聚合物驅(qū)提高采收率的技術(shù)及應(yīng)用樣本

1、聚合物驅(qū)提高采收率的技術(shù)及其應(yīng)用聚合物驅(qū)是一種比較有效的提高原油采收率的三次采油方法。綜述了聚合物 驅(qū)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用和研究進(jìn)展,分析了聚合物驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理。介紹聚合物驅(qū) 油的的方法以及在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。石油是重要的能源化工原料，有”工業(yè)血液”之稱，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展， 要求石油工業(yè)提供越來越多的石油產(chǎn)品。世界各國(guó)為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)石油 產(chǎn)量的需求,一方面加強(qiáng)勘探尋找新儲(chǔ)量，一方面努力提高已開發(fā)油田的采收率， 積極進(jìn)行3次采油的探索與應(yīng)用。經(jīng)過注入驅(qū)油劑來開采油層的殘余油為強(qiáng)化采 油(Enhanced oilRecovery,簡(jiǎn)稱 EOR 或 Improved oilRecove

2、ry,簡(jiǎn)稱 IOR),又稱 3次采油(Tertiary oil Recovery),可使采收率提高到80% 85%。聚合物驅(qū)就是 一種比較有效的提高原油采收率的3次采油方法，它能在常規(guī)水驅(qū)開采后期，使 油藏采收率再提高8%左右，相當(dāng)于增加四分之一的石油可采儲(chǔ)量。中國(guó)對(duì)聚合物驅(qū)提高油田采收率技術(shù)極為重視，投入了大量的人力、物力 進(jìn)行理論技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了豐碩的成果。特別是”七五”八五” 九五”科技攻關(guān)及國(guó)家973項(xiàng)目的研究，大大促進(jìn)了聚合物驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展。自 1996年聚合物在大慶、勝利、大港等油田大規(guī)模推廣應(yīng)用以來，形成了 1000 X104t的生產(chǎn)規(guī)模，為國(guó)家原油產(chǎn)量保持穩(wěn)中有升發(fā)

3、揮了關(guān)鍵的作用。以大慶油 田為例，截止到12月，已投入聚合物驅(qū)工業(yè)化區(qū)塊27個(gè)，面積321.36km2, 動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量5 . 3 67X 108t,投入聚合物的油水井5603 口，累積注入聚合物干 粉 46.89X10M,累積產(chǎn)油 6 7 71.89X 104t,累積增油 2709.67X 10M。，工業(yè) 化聚合物驅(qū)全年產(chǎn)油1044.4X 104t。大慶油田聚合物驅(qū)提高采收率以其規(guī)模之大, 技術(shù)含量高，居世界領(lǐng)先地位，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1、聚合物驅(qū)概述聚合物驅(qū)(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，同時(shí)降低水相滲透率，改進(jìn)流度比，提

4、高原油采收率的方法。 它的機(jī)理是所有提高采收率方法中最簡(jiǎn)單的一種，即降低水相流度,改進(jìn)流度比， 提高波及系數(shù)。一般來說，當(dāng)油藏的非均質(zhì)性較大和水驅(qū)流度比較高時(shí)，聚合物驅(qū) 能夠取得明顯的經(jīng)濟(jì)效果。2、聚合物驅(qū)提高采收率的機(jī)理原油采收率是采出地下原油原始儲(chǔ)量的百分?jǐn)?shù)，即采出的原油量與原始地質(zhì) 儲(chǔ)量的比值，它取決于驅(qū)油劑在油藏中波及體積和驅(qū)油效率。聚合物驅(qū)不但能夠 提高波及系數(shù)，而且還能夠提高水波及域內(nèi)的驅(qū)油效率。其提高驅(qū)油效率的機(jī)理 表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：、本體粘度使聚合物在油層中存在阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)增加，是驅(qū) 替水驅(qū)未波及殘余油和簇狀殘余油的主要原因。對(duì)于滲透率相近的人造巖樣，分別水驅(qū)至殘余

5、油狀態(tài)(含水98% )，用相同粘 度的甘油、聚合物溶液分別驅(qū)替0. 6 PV后，繼續(xù)用水驅(qū)至殘余油狀態(tài)，驅(qū)替過 程中測(cè)量巖樣兩端的壓差。測(cè)定結(jié)果表明，聚合物驅(qū)時(shí)巖樣兩端的壓差遠(yuǎn)高于甘 油驅(qū)時(shí)巖樣兩端的壓差。這是由于聚合物溶液是粘彈性流體，不但增加了驅(qū)替相 的粘度，降低油水粘度比，而且由于聚合物在巖石中的滯留，引起了水相滲透率的 下降，因而殘余阻力系數(shù),l使油水流度比進(jìn)一步降低。而甘油是粘性流體，只能 經(jīng)過增加水相粘度，使油水流度比下降。因此，盡管兩者的粘度相同，但驅(qū)油效率 卻不同。而且聚合物驅(qū)對(duì)甘油驅(qū)替不出來的細(xì)喉道中的殘余油，也有一定的驅(qū)替 效果。由此可見,聚合物溶液不但有粘性作用，而且還有

6、部分彈性作用。、界面粘度使聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的粘滯力增加,是驅(qū)替膜狀、孤 狀殘余油的主要機(jī)理。由于聚合物溶液與殘余油之間的界面粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于注入水與殘余油間的界 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許多親水基 團(tuán)，這 些親水基團(tuán)在聚合物分子外形成的”水鞘”，增加了相對(duì)移動(dòng)的內(nèi)摩擦力。同時(shí)， 上述基團(tuán)在水中解離，產(chǎn)生許多帶電極性相同的鏈節(jié)，這些鏈節(jié)互相排斥，使聚合 物分子線團(tuán)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 質(zhì)內(nèi)的滲流過程中,其粘度值要比用粘度計(jì)測(cè)量的視粘度高許多倍。綜上所述，聚合物溶液作用在殘余油表面的粘力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水在其上的粘滯力, 因此，聚合

7、物能夠部分孤島狀殘余油和膜狀殘余油驅(qū)走。（3）、聚合物的粘彈性同樣對(duì)提高驅(qū)油效率有很大幫助。柔性聚合物分子在應(yīng)力作用下將產(chǎn)生形變，其彈性又會(huì)使其恢復(fù)、收縮。因 此,當(dāng)具有粘彈性的柔性聚合物溶液經(jīng)過多孔介質(zhì)時(shí)，既存在著剪切流動(dòng)，也存在 著拉伸流動(dòng)。特別是聚合物分子在流經(jīng)孔道尺寸變化處時(shí)，聚合物分子就受到拉 伸而表現(xiàn)出彈性。這種特性使進(jìn)入盲端孔隙的聚合物溶液，具有與流動(dòng)方向垂直、 指向連通孔道的法向力。正是在上述聚合物溶液粘彈性的作用下，才使得聚合物 溶液能夠進(jìn)入盲端中驅(qū)油。由此可見，聚合物驅(qū)油技術(shù)，既能擴(kuò)大波及系數(shù)，也能提高驅(qū)油效率，在開采 特高含水油層中能很好的形成油墻，大幅度增加產(chǎn)油量，提高

8、原油采收率。3、常見驅(qū)油聚合物、聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（簡(jiǎn)稱AM）及其衍生物的均聚物和共聚物的統(tǒng)稱， 工業(yè)上凡含有50%以上的AM單體的聚合物都泛稱為聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是一種線型水溶性高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量高（105107）, 水溶性好，是水溶性高分子化合物中應(yīng)用最為廣泛的品種之一。 1893年有 Mourell用丙烯酰氯與氨在低溫下反應(yīng)制得，1954年首先在美國(guó)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn), 用于鈾礦工業(yè)，從鈾鹽水溶液中除去微小雜質(zhì)。20世紀(jì)60年代初開始生產(chǎn)聚丙 烯酰胺，主要用于凈化電解用的食鹽水，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)規(guī)模很小，直到1979年，由 于石油開采工業(yè)的需要，其產(chǎn)量才大幅度增長(zhǎng)，在石油開采

9、的鉆井、固井、完 井、修井、壓裂、酸化、注水、堵水調(diào)剖、三次采油作業(yè)過程中，都要用 到聚丙烯酰胺，特別是鉆井、堵水調(diào)剖、三次采油領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。、黃胞膠黃胞膠是一種由假黃單孢菌屬發(fā)酵產(chǎn)生的單孢多糖，是一種性能優(yōu)良的水 溶性多功能生物高分子聚合物。相對(duì)分子質(zhì)量一般在（200600） X 104O 1940 年美國(guó)農(nóng)業(yè)部研究院北部地區(qū)研究中心開始從事對(duì)黃胞膠的研究，1959年開發(fā) 成功。1960年首先由美國(guó)Merck和Kelc。分部進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)，1961年正式商 業(yè)化生產(chǎn)，是微生物多糖中用途最廣，最先生產(chǎn)的品種。黃胞膠自1961年由美 國(guó)Kelco公司投入工業(yè)化生產(chǎn)以來發(fā)展迅速。黃胞膠的溶膠分

10、子能形成超結(jié)合帶狀的螺旋共聚體，構(gòu)成脆弱的、類似膠 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以致能支持固體顆粒，液滴和氣泡的形態(tài)，具有良好的曾粘性、 假塑性、顆粒穩(wěn)定性。對(duì)人、畜均無毒，能夠食用，被廣泛用于食品、醫(yī)藥、 石油開采、陶瓷、印染、造紙、輕紡、水處理、選礦以及炸藥等20多個(gè) 行業(yè)中，作為穩(wěn)定劑、增稠劑、乳化劑、懸浮劑和絮凝劑等。在石油開采行業(yè)中，黃胞膠用于鉆井液，對(duì)防止井噴等有明顯的作用，其 應(yīng)用被稱為20世紀(jì)70年代鉆井液技術(shù)的最新成就之一，黃胞膠還可用于完井、 修井、壓裂液、堵水調(diào)剖和三次采油。河南、華北、大港油田采用黃胞膠進(jìn) 行用于完井調(diào)剖作業(yè)，發(fā)現(xiàn)初期效果很好，可是黃胞膠的彈性差，殘余阻力系 數(shù)小，驅(qū)油

11、效果比聚丙烯酰胺效果差，更容易產(chǎn)生生物降解作用，因此，當(dāng)前 堵水調(diào)剖劑和三次采油基本上都使用聚丙烯酰胺。黃胞膠的應(yīng)用也在發(fā)展中，為了提高黃胞膠的生物穩(wěn)定性，能夠采用甲基 化的方法，為了提高其耐溫、耐鹽能力，能夠采用控制乙?；捅；姆?法。、梳型抗鹽聚合物梳型抗鹽聚合物是一種改性的聚丙烯酰胺，由于增粘性能與普通聚丙烯酰 胺相比發(fā)生了質(zhì)的變化，已經(jīng)稱為油田三次采油新一代的高效驅(qū)油劑。為了解決普通聚丙烯酰胺抗鹽性能差的問題，1999年中國(guó)石油勘探開發(fā)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設(shè)計(jì)思路，根據(jù)這 一思路，經(jīng)過丙烯酰胺與新型功能單體AHPE的共聚得到梳型抗鹽聚合物，梳型

12、 抗鹽聚合物由于在聚丙烯酰胺分子鏈中插入AHPE單體，高分子的側(cè)鏈同時(shí)帶親 油集團(tuán)和親水集團(tuán)，經(jīng)過親油集團(tuán)和親水集團(tuán)的相互排斥及親水集團(tuán)之間的相 互排斥，高分子鏈在水溶液中排列成梳子形狀，聚合物在鹽水中的分子內(nèi)和分 子間卷曲減少，增稠鹽水的能力提高了 50%以上。、疏水締合聚合物4、聚合物驅(qū)油藏工程的方法、聚合物的注入時(shí)機(jī)所謂的注入時(shí)機(jī)就是指油田的綜合含水是多少時(shí)，實(shí)施聚合物驅(qū)的效果最 佳，一般認(rèn)為，聚合物驅(qū)是一種改進(jìn)水驅(qū)的方法，它只起到縮短油田開發(fā)年限 的作用，節(jié)約注水和產(chǎn)出水，因此，聚合物的注入時(shí)機(jī)，（以油藏綜合含水率 為指標(biāo)）與增加采收率的幅度無關(guān)，只是含水低時(shí)注聚合物節(jié)約的注水量多，

13、而進(jìn)入高含水時(shí)再注聚合物，節(jié)約的注水量少。但室內(nèi)物理模擬研究結(jié)果表明，雖然聚合物的用量不同，但轉(zhuǎn)注聚合物時(shí) 含水越高，聚合物驅(qū)提高采收率越低，而轉(zhuǎn)注聚合物時(shí)含水較低時(shí)，聚合物驅(qū) 最終采收率也較高。礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明也認(rèn)為，聚合物的注入時(shí)機(jī)對(duì)增加采收率的幅度有明 顯的影響，根據(jù)國(guó)外從1964年到1981年期間所進(jìn)行的185個(gè)礦場(chǎng)試驗(yàn)，其中有 29個(gè)試驗(yàn)提供了聚合物驅(qū)有價(jià)值的資料，由于聚合物驅(qū)開始的時(shí)間不同而其成 功的比例有很大的差異，在接近一次采油末期便開始的16個(gè)試驗(yàn)中，有12個(gè)或 得成功；在二次采油階段期間開始的7個(gè)試礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明聚合物的注入時(shí) 機(jī)對(duì)提高采收率的幅度有明顯的影響。、聚合物驅(qū)的層系劃分聚合物驅(qū)改進(jìn)了油層縱向非均質(zhì)性，調(diào)整了油水層剖面，擴(kuò)大了波及體積， 提高了原油采收率。對(duì)于正韻律沉積的油層，注水開發(fā)中，由于重力作用的影響, 使注入水在砂體內(nèi)下部層段竄流，導(dǎo)致波及及體積難以達(dá)到較高值，在聚合物 驅(qū)情況下，由于水相具有較高的粘度，使得由重力引起的層段竄流量減少