流动，不仅显示出特殊的流变性，而且由于吸附、滞留和机械捕集，将引起油层渗透率降低。吸附吸附是聚合物分子滞留于孔隙介质中的重要机理之一，它的结果是降低溶液粘度。捕集渗透率降低的另一个重要原因是捕集，其原因是由于孔隙结构及高分子的性质造成的。对于低渗透油层，降低渗透率的主要机理是捕集，对于中高渗透率油层，聚合物降低渗透率的主要机理是吸附。化学驱油机理滞留在油层岩石中几乎不可能将吸附和捕集定量地分开,聚合物在油层岩石中的滞留是吸附和捕集的综合作用。聚合物在岩石中的滞留量与聚合物的分子量、水解度、水的矿化度、温度、注入速度、岩石的性质和渗透率等有关,其变化规律遵循前述的吸附和滞留的综合变化。化学驱油机理高渗透层中渗透层低渗透层不可及孔隙体积“不可及孔隙体积”(inaccessibleporevolume）常用IPV表示。不可及孔隙体积的槪念与滞留相关，最简单的看法是，所有直径小于聚合物分子等效球直径的那些孔隙都是不可及孔隙，但对于溶剂分子来说却是可入的。IPV的存在对聚合物溶液的推进速度产生严重的影响，在设计聚合物驱时，必须考虑IPV。化学驱油机理有效粘度：聚合物溶液通过孔隙介质时的实际粘度称为有效粘度。残余阻力系数：残余阻力系数描述聚合物洛液降低岩芯渗透率的能力，用FRR表示，FRR＝kw/kf。FRR愈大，聚合物溶液降低岩芯渗透率的能力愈强，FRR是评价注聚合物后油层注入能力的一个重要参数.阻力系数：定义为水通过岩心的流度与聚合物溶液通过岩心的流度之比，表示聚合物溶液降低流度的能力。有效粘度、残余阻力系数、阻力系数化学驱油机理2.5聚合物驱提高驱油效率机理早期的聚合物驱油理论认为，聚合物驱只是通过增加注入水的粘度，改善油水流度比，扩大注入水在油层中的波及体积从而提高原油采收率。因此，有人把聚合物驱称为改性水驱，即二次采油。近两年，取得了一些新认识化学驱油机理水驱剩余油包括两大类：一是水驱未波及区剩余油。这种剩余油处于注入水未波及的油层中低渗透部位；二是水驱波及区剩余油。由于岩石表面润湿性和毛细管液阻效应的存在，这种剩余油在水驱波及区内，以簇状、柱状、孤岛状、膜（环）状、盲状的形态存在于孔隙介质中。化学驱油机理五种残余油形状：●簇状●柱状●孤岛状●膜（环）状●盲状化学驱油机理那么，聚合物驱能否把这些残余油驱动呢？研究表明：在聚驱过程中，聚合物溶液表现出三种粘度，即：本体粘度界面粘度拉伸粘度在这三种粘度的共同作用下，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：化学驱油机理a.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，是驱替水驱未波及剩余油和簇状残余油的主要原因。化学驱油机理聚驱、甘油驱实验压差对比图00.010.020.030.040.050123