毕业设计（论文）-聚合物驱影响驱油效果研究.doc

哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）摘 要近几年来，聚合物驱油技术在油田得到广泛应用。为适应油田聚合物驱的需求，本文在聚驱提高原油采收率原理的基础上，通过物理模拟实验和数值模拟技术，研究了聚合物的弹性效应、聚合物分子构型、聚合物段塞组合、油层厚度和油层垂向渗透率对聚驱开发效果的影响。结果表明：聚合物的弹性效应可提高原油采收率，其弹性作用最佳质量浓度为1.02.0g/l；清水聚合物溶液中聚合物分子以网状构型为主，增粘效果较好，污水聚合物溶液中聚合物分子以枝状构型为主，增粘效果较差；聚合物段塞尺寸和粘度是影响聚驱效果的决定因素,段塞尺寸保持不变时，溶液粘度越高，采收率增幅越大，溶液粘度保持不变时，段塞尺寸越大，采收率增幅越大；对于水湿油层，油层越厚，增采效果越好，而油湿油层的厚度对聚驱采收率影响不大；对于正韵律油层，垂向渗透性越强，聚驱增采幅度越高，反之，越低，对于反韵律油层，垂向渗透性越差，聚驱增采幅度越高，反之，越低。文中还提出了一些改善聚驱开发效果的措施，包括：采用污水配制聚合物溶液、优选聚合物注入速度和优选井网井距。本文对油田进行聚合物驱油具有一定的指导意义。关 键 词：聚合物驱油；影响因素；改善措施；物理模拟；数值模拟abstractin recent years, polymer flooding technology was widely applied in oilfield. in order to adapt the demands of oilfield polymer flooding, in this paper, on the basis of polymer flooding eor mechanism, by physical simulation experiments and numerical simulation techniques, we mainly studied the influential factors of polymer flooding effect, including polymer solution elastic effect, polymer molecular structure, polymer slug combination, reservoir thickness and reservoir vertical permeability. the result showed that the polymer solution elastic effect can enhance oil recovery, and its optimum quality concentration was 1.02.0g/l. polymer molecular had the network structure in fresh water, and its solution had higher viscosity, on the other hand, polymer molecular had dendritically structure in sewage water, and its solution had lower viscosity. polymer slug size and viscosity were the decisive factors which influenced polymer flooding effect. in the case of unchanged polymer slug size, the higher the solution viscosity was, the greater the polymer flooding increased recovery. when polymer solution viscosity was not changed, the larger the slug size was, the higher the oil increased. for water-wet oil reservoir, the thicker the oil reservoir was, the better the polymer flooding increased oil recovery, but for oil-wet reservoir, reservoir thickness had little influence on polymer flooding recovery. for positive rhythm reservoir, the better the vertical permeability was, the higher the polymer flooding increased oil recovery, on the contrary, the lower. for anti-rhythm reservoir, the worse the vertical permeability was, the higher the polymer flooding increased oil recovery, on the contrary, the lower. in this paper, we also raised some measures to improve the development of polymer flooding effect, including preparing polymer solution with sewage, optimizing polymer injection rate, optimizing well network pattern and well spacing. this paper had certain guiding significance to oil field using polymer flooding.key words: polymer flooding; influential factors; improving measures; physical simulation; numerical simulation 目 录第1章 概述1 1.1 聚合物驱的发展历史与现状1 1.2 本文的研究内容2第2章 聚合物驱提高原油采收率原理3 2.1 原油采收率3 2.2 聚合物驱提高原油采收率机理3 2.3 本章小结6第3章 聚合物驱开发效果影响因素7 3.1 聚合物溶液的弹性效应对开发效果的影响7 3.2 聚合物的分子构型对开发效果的影响10 3.3 聚合物的段塞组合对开发效果的影响14 3.4 地质因素对聚驱开发效果的影响17 3.5 本章小结20第4章 改善聚合物驱开发效果的措施22 4.1 采用污水配制聚合物溶液22 4.2 优选聚合物注入速度264.3 优选的井网井距31 4.4 本章小结33第5章 结论34参考文献35致谢37iii哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）第1章 概述1.1 聚合物驱的发展历史与现状1.1.1 聚合物驱的发展历史 聚合物驱始于50年代末和60年代初。美国于1964年进行了第一次聚合物驱矿场试验，随后在19641969年间，共进行了61个聚合物驱项目，从70年代到1985年，共进行了183个聚合物驱项目，且一般都取得了明显的经济效益。那时美国之所以开展了如此多的聚合物驱项目，其原因在于当时国内优惠的税收政策以及国际油价的上升。除美国之外，前苏联的奥尔良油田、阿尔兰油田、加拿大的horsefly lake 油田、rapdan油田、法国的chatearenard油田，以及德国、阿曼都进行了聚合物驱工业化试验，原油采收率提高了6%17%。但是随着国际油价的下跌，国外的聚合物驱项目越来越少，美国甚至停止了聚合物驱和其它化学驱项目的研究和试验。而在加拿大、德国以及中国，聚合物驱在提高原油采收率的方法中仍占明显的优势地位。 在中国，聚合物驱油技术得到了充分的发展。自1972年在大庆油田开展小井距的聚合物驱试验以来，特别是在“八五”、“九五”期间，在聚合物驱室内研究、数值模拟技术、注入工艺以及动态监测技术等方面进行了大量的研究和试验，为聚合物驱在中国进入工业化应用阶段奠定了坚实的基础。目前，聚合物驱在中国的大庆、大港、河南、胜利、吉林等油田都已进入了工业化的应用阶段。到“八五”末，中国已进行了19个聚合物驱矿场试验，聚合物驱增产原油168104t。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303104t。中国大庆油田的聚合物驱已成为世界最大的聚合物驱项目。1.1.2 聚合物驱油技术取得的成果早在70年代，我国就开始了高分子聚合物驱油的室内和现场试验研究，经过二十几年的研究实践，已经累计了关于聚合物驱油机理、聚合物驱开发效果的影响因素、改善聚合物驱开发效果的措施、油藏条件筛选、油藏数值模拟、聚合物驱油方案编制、注采工艺、动态监测、 井站管理、产出液管理等方面十分丰富的经验。我国许多科学研究者对聚合物驱油技术的研究也取得了很多成果，在这些方面发表了许多有科学价值的文章，简单介绍如下。夏慧芬，孔凡顺等人发表的聚合物溶液的弹性效应对驱油效率的作用，从微观驱油实验出发，研究了系列质量浓度的粘弹性聚合物溶液和系列粘度的甘油溶液对斑状润湿条件下的残余油的驱油效率，分析了粘弹性的聚合物溶液和甘油溶液对残余油的作用，并给出了聚合物溶液的弹性与驱油效率的关系。赵晓京等人发表的聚合物分子构型及其对驱油效果的影响，针对大庆油田聚合物驱过程中采出污水利用技术问题，研究了不同聚合物溶液内分子构型特征及其对驱油效果的影响。卢祥国，赵晓京等人发表的聚合物段塞组合及其对驱油效果的实验研究，依据矿场生产实际的需求，利用现代物理模拟技术，对油田目前正在使用的三种聚合物配制的聚合物溶液的段塞组合进行了实验研究。李俊刚等人发表的高质量浓度聚合物注入时机对驱油效果的影响，研究了普通聚合物驱的不同时期转注高质量浓度的聚合物溶液的驱油效果。宋考平，杨二龙等人发表的聚合物驱合理注入速度的选择，分析了影响聚合物注入速度的因素，研究了速度与有效粘度的关系，并在室内实验的基础上，考虑到油层的实际条件，应用前缘驱替理论，得出了一种确定最佳注入速度的新方法，指出最佳的驱油速度范围是稍高于临界流变速度的区间。王雷，卢祥国等人发表的污水聚合物溶液驱油效果实验，针对矿场实际需求，利用现代物理模拟技术方法，在等质量浓度和等粘度的条件下，对污水配制的3种抗盐聚合物溶液的驱油效果进行了评价。1.2 本文的研究内容本文的研究内容主要包括三个部分：（1）聚合物驱提高原油采收率原理； 1）原油采收率； 2）聚合物驱提高原油采收率机理； 3）本章小结。（2）聚合物驱开发效果影响因素研究； 1）聚合物溶液的弹性效应对开发效果的影响； 2）聚合物的分子构型对开发效果的影响； 3）聚合物的段塞组合对开发效果的影响； 4）地质因素对聚驱开发效果的影响； 5）本章小结。（3）改善聚合物驱开发效果的措施； 1）采用污水配制聚合物溶液； 2）优选聚合物注入速度； 3）优选井网井距； 4）本章小结。第2章 聚合物驱提高原油采收率原理 目前，采油主要利用向油层中注入工作剂（水）的方法进行驱油，但是由于油层的非均质性及水、油的粘度差，使注入水的前缘不规则，地层中有些部位没有受到水的波及；另外，在水波及的区域内，油并没有全部被驱走，而是有一些油残余在孔隙中。这两种情况下的剩余油，就是我们经常说的剩余油和残余油。因此，若要提高原油的采收率，一方面是提高水波及区的微观洗油效率；另一方面是提高注入水的体积波及系数。2.1 原油采收率向油层注水，补充油层能量。同时，水也作为油的排驱剂，将原油向生产井推进。这种排驱过程称为水驱油过程。根据物质平衡原理，如果忽略油层岩石及流体的弹性膨胀，排出油层的原油体积便等于注入油层水的体积。水侵入的油层区域内，含油饱和度下降，含水饱和度上升，是油水两相混合流动区。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，被定义为日产水量和日总产液量之比，随注水时间延长而上升，最终达到以经济极限值，继续注水则是不经济的。一般情况下，即便达到了如此高的产水率，在水波及区平均残余油饱和度仍可高达40%以上。除此之外，尚存大片水位波及到的原始油区。这两种剩余油的多少，涉及水的微观驱油效率ed和宏观波及系数ev。水驱油采收率e可由下式计算：e= eved （2-1）其中，微观驱油效率是指已被水从孔隙中排出的那部分原油饱和度占原始含油饱和度的百分数，是衡量水波及区微观洗油效率的参数，也叫做排驱效率；宏观波及系数是指面积波及系数与垂向波及系数的乘积，是衡量水在油层中波及程度的参数。2.2 聚合物驱提高原油采收率原理2.2.1 聚合物驱提高微观驱油效率水波及区内的残余油大多以油膜、油滴的形式存在于油层孔隙中，油滴能否流动不仅取决于油滴两端人工建立的压差，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。用压力梯度p/l表示液滴受到的动力（l为油滴长度，p为施加在油滴上的压差）。关于阻力，它与油水界面张力、毛管半径有关，一定润湿性和一定半径的毛管，油滴能否流动，取决于毛管数，当此值达到一定值时，油滴便流动。考虑到流动是发生在孔隙介质中，将压力梯度按照达西公式换算为水的粘度和渗流速度的乘积。因此，对于一定性质的孔隙介质，毛管数定义为，用nc表示，即= （2-2）其中nc是无因次数，它表示在一定润湿性和一定渗透率的孔隙介质中两相流动时，排驱油滴的动力，即粘滞力与阻力之比。图2-1 残余油饱和度与毛管数关系曲线图2-11是在岩心上测得的毛管数与残余油饱和度关系曲线。可以看到：毛管数越大，残余油饱和度越低，提高驱油效率幅度越大。 e= （2-3）式中：soi 为原始含油饱和度；sor为水驱后平均含油饱和度；ed为微观驱油效率。提高微观驱油效率最有效的途径是降低油水界面张力()。胶束溶液驱、低界面张力表面活性剂溶液驱、三元复合驱的驱油原理正是这样。提高微观驱油效率另外的途径就是提高渗流速度() 及提高注入水的粘度()，这两条途径提高采收率的幅度不大。传统的观点是，聚合物驱提高宏观波及效率（ev），不提高微观驱油效率(ed)。但是，近几年来，国内外有些专家学者提出，聚合物驱不仅提高宏观波及效率，也提高微观驱油效率。例如：王刚，夏蕙芬等人研究了聚合物溶液的粘弹性对残余油膜的作用2，从微观驱油实验和理论出发，研究了系列质量浓度的粘弹性聚合物溶液和系列粘度的甘油溶液对简化收缩流道中的残余油膜的驱油效率，分析了粘弹性的聚合物溶液和甘油溶液对残余油膜的作用效果，并给出了聚合物溶液的弹性与残余油膜的关系，研究结果表明：在相同的粘度条件下，聚合物溶液驱后的残余油膜厚度比甘油溶液的小，聚合物溶液对残余油膜的驱替效率比甘油溶液的大；随溶液弹性的增加，对油膜的驱替效率增大，残余油膜的厚度减少；聚合物溶液的弹性改变了聚合物溶液在孔道中的受力状态，增加了凸角内流体的流速，对油膜的作用增强，增加了携带能力，提高了微观驱油效率。并且，到目前为止，已有很多油田进行了现场试验，取得了较好的结果，也证实了这一观点。 2.2.2 提高注入水的粘度，扩大注入水的波及体积3对于均质油层，在通常水驱的条件下，由于注入水的粘度往往低于原油的粘度，以及驱油过程中水、油流度比的不合理，导致注入水的前缘不规则，地层中有些部位没有受到水的波及；另外，在水波及的区域内，油并没有全部被驱走，而是有一些油残余在孔隙中。向油层注入聚合物，可以增加注入水的粘度，使驱油过程中的水、油流度比大大改善，从而扩大注入水的波及系数。 生产井 pv=注入孔隙体积 注入井 bt=突破前缘图2-2 不同流度比下平面波及示意图图2-2为一个1/4的五点井网中不同流度比下水驱平面波及效果图。从图中可以看出，流度比越高，注入流体突破时波及面积越少，随着流度比的降低，注入流体前缘推进较均匀，突破时波及面积增大。聚合物驱是通过增加水相粘度和降低水相相对渗透率来降低流度比的。因此，可以大大地提高面积波及系数（或体及波及系数）。2.3 本章小结（1）聚合物驱可以提高注入水的粘度，降低油、水界面张力，从而提高微观驱油效率；（2）聚合物驱可以增加水相粘度，降低油层中水相渗透率，从而改善油、水流度比，提高体积波及系数。第3章 聚合物驱开发效果影响因素分析聚合物驱开发效果的影响因素有很多种，主要包括：聚合物溶液的弹性效应；聚合物溶液的分子构型；聚合物溶液的段塞组合；油层厚度以及油层垂向渗透率等。本章将在前一章讨论聚合物驱提高原油采收率原理的基础上，对诸因素对聚驱开发效果的影响进行具体的研究。3.1 聚合物溶液的弹性效应对开发效果的影响8-123.1.1 实验设备、材料及基本步骤利用玻璃刻蚀的微观简化孔隙模型(40mm40mm)，用硅油改变其润湿性，通过图像采集系统将驱油过程的图像转化为计算机数字信号，采用图像分析技术研究hpam和甘油溶液的微观驱油特性。3.1.1.1 实验药品大庆助剂厂生产的平均相对分子质量为1.7107，水解度为27.6%的聚合物(hpam)和不同粘度的甘油溶液(分别为8.5、25.0、44.9、98.0、160.0、255.0 mpas)；大庆油田脱气脱水原油配制的模拟油(10mpas，23oc)；矿化度为508mg/l的模拟盐水溶剂。3.1.1.2 实验岩心油藏岩石的润湿性是流体在其它非混相流体存在的条件下，在固体表面展开或粘附的趋势。润湿性是衡量岩石亲水或亲油的重要指标。斑状润湿(也称选择性润湿、非均匀润湿、部分润湿)是岩心在不同区域具有的不同润湿性。在斑状润湿中，原油成分被强烈吸附在岩石的一定部位，因而一部分岩石是强油湿的，其余则是强水湿。将硅油与汽油混合，其混合液和水混合后注入岩心，玻璃与硅油接触的部分润湿性变为油湿，与水接触的部分润湿性不变,从而形成斑状润湿。3.1.1.3 实验步骤（1）将微观模型抽空后饱和油；（2）模拟油层的驱替速度（1.38m/d）水驱油至不出油为止；（3）用0.5g/l的hpam溶液，恒速注入驱油，观察驱油后的残余油状况，并录取驱替过程中的动态图像；（4）分析图像，计算驱油效率；（5）依次改变hpam溶液的质量浓度（分别为1.0、1.5、2.0、2.5g/l），重复（3）（4）步；(6)清洗岩心，结束实验。用相同的步骤，将hpam溶液更换为不同质量浓度的甘油溶液，研究甘油溶液的驱油效率。水驱、聚合物驱和甘油驱的驱替孔隙体积倍数均为20。3.1.2 实验结果与分析用粘弹性的hpam溶液和纯粘性的甘油溶液分别进行系列驱油实验，分析驱油后的残余油状况。两者的差值即为hpam溶液的弹性作用。系列质量浓度的hpam溶液和系列粘度的甘油溶液的微观驱油图片见图3-1和图3-2。hpam溶液和甘油溶液驱油后的斑状残余油的平均驱油效率见表3-1。表3-1中的驱油效率的计算为e = 1- （3-1）式中：e 为驱油效率；ac为残余油的面积；ao为饱和油的面积。表3-1 不同质量浓度的hpam溶液和不同粘度甘油溶液的驱油效率对比类型(hpam)/(gl-1)/(mpas)e/%采收率增加值/%水01.047.30hpam溶液0.522.559.5512.251.065.467.2819.981.583.075.2027.902.0162.079.4432.142.5258.083.0335.73类型/(mpas)e/%采收率增加值/%水1.046.41甘油溶液8.553.006.5923.058.4912.0865.460.1313.72111.061.7315.32160.063.9817.57255.064.2717.86 由表3-1可见，随着驱替液质量浓度或粘度的增加，hpam溶液的驱油效率增加，残余油量降低，而甘油溶液的驱油效率增加较为缓慢，且hpam溶液的驱油效率高于甘油溶液的驱油效率。系列质量浓度的hpam溶液和系列粘度的甘油溶液连续驱替残余油后的驱油效率增加值与粘度的关系见图3-3。由图3-3可见，hpam溶液和甘油溶液驱残余油均使水驱残余油降低，但hpam溶液的残余油降低值明显高于甘油溶液的残余油量降低值。图3-1 系列质量浓度的hpam溶液连续驱残余油变化图3-2 系列质量浓度的甘油溶液连续驱残余油变化图3-3中两条曲线的差值为hpam溶液的弹性所造成。由于hpam溶液是粘弹性流体，hpam溶液运动时，在油水界面处的速度梯度大于同粘度的甘油溶液的速度梯度，在界面处产生的剪切力大于甘油溶液的剪切力；此外，hpam溶液的第一法向应力差为正值，hpam溶液产生沿各运动方向的法向力，其第一法向应力差作用于油斑，使得油斑被剥离并变小。hpam溶液的质量浓度越大，第一法向应力差越大，对油斑的作用力越大，剥离掉的油量越大，残余油量越小。当质量浓度高于1.0g/l时，hpam溶液的弹性作用较强，其聚驱、水驱后残余油的采收率高于甘油溶液的残余油的采收率；但质量浓度高于2.0g/l之后，其弹性作用使采收率的增加幅度变小。因此，在该实验条件下，hpam溶液的质量浓度在1.02.0g/l时其弹性作用最强。图3-3 驱油效率的增加值与粘度的关系3.1.3 认识（1）在相同粘度条件下，hpam溶液的驱油效率高于甘油溶液的驱油效率；（2）hpam溶液的弹性可以提高原油采收率，其弹性作用的最佳质量浓度为1.02.0g/l；（3）hpam溶液的弹性对油膜或油滴的拉伸作用，可增加携带能力，提高微观驱油效率。3.2 聚合物的分子构型对开发效果的影响13-143.2.1 实验材料、设备以及实验步骤3.2.1.1 材料污水取自大庆油田第六采油厂污水暴氧处理站，清水取自大庆油田第六采油厂喇400联合站。污水经定性滤纸过滤，除去其中部分悬浮物颗粒。采用3种相对分子质量的聚合物，即中等相对分子质量聚丙烯酰胺(大庆炼化公司生产，1.4107)、超高相对分子质量聚丙烯酰胺(北京朝阳水处理厂生产，2.5107)和缔合型聚合物(西南石油学院生产)。采用二维纵向非均质物理模型，模型包括高、中、低3个渗透层，渗透率变异因数为0.72，平均渗透率为1m2，几何尺寸为30.0cm4.5cm4.5cm。3.2.1.2 仪器设备rv-2布氏粘度计，原子力显微镜，常规驱油装置。3.2.2 实验步骤 （1）用实验室所提供的三种相对分子质量的聚合物、清水以及污水配制出六种不同类型的聚合物溶液；（2）在原子力显微镜下，对比观察同一种分子量的聚合物在清水、污水中配制的聚合物溶液中的形状；（3）将所配制的六种聚合物溶液在rv-2布氏粘度计中模拟矿场配制和输送过程对聚合物溶液的剪切降解，得到相应的“工作粘度”；（4）用剪切降解后的聚合物溶液在常规驱油装置中进行驱油实验（驱油用聚合物溶液段塞大小为0.57孔隙体积倍数，质量浓度为1.0g/l）。3.2.3 实验结果与分析3.2.3.1 分子构型中等相对分子质量清水聚合物溶液内聚合物分子构型见图3-4（a），污水聚合物溶液中聚合物分子构型见图3-4（b）。由实验观察可知，图3-4（a）中有蜂窝状和网状构型；图3-4（b）中聚合物分子以枝状构型为主。（a）5m5m，清水 （b）5m5m，污水图3-4 中等相对分子质量聚合物分子显微结构由图3-4可以看出，当采用不同溶剂时，同一种聚合物分子构型差异较大，清水聚合物溶液内聚合物分子以网状构型为主，污水聚合物溶液内聚合物分子以枝状构型为主。 超高相对分子质量清水聚合物溶液内聚合物分子构型见图3-5（a），污水聚合物溶液内聚合物分子构型见图3-5（b）。由实验观察可知，图3-5（a）中存在网状构型；图3-5（b）中有网状构型和带状构型。由图3-5可以看出，当采用不同溶剂时，同一种聚合物的分子构型差异不大，清水聚合物溶液内聚合物分子以网状构型为主，污水聚合物溶液内聚合物分子以网状和带状构型为主。（a）2m2m，清水 （b）2m2m，污水图3-5 超高相对分子质量聚合物分子显微结构（a）5m5m，清水 （b）7m7m，污水图3-6 缔合型聚合物分子显微结构缔合型聚合物溶液内清水聚合物分子构型见图3-6（a）,污水聚合物溶液内聚合物分子构型见图3-6（b）。由实验观察可知，图3-6（a）中存在网状构型；图3-6（b）中存在枝状构型。从图3-6可以看出，采用清水和污水时，同一种聚合物的分子构型差异明显,清水聚合物溶液内聚合物分子以网状构型为主，污水聚合物溶液内聚合物分子以枝状构型为主。综上所述，清水聚合物溶液内聚合物分子构型以网状为主，依据聚合物类型的不同,网状构型特征存在一定差异；污水聚合物溶液内聚合物分子构型以枝状为主，带状和网状构型为辅。中等相对分子质量污水聚合物溶液剪切前后聚合物分子构型见图3-7。图3-7表明，聚合物分子构型由枝状变为盘状。由此可见，剪切作用会使聚合物分子链发生断裂，长度减少，导致聚合物分子线团回旋半径即流体力学等价球变小，进而降低聚合物分子的增粘性和滞留特性。 （a）1m1m，剪切前 （b）1m1m，剪切后图3-7 剪切前后中等相对分子质量污水聚合物分子显微结构3.2.3.2 驱油效果 用剪切降解后的六种聚合物溶液进行驱油实验，实验结果见表3-2。表3-2 聚合物驱油效果岩心号水和聚合物类型粘度/(mpas)kg/(103m2)含油饱和度/%采收率/%水驱聚合物驱增加值1污水、缔合型5.592870.838.145.27.12污水、超高相对分子质量19.099273.239.653.614.03污水、中等相对分子质量7.596272.237.848.310.54清水、缔合型11.592372.338.949.911.05清水、超高相对分子质量44.094271.837.760.222.56清水、中等相对分子质量20.098672.637.650.312.7从表3-2可以看出，无论用清水还是污水配制超高相对分子质量聚合物，其溶液“工作粘度”都较高，流度控制能力较强，增油效果较好；3种清水聚合物溶液的增油效果都好于污水聚合物溶液，污水、超高相对分子质量聚合物溶液增油效果比清水、中等相对分子质量聚合物溶液的好。3.2.3.3 渗流特性分析聚合物分子构型除受聚合物自身性质影响外，还受溶剂水中金属离子na+,k+质量浓度的影响。当聚合物溶液中na+,k+的质量浓度增加时，依据stern-grahame双电层模型理论，与聚合物分子链表面电荷相反的na+和k+会向stern层运移，一部分还将进入stern层中和分子链表面上的部分电荷，导致扩散层厚度减小，进而引起聚合物分子链卷曲和收缩。聚合物分子链卷曲和收缩促成分子构型的变化，影响聚合物溶液的渗流特性。显微镜观察结果表明，聚合物分子构型为网状、带状和枝状。当采用清水配制聚合物溶液时，na+,k+的质量浓度较低，聚合物分子因其上相同电荷间的排斥作用，各个分子支链处于舒展状态，大量聚合物分子链的聚集形成网状或带状分子构型，聚合物分子线团回旋半径即流体力学等价球较大，其通过岩石孔隙喉道时更容易发生捕集，导致聚合物滞留量增大和液体过流断面减小，进而流动阻力增加、吸液能力下降。为使注液速度不变，必须增加注入压力，以使启动压力较高的中低渗透层吸液量增加，最终使波及体积扩大。3.2.4 认识（1）溶剂水中na+,k+的质量浓度对聚合物分子构型影响较大，清水聚合物溶液中聚合物分子以网状构型为主，增粘效果较好；污水聚合物溶液中聚合物分子以枝状构型为主，带状和网状构型为辅，增粘效果较差；（2）剪切作用会改变聚合物分子构型，影响聚合物分子的增粘性和滞留特性；（3）与污水聚合物溶液相比，清水聚合物溶液中聚合物分子线团回旋半径较大，可增大聚合物分子的增粘性和滞留特性，使波及体积扩大，驱油效果提高。3.3 聚合物段塞组合对开发效果的影响15-163.3.1 实验条件水和油:实验用水包括污水和清水。水驱、后续水驱和配制聚合物溶液用水为清水，清水取自采油一厂萨中2聚合物配制站。饱和模型用水为污水，污水取自采油一厂萨中7联合站。实验用油为采油一厂脱气原油与煤油的混合物，地层温度下粘度为9.8mpas。 聚合物:聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，分别是中等相对分子质量(简称“中分”，分子量144.2104，固含量92.32%)、超高相对分子质量(简称“超高”，分子量1812.5104,固含量89.67%)和抗盐(简称“抗盐”，分子量为2462.1104，固含量89.46%)聚合物。实验中聚合物溶液粘度模拟地层“工作粘度”，它是将室内配制的聚合物溶液进行预剪切而得到的。表3-3提供了实验所用聚合物溶液浓度和工作粘度。表3-3 聚合物溶液粘度和工作粘度聚合物中分超高抗盐浓度/(mgl-1)1000100012001000800600工作粘度/mpas20.530.038.532.024.014.0物理模型：由石英砂与环氧树脂压制而成，纵向上划分为三个等厚的渗透层段，自上而下的渗透率分别为0.3m2、1.0m2和2.3m2。方案设计及实验过程：表3-4提供了驱油方案中，聚合物驱阶段的段塞组合设计。实验过程中包括水驱、聚合物驱和后续水驱。 表3-4 聚合物驱段塞组合设计方案编号段塞1段塞2段塞3聚合物种类浓度/mgl-1尺寸/pv聚合物种类浓度/mgl-1尺寸/pv聚合物种类浓度/mgl-1尺寸/pv2-1超高10000.14中分10000.562-2中分10000.703-1抗盐12000.703-2抗盐10000.703-3抗盐8000.703-4抗盐6000.704-1超高10000.14抗盐12000.564-2超高10000.14抗盐10000.564-3超高10000.14抗盐8000.564-4超高10000.14抗盐6000.565-1超高10000.14中分10000.35抗盐12000.215-2超高10000.14中分10000.35抗盐10000.215-3超高10000.14中分10000.35抗盐8000.215-4超高10000.14中分10000.35抗盐6000.213.3.2 实验结果及分析 表3-5提供了不同驱油方案采收率测试结果。方案1是水驱空白实验，实验结束时含水98%。3.3.2.1 聚合物段塞粘度对聚合物驱油效果的影响方案3-1至3-4为在注入pv数相同条件下用“抗盐”聚合物进行“整体段塞”驱油实验。由实验结果可以看出，聚合物浓度越高，聚合物溶液粘度越高，流动阻力越大，改善流动比和扩大波及体积能力越强，聚合物驱采收率增加值也就越大。图3-5 聚合物驱油实验结果方案号模型编号气测渗透率/10-3m 2含油饱和度/%采收率水驱聚驱增加值方案172-1-69120868.036.0 方案2-172-1-51120069.532.651.815.8方案2-272-1-61131070.233.449.913.9方案3-172-1-64121068.432.558.222.2方案3-272-1-71121970.733.557.321.3方案3-372-1-55130868.333.154.218.2方案3-472-1-60119568.432.247.611.6方案4-172-1-72120468.332.756.420.4方案4-272-1-57131168.232.955.419.4方案4-372-1-62123268.932.353.917.9方案4-472-1-65128068.232.849.313.3方案5-172-1-70118967.633.955.819.8方案5-272-1-58121068.332.854.218.2方案5-372-1-59121068.532.152.816.8方案5-472-1-67123668.233.951.115.13.3.2.2 聚合物段塞组合对聚合物驱油效果的影响在方案4-1至4-4中，采用浓度为1000 m g /l，“工作粘度”为30.0 mpas和pv数为0.14的“超高”聚合物为前置段塞，它与pv数为0.56、浓度分别为1200、1000、800和600 mg/l的“抗盐”聚合物主段塞进行组合，对应采收率增幅分别为20.4%、19.4%、17.9%和13.3%。可以看出，随着主段塞聚合物浓度即聚合物段塞粘度的降低，其流度控制能力下降，扩大波及体积能力变差，导致聚合物驱采收率增加值降低。方案5-1至5-4为 “超高”聚合物、“中分”聚合物和“抗盐”聚合物三段塞组合驱油实验。各个方案中前置和主段塞分别为“超高”聚合物段塞和“中分”聚合物段塞，其用量分别为140和350mg/lpv。后置段塞为“抗盐”聚合物，其注入pv数保持不变，但浓度逐渐降低，分别为1200、1000、800和600 mg/l。方案的聚合物驱采收率增幅分别为19.8%、18.2%、16.8和15.1%。 可以看出，随着后置段塞聚合物浓度或粘度降低，其流度控制能力下降，扩大波及体积能力变差，导致聚合物驱采收率增加值降低。3.3.3 认识 （1）聚合物段塞尺寸和粘度是影响聚合物驱油效果的决定因素。 （2）在聚合物段塞尺寸保持不变的情况下，粘度决定了聚合物驱油效果，聚合物溶液的粘度越高，聚合物驱采收率增幅越大；在聚合物段塞粘度保持不变的情况下，聚合物段塞尺寸决定了聚合物驱油效果，段塞尺寸越大，聚合物驱采收率增幅越大。3.4 地质因素对聚驱开发效果的影响本节通过数值模拟方法建立了聚合物驱油的数学地质模型，在此基础上研究了油层厚度和油层垂向渗透率两种地质因素对聚驱开发效果的影响。具体内容如下。3.4.1 地质模型及主要参数 本节研究的各影响因素所选择的地质模型、有关参数和主要实验步骤，除在相关段落中的特殊说明外，其它情况下都基于同一模型，同一组数据和相同的实验步骤。3.4.1.1 地质模型地质模型为三维地质模型，共划分为993个网格，采用五点法注采井网。地质模型是平面均质，剖面等厚非均质，油层非均质系数vk及对应层段渗透率列于表3-6。不同渗透率层段可任意排列组成不同类型非均质油藏。表3-6 不同vk值油层纵向渗透率分布表vk00.2480.4330.5900.7200.8200.8900.968k1m20.44420.09870.09870.09870.09870.09870.09870.0987k2m20.44420.12340.15790.20730.29610.49350.74031.9740k3m20.44420.19740.35180.051820.88831.40852.22085.92203.4.1.2 主要参数计算中地质模型注采井距是250m，油层厚度是12m，原油、水质数据、物理参数均取大庆油田原油、水质数据，聚合物驱年注液速度是0.19vp，段塞浓度为1000mg/l，聚合物用量是380mg/lvp。3.4.2 实验步骤主要步骤：（1）在考虑某种因素影响的情况下，首先进行水驱油方案，至油井含水98.0%时，终止水驱油方案；（2）然后开始聚合物驱油方案，待油井含水回升到98.0%时，终止聚合物驱油，改用后续水驱；（3）分析在该因素的影响下，水驱和聚合物驱油效果。3.4.3 实验结果及分析3.4.3.1 油层厚度对聚驱开发效果的影响在vk=0.72，kz/kx取不同值的各种非均质模型上，变换油层厚度计算了一批方案，主要结果列于表3-7中。表3-7 不同类型非均质油层厚度变化水驱、聚合物驱效果对比表油层特征油层厚 度/m水 湿kz/kx=0.1水 湿kz/kx=0.01油 湿kz/kx=0.1油 湿kz/kx=0.1rw/%rp/%r%rw/%rp/%r%rw/%rp/%r%rw/%rp/%r%正韵律350.157.77.650.557.36.845.956.911.046.457.310.9647.956.99.048.556.98.445.857.011.246.456.910.5947.256.69.447.656.89.245.756.811.146.356.810.51246.956.59.647.356.79.445.856.710.946.456.710.31546.756.59.847.