聚合物驱油提高采收率的研究

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1、聚合物驱油室内实验研究与认识一、聚合物干粉理化性能指标图3-1-1分子结构图油田上使用的聚合物可以分为两大类，即天然和人工合成聚合物。天然聚合物使用最多的是黄胞胶（Xanthangum），它是有机体在碳水化合物上产生微生物作用而生成的生物聚合物。人工合成聚合物主要是部分水解聚丙烯酰胺（PHPAM），它由丙烯酰胺单体经聚合和水解反应得到。黄胞胶和部分水解聚丙烯酰胺都可以达到较高的分子质量，但它们的分子结构却完全不同（分子结构见图3-1-1），部分水解聚丙烯酰胺的分子结构特点使其分子具有柔曲性，而黄胞胶的分子结构却使其具有半刚性或刚

2、性，由此导致它们的水溶液存在一些差别。在油田化学驱油实践中，由于生物聚合物的性质弱点，如对微生物较为敏感等，使得矿场更多地选择部分水解聚丙烯酰胺作为聚合物驱的增稠剂。结合聚合物内在特性和油田实际应用情况，大庆油田在2000版企业标准中对阴离子型部分水解聚丙烯酰胺提出了明确统一的性能指标要求，即粉状驱油用阴离子型聚丙烯酰胺的技术要求应符合表（3-1-1）的规定。现对表（3-1-1）中各项指标的物理含义作一简要介绍：固含量：从聚合物中除去水分等挥发物后固体物质的百分含量。特性粘数：衡量聚合物对溶液粘度贡献大小的相对量值。分子量：聚合

3、物中重复单元的式量与聚合度的乘积。水解度：表征聚电解质在水溶液中的离解程度的量值。粒度：聚合物中不同颗粒大小的粉末在试样总量中所占的百分比。粘度：衡量聚合物溶液流动阻力的量值。过滤因子：衡量聚合物溶液均一性的经验常数。筛网系数：是表征聚合物溶液粘弹性的经验常数。残余单体：未参加聚合反应的单体在聚合物中的重量百分含量。水不溶物：聚合物中各种杂质及助剂不溶部分的重量百分含量。溶解速度：定量聚合物在定量的溶液中溶解所需的时间。表（3-1-1）粉状驱油用聚丙烯酰胺的技术要求序号产品系列(粘均分子量，M)指标项目9.5≤M<12(×106

4、)12≤M<16(×106)16≤M<19(×106)19≤M≤22(×106)1外观白色粉末2粘均分子量(×106)≥9.5≥12≥16≥193特性粘数，dL/g≥15≥17.5≥21.2≥23.74固含量，%≥885水解度，mol%23—276过滤因子≤1.5/7筛网系数≥15≥20≥24≥288水不溶物，%≤0.29粘度，mPa.s≥31≥40≥45≥5010溶解速度，h≤211残余单体，%≤0.05≤0.112粒度，%≥1.0mm≤5≤0.20mm≤5一、聚合物驱微观驱油机理传统的聚合物驱油理论认为，聚合物驱只是通过增加

5、注入水的粘度，降低水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积提高原油采收率，聚合物驱并不能增加油藏岩石的微观驱油效率，并认为聚合物驱后残留于孔隙介质中的油的体积与水驱之后相同。经过几年的室内实验研究发现，聚合物驱不仅能够扩大波及体积，而且能够提高驱油效率。1、微观驱油机理（1）水油流度比降低，是聚合物驱替簇状残余油的主要原因之一由于聚合物是水溶性高分子，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，产生许多带电符号相同的链节，这些链节互相排斥，使聚合物分子线团

6、在水中更加舒展，因而聚合物有很强的增粘能力。聚合物驱不仅只是增加了驱替相的粘度，降低油水粘度比，而且由于聚合物大分子特性，在岩石中产生滞留，增加了驱替相流体在孔隙介质中的流动阻力，引起了水相渗透率的下降，使油水流度比进一步降低。由于聚合物驱明显降低了水油流度比，减少了水的指进，提高了微观波及系数，从而将水驱后的簇状残余油驱替出来。（2）聚合物溶液剪切应力的增加,是驱替孤岛状、膜状残余油的机理动态跟踪聚合物驱油实验表明，聚合物溶液可通过拉丝的方式逐渐剥离孤岛状残余油（图3-1-2）及膜状残余油，直至全部携动或推走。在此驱油过程中，

7、驱替相作用在油相上的剪切应力可用下式表示：τ＝dv/dz·μr　(3-1-1)图3-1-2聚合物驱替孤岛状残余油的过程式中：τ—驱替相作用在油相上的剪切应力；dv/dz——两相流体间的界面速度梯度；μr——驱替相在油相表面处的粘度。由于聚合物溶液是非牛顿粘弹性流体，在岩石孔道中的流场分布与水截然不同（如图3-1-3所示）。图3-1-3水与聚合物溶液在管道中的流场分布示意图图3-1-4毛细管中聚合物溶液与水的速度分布图在半径为90μm单管微观模型中分别进行了聚合物溶液和注入水在毛细管中的速度分布测定。实验是用浓度为1500mg/L

8、的聚合物溶液和浓度1000mg/L盐水，两种液体中加入密度接近于1、粒径为2μm的标准不溶高分子球形微粒，在同一模型上进行的。在平均流速为4.0×10-5m/s的条件下，测得的水与聚合物溶液的流动速度剖面如图（3-1-4）所示。从图可以看出，聚合物溶液的前缘速度