聚合物驱的基本原理、基本段塞、是影响及在的问题

1、聚合物驱的基本原理、基本段塞、是影响及存在的问题 摘要: 石油资源是我国重要的能源，与国民经济的发展和人们的生活都有着密切的联 系。 随着油田资源的不断被开采，油田石油资源的不断开发，油井的含水率不断的上升，石油资源的开发难度逐渐的增加，如何有效的开采油藏的剩余原油，越来越受到研究人员的重视。 文章通过实验得到，通过采用高浓度和高分子量的聚合物可以提高原油 的采收率，文章分析了聚合物驱油的作用过程，改善了聚合物驱油的效果，从而提高了 油田原油的采收率，促进了油田开发效益的提高关键词: 聚合物 驱油 原油采收率 基本原理 基本段塞 影响、问题1972年，在大庆油田开展小井距的聚合物驱试验。聚合物

2、驱在大庆、胜利等油田已进入工业化应用阶段。大庆油田的聚合物驱成为世界上最大的聚合物驱项目。 1997年，累计注入聚合物干粉23700t，工业应用面积达101.3km2，全国聚合物驱年增产原油达303万t。2000年，聚合物驱年增产原油达500万-700万t。1、 聚合物驱的概念 以聚合物溶液为驱油剂的驱油法。 也称为：聚合物溶液驱、聚合物强化水驱、稠化水驱、增粘水驱。2、 聚合物驱提高采收率的作用原理基本原理增大水的粘度降低了水的流度 减小水油流度比抑制水的指进 提高波及系数提高原油采收率 （如图4-2）聚合物驱有更高的平面波及效率提高了采收率（如图4-3）。有更高的纵向波及效率提高了采收率（

3、如图4-4）、图4-2 水驱与聚合物驱的相对渗透率曲线图4-3 水驱与聚合物驱的平面波及效率图4-4 水驱与聚合物驱的纵向波及效率K2>k3>k1三、聚合物驱提高采收率，主要通过下列机理：1、增粘机理 聚合物可通过增加水的粘度，降低水油流度比，从而提高波及系数。聚合物之所以能增加水的粘度，主要由于： （1）水中聚合物分子互相纠缠形成结构； （2）聚合物链节中亲水基团在水中溶剂化；（3）若为离子型聚合物则其在水中解离，产生许多带电符号相同的链节，使聚合物分子在水中所形成的无规线团更松散，因而有更好的增粘能力。如：缠绕+亲水集团的溶剂化+离子型聚合物的解离2、降低渗透率机理 聚合物可通

4、过减小水的有效渗透率，降低水油流度比，从而提高波及系数。聚合物之所以能减小水的有效渗透率，主要由于它可在岩石孔隙结构中产生滞留。聚合物在岩石孔隙结构中有两种滞留形式： （1）吸附 吸附是指聚合物分子通过色散力、氢键或其他作用力在岩石表面所产生的浓集。 （2）捕集 聚合物分子在水中所形成的无规线团的半径虽小于喉道的半径，但是它们可通过架桥而滞留在喉道外。这种滞留叫捕集。图4-5 聚合物分子在吼道外的捕集聚合物分子可通过架桥而滞留在喉道处降低KrW，目前普遍认为聚合物驱只是通过增加注入水的粘度，改善水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积提高原油采收率。但是研究发现聚合物驱也可以通过提高洗油效率来

5、提高采收率。下面是夏惠芬所作试验（摘自石油学报，2006） 根据流变性实验证明驱油用的聚合物溶液具有粘弹流体的特性。在亲水岩心中,具有粘弹性的聚合物溶液可以驱动盲端中的可动残余油。具有相同粘性的牛顿流体和粘弹流体的最终采收率不同，水驱后再聚合物驱替的最终采收率高于水驱后再甘油驱替的最终采收率,粘弹流体的驱油效率高于粘性流体. 粘弹性聚合物溶液均会降低各类水驱残余油量,残余油是被聚合物溶液携带出来的,而不是推出来的。粘弹性越大,携带出的残余油量越多,驱替效率越高。 提高驱油效率主要是通过吸附作用、粘滞作用和增加驱动压差来实现的；扩大波及体积主要是通过绕流作用和调剖作用来实现的。（1）吸附作用：聚

6、合物可以大量的吸附在岩石的孔壁上，降低了水相的流动阻力，而对油相并无多大影响，在相同的含油饱和度下，油相的相对渗透率比水驱时有所提高，使得部分残余油重新流动，被驱替出来。（2）粘滞作用：聚合物的粘弹性加强了水相对残余油的粘滞作用，在聚合物溶液的携带下，残余油会重新流动，从而被夹带而出。（3）增加驱动压差：提高了岩石内部的驱动压差，使得注入液可以克服小孔道产生的毛细管压力，进入细小的孔道中，从而把原油驱替出来。（4）绕流作用：聚合物进入高渗透层后，增加了水相的渗透阻力，产生了由高渗透层指向低透层的压差，使得注入液发生绕流，进入到中、低渗透层中，扩大了水驱的波及体积，提高了原油的采收率。（5）调剖

7、作用：聚合物的注入可以改善水油的流度比，控制了注入液在高渗透层的前进速度，减少了指进，使得注入液在高、低渗透层中以较均匀的速度向前推进，改善了非均质层中的吸水剖面，提高了注入液的波及体积和驱油效率。 三、聚合物的盐敏效应是指对聚合物溶液粘度产生特殊影响的效应。HPAM的盐敏效应是由于HPAM周围由羧基与钠离子所形成的扩散双电层受到盐的压缩作用所引起的。盐加入前，HPAM的扩散双电层使链段带负电而互相排斥，HPAM分子形成松散的无规线团，因而对水有很好的稠化能力；盐加入后，盐对扩散双电层的压缩作用，使链段的负电性减小，HPAM分子形成紧密的无规线团，因而对水的稠化能力大大减小。 聚合物溶液的前后

8、需注入淡水段塞（盐敏作用）4、 聚合物驱存在的问题与进展（1）聚合物存在的问题聚合物溶液配制过程，必须有一定的熟化时间（68 h）。聚合物主要损耗于降解和滞留。 聚合物驱不能用于过深的地层。为了减少聚合物的剪切降解，可选用适当的泵（如柱塞泵等）或泵后混合，不要使用离心泵。为了防止氧化降解，可用除氧剂（如Na2SO3、NaHSO3、CH2O等）处理配制用水。要注意除氧剂必须使用在聚合物加入之前。对易发生生物降解的聚合物（如XG），应在聚合物溶液中加入配伍的杀菌剂。聚合物（特别是XG）中的机械杂质和微胶可堵塞地层，影响驱油剂的注入。（2） 地层存在的问题低渗透地层不宜进行聚合物驱，因地层中聚合物不

9、可入孔隙的体积太大，聚合物溶液波及的体积太小，加上注入速度太低，方案实施的时间太长，而且井眼周围出现的高剪切会使聚合物大量降解。因此聚合物驱要求地层渗透率大于10×10-3m2。 地层水矿化度太高的地层应在聚合物驱前用淡水进行预冲洗，以减小盐对聚合物的不利影响。 有漏失段的地层不宜进行聚合物驱。对漏失段，可用交联聚合物降低它的渗透性，即聚合物驱前地层的注入剖面应进行适当调整。（3）聚合物驱的进展 主要是抗温抗盐聚合物的研制开发；交联聚合物驱油技术的应用；注聚设备及工艺参数的优化；聚合物调剖驱油一体化技术；地层残余聚合物的综合利用；聚合物溶液粘度稳定性研究；聚合物驱后续增产技术的开发；

10、聚合物采出污水的综合处理。 聚合物驱油技术的改善P+N加合体系P+胀体P+碱+表活剂P改性P+泡沫剂溶胀体系强化泡沫P+交联剂交联体系复合驱新型聚合物 开发新型或改性的聚合物，如两性聚合物、耐温耐盐单体、梳型聚合物等研制。 (1)两性聚合物 两性聚合物是在聚合物分子链上同时引入阳离子和阴离子基团。在淡水中由于聚合物分子内的阴、阳离子基团相互吸引，致使聚合物分子发生卷曲。在盐水中，由于盐水对聚合物分子内的阴、阳离子的基团相互吸引力的削弱或屏蔽，致使聚合物分子比淡水中更舒展，宏观上表现为在盐水中聚合物的粘度升高或粘度下降幅度小。但由于发生分子内阴、阳离子基团的内盐结构，溶解性能较差，而且，油田三次

11、采油用聚合物要求增粘能力较强，只有丙烯酰胺单体参与共聚，才能达到此目的，且比较经济。含丙烯酰胺的两性聚合物溶液随着老化时间延长，阴离子度（水解度）不断增大，分子链上正负电荷基团数目出现不相等，分子链的卷曲程度随矿化度的增大而增大，溶液粘度大大下降，抗盐性能逐步消失。更值得重视的是，两性聚合物的阳离子基团会造成聚合物在地层中的吸附量大幅度增加，聚合物大量吸附在近井地带，严重影响驱油效率，增加三次采油成本，可见，两性聚合物的抗温抗盐是有条件的，并不是适用于所有油田。 (2)耐温耐盐共聚物 耐温耐盐单体共聚物的研制的主导思想是研制与钙、镁离子不产生沉淀反应，在高温下水解缓慢或不发生水解反应的单体，如

12、2丙烯酰胺基2甲基丙磺酸钠（NaAMPS）,N乙烯吡咯烷酮（N-VP），3丙烯酰胺基3甲基丁酸钠（NaAMB），N乙烯酰胺（N-VAM）等，将一种或多种耐温耐盐单体与丙烯酰胺共聚，得到的聚合物在高温高盐条件下的水解将受到限制，不会出现与钙、镁离子发生反应出现沉淀的现象，从而达到耐温耐盐的目的。这类聚合物能够真正做到长期耐温抗盐，但按现在的生产条件得到的耐温抗盐单体成本太高，大规模用于三次采油在经济效益上难以保证，还必须进行大量的攻关研究，降低耐温耐盐单体的生产成本，提高单体的聚合活性。 (3) 疏水缔合聚合物 疏水缔合聚合物是指在聚合物亲水性大分子链上有少量疏水基团的水溶性聚合物，其溶液特性与

13、一般溶液大相径庭。在水溶液中，此类聚合物的疏水基团由于疏水作用而发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合。在稀溶液中大分子主要是以分子内缔合的形式存在，使大分子链发生卷曲，流体力学体积减小，特性粘度降低。当聚合物浓度高于某一临界浓度后，大分子链通过疏水缔合聚集，形成分子间缔合为主的超分子结构动态物理交联网络，流体力学体积增大，溶液粘度大幅度增高。小分子电介质的加入和升高温度均可增加溶剂的极性，使疏水缔合作用增强。在高剪切作用下，疏水缔合形成的动态物理交联网络被破坏，溶液粘度下降，剪切作用降低或消除后大分子链间的物理交联重新生成，粘度又将恢复，不发生一般高分子量的聚合物在高剪切速率下的不可逆机

14、械降解。综合考虑以上三类聚合物的特性，设计聚合物的分子使其同时具有以上两类或三类聚合物的特性，即将阳离子单体、阴离子单体、耐温耐盐单体、疏水单体、阳离子疏水单体分别进行组合共聚。这是目前国内外最热门的研究课题。这类聚合物比上述单一的两性聚合物、耐温抗盐单体共聚物、疏水缔合聚合物具有优良而独特的性能，应用领域得到进一步的拓宽，但在耐温抗盐机理上仍不能克服两性聚合物、耐温抗盐单体共聚物、疏水缔合聚合物存在的问题，目前还不能达到油田三次采油的要求。 最后，整体现状及趋势 （1）新型抗温抗盐聚合物大部分处在室内研究阶段，且成本高，尚未大面积推广应用； （2）工艺设备及工艺参数的优化投资较大，有局限性，且效果有限； （3）污水改性处理技术一是可以节约大量的清水；二是可以减少采油污水的处理费用，减少对环