聚合物驱油效果评价研究Word格式.docx

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通过研究聚合物溶液的物理化学性质，找到适合于用聚合物驱油的油藏，研究聚合物驱油对地面工艺的要求，分析有利的地质条件，用不同的油藏工程方法来评价聚合物驱油的效果，找到最经济最实用的方法来提高聚合物驱油的采收率方法。

聚合物驱油是把聚合物作为一种添加剂加入水中，使水增粘，加上聚合物的粘弹性，降低油层的水相渗透率，改善水油流度比，提高驱替剂的波及体积和驱替效率，进而提高原油采收率，聚合物还可以改善油层纵向非均质性，发挥聚合物溶液的调剖作用，调整油层吸水剖面，扩大波及体积，从而使聚合物驱油效果明显，这样就提高了原油的利用率，即提高了原油采收率。

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第一章聚合物驱油国内外发展现状

改善聚合物驱油技术效果的研究，是目前国内外专家学者研究的热门课题。

在国外，近年来尽管聚合物驱油项目逐渐减少，如以美国为例，聚合物驱项目由1986年的178个下降到1996年的11个，但对聚合物驱油的研究从未间断过，如研制耐温抗盐多元共聚物，以克服部分水解聚丙酞胺在高矿化度条件下的粘度损失，以及提高高温油藏条件下应用的可行性;

强化了聚合物驱油机理的深入研究，研究聚合物粘弹性对流态和驱替效率的影响;

剪切作用和有效粘度的关系等，目前正在探索地层内聚合产生聚合物的新办法，聚合物驱油技术在我国的研究及发展很快（目前我国已研究并形成了精细油藏描述（聚合物筛选评价，数值模拟预测，井网、注入方式和注入量的优化，调剖及防窜处理，动态检测，效果评价以及注入设备国产化等技术。

重点加强了聚合物驱配套工艺技术研究工作，从深化油藏管理入手，形成了水淹层密闭取心技术、水淹层内及薄层精细测井与解释技术，井间岩性和物性变化预测技术，失示踪剂测试技术以及室内物理模拟技术。

国内聚合物驱技术研究及应用的典型应该是大庆油田。

“九五”以来他们主要在以下五个方面进行了研究:

一是聚合物驱驱油机理研究，传统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，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扫油效率，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;

二是聚合物检测评价技术，经过几十年的实验室建设，建立了比较完善的聚合物、注入采出水中细菌含量检测评价方法和标准，结合聚合物内在特性和油田实际应用情况，在企业标准中提出了驱油用粉状阴离子型聚丙烯酰胺的技术明确统一的性能指标:

三是聚合物驱方案优化技术，形成了一套完整的开发方案优化技术，主要包括油层描述及水淹特点、聚合物驱井网部署、注聚合物前注采井的生产状况、聚合物注入参数的优选、聚合物注采方式的确定、聚合物开采指标预测、聚合物驱油方案设计、方案实施要求等内容;

四是聚合物驱综合调整技术，主要包括分层注入技术、高浓度强凝胶深度调剖技术、低浓度弱凝胶调驱技术等。

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第二章聚合物溶液性质

1.驱油用聚合物的化学性质

驱油用的聚合物大致可分为两类:

天然聚合物和人工合成聚合物。

天然聚合物从自然界（植物及其种子）中得到，如改进的纤维素类，有时也从细菌发酵得到，如生物聚合物黄胞胶。

人工合成聚合物是在化工厂生产的，如目前大量使用的聚丙烯酰胺（PAM），部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）等。

1.1聚丙烯酰胺化学结构（PAM）

聚丙烯酰胺有非离子型阴离子型和阳离子型三类产品，其中应用于驱油的是阴离子型聚丙烯酰胺，阴离子型聚丙烯酰胺习惯叫部分水解聚丙烯酰胺。

它柔顺的线性碳—碳链是它们的高分子骨架，分子中带有极性或电性基团。

聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺（单体）引发聚合而成的水溶性链状聚合物。

它不溶于汽油、煤油、苯等有机溶剂。

由于聚丙烯酰胺在水中不解离，所以它的链节在水中不带离子，是一种非离子型聚合物。

由于聚丙烯酰胺链节上不带电荷，分子在溶液中容易卷曲，其增粘能力较差。

链节中的—CONH基团又具有孤电子对，在地层中被孔隙表面吸附量较大。

因此，它不是2

一种很好的流度控制剂。

1.2部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）

1.2.1化学结构

-部分水解聚丙烯酰胺在水中发生解离，产生,COO离子，使整个分子带负电荷，所以部分水解聚丙烯酰胺为阴离子型聚合物。

由于部分水解聚丙烯酰胺分子链上有,

-COO，链节上有静电斥力，在水中分子链较伸展，故增粘性好。

它在带负电的砂岩表面上吸附量较少，因此，是目前最适合于流度控制的聚合物。

1.2.2HPAM在水溶液中的分子形态

HPAM分子是柔性链结构，在高分子化学中有的被称为无规线团。

实际上，水解聚丙烯酰胺不像黄原胶的螺旋结构那样具有刚性结构。

但像黄原胶一样，HPAM是聚电解质，因此它与溶液中的离子会发生强烈反应。

然而，由于水解聚丙烯酰胺链是柔性的，它可能更加容易受到水溶剂的离子强度的影响，因此，其溶液性质对盐度、硬度比黄原胶更加敏感。

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2.驱油用聚合物的物理特性

2.1聚合物的溶解与增粘

聚合物的溶解过程要经过两个阶段，先是溶剂分子渗入聚合物内部，使聚合物体积膨胀，成为溶胀;

然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散体系。

对于聚丙烯酰胺和黄胞胶，具有极性或带电基团。

在溶液中，通过吸附或氢键而在高分子周围形成容积化层或成为束缚水，同时因带电基团间的静电斥力而使聚合物分子更加舒展，无规线团体积增大，这都使分子运动的内摩擦增大，流动阻力增大，从而增加了水的粘度。

2.2聚合物溶液的流变性

聚合物的流变性是指其在流动中发生形变的性质，高分子形态的变化导致聚合物溶液的宏观性质变化。

聚合物溶液是非牛顿流体，其流动行为可用幂指定律来描述:

n,1,,k,

如图2-1是HPAM水溶解的流变曲线。

图2-1流变曲线示意图

2.3聚合物的粘度

在相同条件下，分子量越高，粘度越大;

在相同条件下，聚合物溶液浓度增加，其溶液粘度增加，并且增加的幅度越来越大，假塑形段变宽;

在相同条件下，水解度越高，聚合物溶液的粘度越大，当水解度达到一定程度后，粘度的增加变得缓慢;

在相同条件下，聚合物溶液的温度越高，其粘度越高。

但在降解温度之前，其粘度是可以恢复的，即温度降到原来温度，粘度也恢复到原来值;

在相同条件下，水中的矿化

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度越高，聚合物溶液的粘度越低。

2.4聚合物在油层中的滞留

聚合物溶液流经多孔介质时，由于吸附和机械捕集，而使聚合物分子滞留在多孔

介质中，这是引起油层渗透率降低的原因。

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第三章聚合物驱油原理及注采工艺1.聚合物驱油基本原理

1.1采收率

向油层注水，补充油层能量，水侵入的油层区域内，含油饱和度下降，含水饱和度上升，是油水两相混和流动区。

水波及区的油层范围随注水延长而扩大，当它扩大到生产井井底时，油井便结束了无水产油期，开始了油水同产期。

油井的产水率随注水时间延长而上升，最终达到一经济极限值。

一般情况下，即便达到如此高的产水率，在水波及区平均残余油饱和度仍可高达40%以上。

除此之外，尚存大片水未波及的原始油区，这两种残余油的多少，涉及水的微观驱油效率，宏观波及效率以及井网EEDV效率。

水驱油采收率由下式计算:

EP

E,EEE（3-1）DVP

也有人将水驱采收率写成E,E,E，将注水井网的影响也归纳到宏观波及效率DV

之中。

EV

下面讨论影响、、的诸因素，探讨提高采收率的各种途径:

EEEDVP

1.1.1提高微观驱油效率

水波及区的残余油大多以油膜、油滴的形式存在于油层空隙中，油滴能否流动不仅取决于油滴两端人工建立的压力差，而且，取决于弯液面上附加毛管阻力，即取决于施加在油滴上的动力和阻力。

毛管数越大，残余油饱和度越低，提高驱油效率幅度越大。

S,SoiorE,（3-2）DSoi

式中——原始含油饱和度Soi

——水驱后平均含油饱和度Sor

——微观驱油效率ED

提高微观驱油效率最有效的途径是降低油水界面张力（）。

另外的途径就是提高,

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渗流速度（）及提高注入水的粘度（），这两条途径提高驱油效率的幅度不会很大。

,

1.1.2完善注采井网，提高井网效率

井网是指按一定几何形状布置的生产井和注水井系统。

不同井网产生不同的流线，

因而产生不同的波及面积，图（3-2）及表（3-1）是不同井网的外形和注采井比例。

井网系数用下式定义:

AW,E（3-3）PA

式中——油层面积A

——井网控制面积AW

表3-1面积注水井网的特征井网采油井与注水井的井数比钻成的井网要求四点2等边三角形歪四点2正方形五点1正方形七点1/2等边三角形反七点（一口注水井）2等边三角形九点1/8正方形反九点（一口注水井）3正方形直线排装驱1长方形交错排装驱1注采井列线交错

水驱效果由好到差的顺序为斜对行列、五点法、四点法、正对行列、九点法和反九

点法。

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图3-2注水井网

对于一个开发区块，油层面积是一定的，增加井网控制面积最好的方法是多打井，提高井网密度。

水驱开发效果较好的井网，其聚合物驱效果也好。

聚合物驱效果由好到差的顺序为:

斜对行列、五点法、正对行列、四点法、九点法和反九点法。

1.1.3提高注水的粘度，扩大注入水的涉及体积

通过注入压力的升高，注聚合物后注水井压力普遍上升，在较低注入压力下不吸水的层段，压力升高后会吸水，即扩大波及体积。

吸水（产液）剖面扩大，注聚合物后吸水（产液）剖面扩大，油层各部位比例变化，仍可证明扩大了波及体积。

1.2流度比

聚合物溶液也是流体，它在多孔介质中的流动应当服从达西定律。

在达西定律中，流体的渗流速度与压力梯度（Q/Δp）的关系中，有个比例系数（K/μ），这一比例系数被命名为“流度比”，简称“流度”，就是岩石对某一流体的渗透率除以流体的粘度。

流度通常用“λ”表示，流度比通常用“”表示。

即:

M

K,wo,,M,,（3-4）/wo,,Kwo

,K/,www

,K/,ooo

1.2.1流度比与宏观波及效率

K/,聚合物驱油的机理就是降低了水油流度比:

聚合物增加了水的粘度，聚合ww

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K/,物吸附或滞留在油层孔隙中降低了水相渗透率，结果使水的流度大幅度下降。

ww而聚合物是不溶于油的，对油的粘度几乎没影响，由于油滴等在聚合物前缘聚集，油

K/,相渗透率增加，油的流度加大，结果水油流度比大幅度降低了，即提高了平面oo

波及效率。

1.2.2油水混合带的总流度

聚合物驱多用于三次采油，即已注水采油很长时间的油田。

聚合物溶液前缘要驱动的是油层中的油水混合物，流度比越小越好。

1.3聚合物段塞

一个油田或一个区块进行聚合物驱，不像注水那样长期注下去，而是注一个段塞。

1.4注水速度、采液速度

一般的说，聚合物的注入速度及采液速度，对采收率提高值影响不大。

但注、采速度仍是两个重要参数，因为它们决定了见效时间，决定了采油速度，因而决定了接替稳产的时机。

2.聚合物驱油对地面工艺的基本要求

聚合物驱油实际上是把聚合物作为一种添加剂加入到水中，使水增粘，加上聚合物的粘弹性，降低油层的水相渗透率，改善水油流度比，提高驱替剂的波及体积和驱替效率，进而提高原油采收率。

在确定聚合物驱油对地面工艺的基本要求之前，首先应搞清影响聚合物溶液粘度的主要因素，以便在设计聚合物溶液配制体系时，最大限度地提高聚合物溶液的粘度。

2.1影响聚合物溶液粘度的主要因素

当聚合物的种类和浓度确定以后，影响聚合物溶液性质（粘度、稳定性）的主要因素有:

配制水和地层水矿化度（包括硬度、pH值）、温度、机械剪切降解、化学或生物降解等。

2.1.1水矿化度对聚合物溶液粘度的影响

水质对聚合物的增粘效果影响极大。

聚合物在低矿化度水中，分子延伸好，水力学半径大，聚合物分子挠性以及弹性好，溶液的视粘性大大提高。

随着水矿化度的增加，聚合物溶液的粘度急剧下降。

2.1.2温度对聚合物溶液粘度的影响

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根据大量的实验研究，当温度高于65?

时，聚合物将会发生热氧降解，导致聚合物溶液的粘度大幅度下降，有时甚至完全失去其效能，因此，在高温油田注聚合物时，必须在配制和注入聚合物溶液过程中，进行严格的除氧，把水中含氧的数量降至0.05mg/L以下。

这实际上是很难做到的，即便做到，配制和注入工艺技术程度将要求很高，从而加大聚合物驱的成本。

2.1.3机械剪切降解

所谓降解，是指在一定条件下聚合物的聚合度降低的现象。

主要表现为聚合物分子链变短、聚合物溶液的粘度降低。

当溶液中的聚合物分子所受到的机械拉伸应力超过其能承受时就发生了机械剪切降解。

在高速搅拌、聚合物溶液转输及井底炮眼附近的汇流过程中都会发生机械剪切降解。

2.1.4聚合物的化学和生物降解

由化学因素引起的降解称为化学降解。

化学降解大致可分为热降解和氧化降解。

在无氧或氧的含量相当低的条件下（,10），只有温度相当高时才发生碳链的断,g/L

裂，使HPAM发生热降解。

否则只是产生酰胺基的水解，当水解度达到某一值后，羟基与二价阳离子互相作用产生沉淀，使聚合物溶液粘度降低。

聚合物的氧化降解是游离基反应，首先氧或游离基进攻主链上的薄弱环节，生成过氧化物或氧化物，进一步促使主链断裂，再进一步发生降解。

2.2聚合物驱油对地面工艺的基本要求

从某种角度讲，注聚合物就是为了增加水的粘度。

因此，保护聚合物溶液的粘度是整个聚合物驱油地面工艺设计的核心，也就是聚合物驱对地面工艺的基本要求。

具体地讲，有如下基本要求:

矿化度对聚合物溶液的影响很大，要求尽量使用低矿化度水;

聚合物热降解明显，要求地面配制系统温度在70?

以下;

聚合物对铁离子，尤其是二价铁离子的影响敏感，要求聚合物溶液的容器、管道，要尽量采用不锈钢衬里的材料，从注入水讲，如果铁离子含量较高，则要加入整合剂，以减小其影响;

需要在注入及配制水中加入杀菌剂;

聚合物溶液的输送、注入，均应采用容积式泵，以减小机械剪切的影响。

除了最大限度地保护聚合物溶液以外，聚合物驱对地面工艺还有以下基本要求:

一是聚合物溶液的注入要按一定的浓度段赛注入，混合配比是聚合物注入工艺技术成败的关键;

二是要求能够按地质部门提供的配注方案进行配注，并留有调整配注方案

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的余地;

三是设备先进可靠，能够长期连续进行配注，保证聚合物驱全过程的顺利进行。

因此，聚合物的配注工艺过程的设计应综合、全面、系统地考虑，既要考虑地面条件，又要考虑地下条件;

既要考虑注入工艺本身，又要考虑外部条件，以及聚合物注入过程中的连续性等。

3.聚合物驱解堵增注

聚合物驱存在的问题之一是部分井产生堵塞，注入能力下降，注入压力过高甚至注不进去，造成堵塞的原因很多。

注入井堵塞发生后，近井地带渗流面积变小，流度加大，聚合物溶液机械剪切严重，降低了驱油剂的粘度，影响驱油效果。

研究表明，造成堵塞的物质既有有机物又有有机物。

对于无机物堵塞，采取酸化的办法即可奏效。

对于有机物堵塞，必须采取特殊办法如化学解堵或者水力压裂才行。

3.1化学解堵

常用强氧化剂来解除聚合物和细菌产物产生的堵塞，如二氧化氯、次卤化物、过氧化氢以及与其他化学剂的复配。

次卤化物如漂白粉要求在高pH值条件下使用以降解腐蚀。

一般条件下，漂白粉使用是安全的，但遇到强酸时会产生氯气，氯气时剧毒的，这点要充分注意。

与有机物反应会产生氯化有机物副产品，会带来环境问题并毒害炼厂的催化剂。

过氧化物种类虽然很多，但用于油田的只有过氧化氢。

这种物质在浓度小于10%条件下一般是安全的，但浓度高了，储存、运输、使用都有危险。

酸性条件下（如与酸化联作）会放出分子氧，有时会产生危险。

3.2压裂解堵

造成聚合物驱注入井压裂失效的主要原因是由于聚合物溶液的粘度高、携砂能力强，加之聚合物注入井的注入压力较高，聚合物容易将支撑剂带入地层底部，造成井筒附近没有支撑剂，裂缝闭合，所以压裂效果不好。

为了防止支撑剂的运移，选择树脂涂层砂作为支撑剂。

树脂涂层砂的作用机理是在作为压裂支撑剂的石英砂颗粒表面涂敷一层薄而有一定韧性的树脂层，当支撑剂进入裂缝以后，由于温度的影响，树脂层首先软化，然后在固化剂的作用下发生聚合反应而固化，使颗粒固结在一起，将原来颗粒之间的点与点接触变成小面积接触，固结在一起的沙砾形成带有渗透率的网状滤段，阻止压裂砂

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的运移。

而且原油、地层水和酸对树脂砂性能没有影响。

对低温树脂砂（40?

固化）分为固化、固化后两种状态，在不同闭合压力下，对

其导流能力、渗透率进行了测试，并与石英砂进行了对比，见表3-1:

表3-1石英砂及树脂砂导流能力、渗透率数据表参数闭合压力，MPa石英砂（20?

）树脂砂（20?

）固化后树脂砂

1095.761.078.6

2054.241.445.2渗透率

3028.718.929.7mD

4016.910.622.5

5013.07.816.3

1068.341.154.8

2036.325.229.6导流能力

3018.311.019.72,m,cm

4010.56.213.7

507.84.59.4

从表中可以看出:

固化后的树脂砂与石英砂相比，当闭合压力在20MPa以下时渗

透率及导流能力仅比石英砂低18%左右。

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第四章聚合物驱油藏工程及经济评价1.适合聚合物驱油的油藏条件

1.1聚合物驱油藏筛选标准

对于非均质比较严重、原油粘度较高、注水开发效果较差的油藏，采用聚合物驱油技术可以获得较好的效果。

由于受聚合物产品的性能、油藏条件和经济效益等的限制，不是所有的油藏都能够采用聚合物驱，根据国内外大量的室内试验和现场实施结果，初步探索出一套聚合物驱油藏初步筛选标准（表4-1）。