聚合物驱提高油田采收率

1、improving oil recovery by polymer flooding 聚合物驱提高油田采收率聚合物驱提高油田采收率 目目 录录 绪论绪论 问题的提出问题的提出 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 第三章第三章 国内外的现场实施情况国内外的现场实施情况 第四章第四章 发展与展望发展与展望 绪论绪论 问题的提出问题的提出 v全球石油资源状况 全球可采资源量（常规）全球可采资源量（常规）45824582 累计采出量1229 剩余探明可采储量1427 待发现可采资源量1926 100%100% 27% 31% 42% 资源量 （亿

2、吨） 百分比 单位：亿吨v全球石油剩余资源分布 石油待发现资源石油待发现资源主要分布在中东、前苏联、北美地区主要分布在中东、前苏联、北美地区 7% 剩余可采储量剩余可采储量 待待发现资源量发现资源量 7% 占世界百分比占世界百分比 107107 2626 934934 141141 6464 105105 219219 350350 中南美中南美 北美北美 亚太亚太 前苏联前苏联 非洲非洲 欧洲欧洲 中东中东 北京北京 8% 18% 65% 31% 4% 17% 10% 13% 11% 4% 4% 6% 2% 934934 141141 6464 105105 219219 350350 75

3、75 588588 北美中、南美中东欧洲前苏联非洲亚太 6464 331331 141141 6464 105105 219219 350350 7575 588588 257257 2626 934934 141141 6464 105105 219219 350350 7575 103103107107 2626 934934 141141 6464 105105 219219 5252 105105 全球石油资源总量丰富，但分布非常不均全球石油资源总量丰富，但分布非常不均 绪论绪论 问题的提出问题的提出 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,00

4、0 productionconsumptionproductionconsumption mtoe 兆吨 oecdtransition economiesdeveloping countries 1971 - 20002000 -2030 从图中可见从图中可见 发展中国家的发展中国家的 能源消耗量在能源消耗量在 未来的的未来的的2020年年 中仍占有相当中仍占有相当 大的比重大的比重 绪论绪论 问题的提出问题的提出 22.2 鄂尔多斯鄂尔多斯 2.5 25.8 松辽松辽 7.5 10.3 渤海湾渤海湾 22.2 13.9 渤海渤海 2.2 6.2 塔里木塔里木 1.2 珠江口珠江口 1.2 6

5、.3 莺莺-琼琼 0.4 1.9 准噶尔准噶尔 3.9 9.5 11.7 我国石油资源潜力我国石油资源潜力 剩余石油资源剩余石油资源 主要分布在八主要分布在八 大盆地中，大盆地中， 探明可采储量探明可采储量 59.559.5亿吨，占亿吨，占 全国全国94%94%，待发，待发 现可采资源量现可采资源量 64.364.3亿吨，占亿吨，占 全国全国74%74% 待发现待发现探明探明 绪论绪论 问题的提出问题的提出 1. 油气田开发现状油气田开发现状 国内油田主体已进入开发中后期，国内油田主体已进入开发中后期，20032003年底三大公年底三大公 司综合含水已达到司综合含水已达到84.1%84.1%，

6、中石油和中石化所属油田的综，中石油和中石化所属油田的综 合含水分别达到合含水分别达到83.7%83.7%和和88.4%88.4%；含水超过；含水超过80%80%的高含水油的高含水油 田所占有的可采储量在全国的比重达到田所占有的可采储量在全国的比重达到68.7%68.7%。可采储量。可采储量 采出程度大于采出程度大于60%60%的储量占的储量占82.4%82.4%，总体可采储量采出程，总体可采储量采出程 度已达到度已达到72.8%72.8%，中石油和中石化公司分别达到，中石油和中石化公司分别达到72.6%72.6%和和 75.3%75.3%。 稳产难度增大，特别是陆上东部地区的老油田，产量稳产难

7、度增大，特别是陆上东部地区的老油田，产量 下降已难以避免。下降已难以避免。 绪论绪论 问题的提出问题的提出 公司公司 地质储量地质储量 （104t） 可采储量可采储量 （104t） 年产油量年产油量 （104t） 综合含综合含 水水 （%） 可采储量可采储量 采出程度采出程度 （%） 全国全国1770232570491.316955.684.0772.76 中中石油石油1164532402273.810393.983.6572.62 中中石化石化477751137335.53816.388.4475.25 中海油中海油12794930882.02205.476.4055.64 1. 油气田开发

8、现状油气田开发现状 绪论绪论 问题的提出问题的提出 1. 油气田开发现状油气田开发现状 绪论绪论 问题的提出问题的提出 2. 我国石油未来的需求我国石油未来的需求 2000-2020中国石油缺口 2003年进口原油 9112万吨 2004年前4个月进口4777万吨 比去年同期上升58% 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1990199019931993199619961999199920022002200520052008200820112011201420142017201720202020 产量、进口量（亿吨）产量、进口量（亿吨） 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5

9、5 1990199019931993199619961999199920022002200520052008200820112011201420142017201720202020 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 1990199019931993199619961999199920022002200520052008200820112011201420142017201720202020 国内自给部分国内自给部分 国外份额油国外份额油 俄管道油俄管道油 哈管道油哈管道油 进口进口 需求曲线需求曲线 平 衡 途 径 未来未来2020年我国石油供需平衡途径年我国石油供需平衡途径 绪

10、论绪论 问题的提出问题的提出 0 2 4 6 8 10 12 19902000201020202030 mb/d -20% 0% 20% 40% 60% 80% productiondemandimports as % of demand (right axis) chinas oil imports will soar from less than 2 mb/d now to almost 10 mb/d in 2030 equal to over 80% of demand. 2. 我国石油未来的需求我国石油未来的需求 绪论绪论 问题的提出问题的提出 绪论绪论 问题的提出问题的提出 三次采

11、油提高采收率技术潜力三次采油提高采收率技术潜力 内容内容 覆盖储量覆盖储量比例比例提高采收率提高采收率增加可采储量增加可采储量比例比例 项目项目亿吨亿吨%亿吨亿吨% 复合驱复合驱32.732.740.940.918.918.96.186.1852.252.2 聚合物驱聚合物驱29.129.136.436.49.79.72.812.8123.723.7 注气驱注气驱12.312.315.415.412.712.71.561.5613.213.2 热力采油热力采油5.85.87.37.322.122.11.281.2810.810.8 合 计合 计79.979.9100.0100.014.814.

12、811.8411.84100.0100.0 三次三次采油潜力重点是后聚合物驱。大庆已有成熟的可借鉴的技术采油潜力重点是后聚合物驱。大庆已有成熟的可借鉴的技术 通过聚合物驱为代表的先进技术规模应用可增加通过聚合物驱为代表的先进技术规模应用可增加11.8411.84亿吨的可采亿吨的可采 储量，相当于增加探明地质储量储量，相当于增加探明地质储量47.3647.36亿吨亿吨 这个问题有待深入研究这个问题有待深入研究 目目 录录 绪论绪论 问题的提出问题的提出 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 第三章第三章 国内外的现场实施情况国内外的现场实施情

13、况 第四章第四章 发展与展望发展与展望 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 1. 1. 什么是聚合物驱油什么是聚合物驱油 聚合物驱技术是化学驱技术中比较可行的一种提聚合物驱技术是化学驱技术中比较可行的一种提 高采收率技术。聚合物驱通过在注入水中加入水溶性高采收率技术。聚合物驱通过在注入水中加入水溶性 高分子量聚合物，增加水相粘度和降低水相渗透率，高分子量聚合物，增加水相粘度和降低水相渗透率， 改善流度比，达到提高石油采收率的目的。改善流度比，达到提高石油采收率的目的。 聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物，聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物， 因此它又称为改性水驱，是所有

14、提高采收率方法中最因此它又称为改性水驱，是所有提高采收率方法中最 简单的一种。简单的一种。一般来说，当油藏的非均质性较大和水一般来说，当油藏的非均质性较大和水 驱流度比较高时，聚合物驱可以取得明显的效果。驱流度比较高时，聚合物驱可以取得明显的效果。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 2. 基本驱油机理基本驱油机理 聚合物注入油层后，将会产生两项重要作用： （1）增加水相粘度； （2）由于聚合物的滞留引起油层渗透率下降。 （1）控制水淹层段中水相流度，改善水油流度比，提高 水淹层段的实际驱油效率； （2）降低高渗透率的水淹层段中流体总流度，缩小高、 低渗透率层段间水线推进速度差，

15、调整吸水剖面，提高实 际波及系数。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 1 2. 1 宏观驱油机理宏观驱油机理 a 改善流度比改善流度比 b 抑制注入液突进抑制注入液突进 c 调整吸水剖面调整吸水剖面 对于均质油层，在通常水驱条件下，由于注入水的粘对于均质油层，在通常水驱条件下，由于注入水的粘 度远远低于原油粘度。驱油过程中水、油流度比不合理，度远远低于原油粘度。驱油过程中水、油流度比不合理， 导致产出液中含水率上升很快。过早地达到采油经济所允导致产出液中含水率上升很快。过早地达到采油经济所允 许的极限含水率的结果，使得实际获得的驱油效率远远小许的极限含水率的结果，使得实际获得的

16、驱油效率远远小 于极限驱油效率。向油层注入聚合物的结果，可使驱油过于极限驱油效率。向油层注入聚合物的结果，可使驱油过 程的水、油流度比大大改善，从而延缓了采出液中的含水程的水、油流度比大大改善，从而延缓了采出液中的含水 率上升速度，使实际驱油效率更加接近极限驱油效率，甚率上升速度，使实际驱油效率更加接近极限驱油效率，甚 至达到极限驱油效率。至达到极限驱油效率。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 1 2. 1 宏观驱油机理宏观驱油机理 a 改善流度比改善流度比 在水驱油条件下，水突破后采收液中油的分流量为： / / oroo o owroorww k f kk 上式简化得到： 1

17、 1. o or w wr o f k k 根据流体流度的概念，可以写出水油流度比的定义式： . orw wo wro k m k 式中式中 为水为水 油流比；油流比； 、 为水、油的流为水、油的流 度；度； 、 为为 水、油的有效渗水、油的有效渗 透率；透率； 、 为为 水、油的粘度。水、油的粘度。 wo m w o rw k ro k w o 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 1 2. 1 宏观驱油机理宏观驱油机理 a 改善流度比改善流度比 从聚合物的流变性可看出，在水中加入聚合物后，从聚合物的流变性可看出，在水中加入聚合物后， 水的粘度明显增大，并且聚合物的浓度越大，粘度

18、也水的粘度明显增大，并且聚合物的浓度越大，粘度也 越大。另外，当岩石表面亲水时，聚合物容易吸附在越大。另外，当岩石表面亲水时，聚合物容易吸附在 岩石表面，注入水从吸附层表面通过时，吸附层薄膜岩石表面，注入水从吸附层表面通过时，吸附层薄膜 发生膨胀，从而降低了水相的有效渗透率，当油与吸发生膨胀，从而降低了水相的有效渗透率，当油与吸 附层接触时，就不会发生膨胀现象。因此在含油饱和附层接触时，就不会发生膨胀现象。因此在含油饱和 度很低的油层内，使用聚合物可显著地降低水的流动度很低的油层内，使用聚合物可显著地降低水的流动 度，增加波及系数，从而改善原油采收率度，增加波及系数，从而改善原油采收率 第一章

19、第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 1 2. 1 宏观驱油机理宏观驱油机理 b 抑制注入液突进抑制注入液突进 由于沿主流线方向突进的聚合物溶液有较高的粘度及聚合由于沿主流线方向突进的聚合物溶液有较高的粘度及聚合 物的吸附、捕集，降低了水相渗透率，在主流线两翼方位上，物的吸附、捕集，降低了水相渗透率，在主流线两翼方位上， 由于聚合物驱主流线部位相对于两翼部位的压力梯度大于水由于聚合物驱主流线部位相对于两翼部位的压力梯度大于水 驱，因此聚合物驱流体流速相对水驱量值大，且更加偏向两驱，因此聚合物驱流体流速相对水驱量值大，且更加偏向两 翼方向。因此，扩大了向两翼方向的波及作用，增大波及面翼方向

20、。因此，扩大了向两翼方向的波及作用，增大波及面 积，加深波及程度。积，加深波及程度。 注水井 采油井 注水井 采油井 水 油 聚合物流体 油 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 1 2. 1 宏观驱油机理宏观驱油机理 c 调整吸水剖面调整吸水剖面 图图5-8 5-8 渗透率级差对垂向波及系数的影响渗透率级差对垂向波及系数的影响 对于非均质油层，由对于非均质油层，由 于层间渗透率差异太于层间渗透率差异太 大，防止水的舌进要大，防止水的舌进要 采用调剖技术，向油采用调剖技术，向油 层注入高浓度小段塞层注入高浓度小段塞 聚合物溶液。因高渗聚合物溶液。因高渗 层的分配比大，吸水层的分配比

21、大，吸水 指数大，聚合物溶液指数大，聚合物溶液 首先进入高渗透层，首先进入高渗透层， 随着溶液在高渗层的随着溶液在高渗层的 推进，高渗透层的流推进，高渗透层的流 动阻抗增加，若在聚动阻抗增加，若在聚 合物段塞之后注水，合物段塞之后注水， 将迫使水进入低渗层，将迫使水进入低渗层， 有效地推进低渗层的有效地推进低渗层的 油水前缘，从而扩大油水前缘，从而扩大 波及范围。波及范围。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 2 2. 2 微观驱油机理微观驱油机理 长期以来，在石油工程领域内普遍认为聚合物驱提高采收率的机长期以来，在石油工程领域内普遍认为聚合物驱提高采收率的机 理是改善流度比、提

22、高宏观波及效率，但对其提高驱油效率的机理则理是改善流度比、提高宏观波及效率，但对其提高驱油效率的机理则 认识不足。认识不足。 近期研究表明，粘弹性的聚合物溶液均会不同程度地降低各类残近期研究表明，粘弹性的聚合物溶液均会不同程度地降低各类残 余油量，从而提高驱油效率。余油量，从而提高驱油效率。 在注入水波及到的油层，残余油以在注入水波及到的油层，残余油以簇状、柱状、孤岛状、簇状、柱状、孤岛状、 膜（环）状、盲状膜（环）状、盲状五种形态滞留在孔隙介质中，聚合物驱对这五种形态滞留在孔隙介质中，聚合物驱对这 几种残余油都有一定的驱替效果。几种残余油都有一定的驱替效果。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱

23、的基本概念 2. 2 2. 2 微观驱油机理微观驱油机理 a 聚合物能够驱替簇状残余油聚合物能够驱替簇状残余油 由于聚合物是水溶性高分子，分子含有许多亲水基团，在聚合物分子外由于聚合物是水溶性高分子，分子含有许多亲水基团，在聚合物分子外 形成的形成的“水鞘水鞘”，增加了相对移动的内摩檫力。，增加了相对移动的内摩檫力。 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，使聚合物分子线团在水中更加舒展，使聚合物有很强的增粘能力。斥，使聚合物分子线团在水中更加舒展，使聚合物有很强的增粘能力。 聚合物分子量相当大，在岩石中

24、产生滞留，增加了驱替相流体在孔隙介聚合物分子量相当大，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。质中的流动阻力。 提高了微观波及系数，将水提高了微观波及系数，将水 驱后的簇状残余油驱替出来。驱后的簇状残余油驱替出来。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 2 2. 2 微观驱油机理微观驱油机理 b 聚合物能够驱替孤岛状残余油聚合物能够驱替孤岛状残余油 驱油过程中，驱替相作用在油相上的剪切应力可用下式表示：驱油过程中，驱替相作用在油相上的剪切应力可用下式表示： ./ r d vd z r /dv dz 为驱替相作用在油相上的剪切应力； 为驱替相在油相表面处 的粘度；

25、 为两相流体间的界面速度梯度。 粘弹性的大分子聚合物溶液在流经粘弹性的大分子聚合物溶液在流经 弯曲孔隙和小喉道时，聚合物链出弯曲孔隙和小喉道时，聚合物链出 现拉伸，拉伸产生的拉伸粘度在一现拉伸，拉伸产生的拉伸粘度在一 定的流动条件下比剪切粘度大二到定的流动条件下比剪切粘度大二到 三个数量级。三个数量级。 在相同平均流速下，聚合物溶液孔在相同平均流速下，聚合物溶液孔 道壁附近的速度梯度远远大于水的道壁附近的速度梯度远远大于水的 流速梯度。流速梯度。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 2 微观驱油机理 c 聚合物能够驱替膜状残余油聚合物能够驱替膜状残余油 当聚合物溶液开始驱油时，由

26、于聚合物溶液在近岩石表面处的速度梯度远当聚合物溶液开始驱油时，由于聚合物溶液在近岩石表面处的速度梯度远 大于水，聚合物溶液与油的界面粘度大于水，聚合物溶液与油的界面粘度(4.810-5n.s/m)远远大于水油的界面粘远远大于水油的界面粘 度度(2.510-8n.s/m)，因此，聚合物溶液在流动过程中产生的平行于油因此，聚合物溶液在流动过程中产生的平行于油水界水界 面并作用于残余油的面并作用于残余油的“拖动拖动”力远大于水。力远大于水。 若油膜是连续的，残余油膜就会不断地被驱替而向前流动，把油膜拉若油膜是连续的，残余油膜就会不断地被驱替而向前流动，把油膜拉 成油丝，油丝来回摆动，为油的流动形成通

27、道（图成油丝，油丝来回摆动，为油的流动形成通道（图1）。且油膜逐渐）。且油膜逐渐 减薄，残余油饱和度降低；减薄，残余油饱和度降低； 图图1 油膜状残余油被拉成油丝的过程油膜状残余油被拉成油丝的过程 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 2 微观驱油机理 c 聚合物能够驱替膜状残余油聚合物能够驱替膜状残余油 若油膜相对较厚，但不是大面积连续，后边的油膜将被驱替向前流动，且若油膜相对较厚，但不是大面积连续，后边的油膜将被驱替向前流动，且 逐渐减薄，而前边的油膜逐渐加厚，从而形成一个逐渐减薄，而前边的油膜逐渐加厚，从而形成一个“驼峰驼峰”，该，该“驼峰驼峰” 对聚合物溶液流动产出大的阻力

28、。当对聚合物溶液流动产出大的阻力。当“驼峰驼峰”达到一定大小时，由于聚合达到一定大小时，由于聚合 物溶液流动的阻力而产生的拖拽力就会大于原油的粘着力，油膜前端的油物溶液流动的阻力而产生的拖拽力就会大于原油的粘着力，油膜前端的油 就会形成油滴并与油膜脱离，油滴随着聚合物溶液向前流动。此时，油膜就会形成油滴并与油膜脱离，油滴随着聚合物溶液向前流动。此时，油膜 减薄（有时油膜会消失），使微观残余油饱和度降低减薄（有时油膜会消失），使微观残余油饱和度降低 图图2 膜状残余油的驱替过程膜状残余油的驱替过程 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 2. 2 微观驱油机理 d 聚合物能够驱替盲端残余油聚

29、合物能够驱替盲端残余油 亲水岩石盲端状残余油的驱替过程亲水岩石盲端状残余油的驱替过程 亲油岩石亲油岩石“盲端盲端”状残余油的驱替过状残余油的驱替过 程程 粘弹性流体首先驱动岩石中未被波及或粘弹性流体首先驱动岩石中未被波及或 驱替效率小于最终值的可动油部分，这驱替效率小于最终值的可动油部分，这 部分可动油向前流动时，与其它残余油部分可动油向前流动时，与其它残余油 接触、聚并，使原为残余油的油流动，接触、聚并，使原为残余油的油流动， 从而降低从而降低“盲端盲端”处残余油饱和度处残余油饱和度。 1.1. 孔隙边界处的高速度梯度。孔隙边界处的高速度梯度。 2.2. 聚合物溶液的高粘度，聚合物溶聚合物溶

30、液的高粘度，聚合物溶 液与油的界面粘度远远大于水油液与油的界面粘度远远大于水油 的界面粘度的界面粘度 3.3. 聚合物溶液的弹性使主流线的聚聚合物溶液的弹性使主流线的聚 合物溶液能够拉动其边部的流体合物溶液能够拉动其边部的流体 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 良好的水溶性良好的水溶性 明显的增粘性明显的增粘性 良好的化学稳定性良好的化学稳定性 较强的抗剪切性较强的抗剪切性 良好的抗吸附性良好的抗吸附性 良好的多孔介质传输性良好的多孔介质传输性 价格低廉，货源充足价格低廉，货源充足 驱油用聚合物的基本要求驱油用聚合物的基本要求 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油藏

31、筛选标准聚合物驱油藏筛选标准 由于聚合物产品的性能，油藏条件和经济效益的限制，不是所有的由于聚合物产品的性能，油藏条件和经济效益的限制，不是所有的 油藏都可以采用聚合物驱，根据国内外大量室内实验和现场实施的油藏都可以采用聚合物驱，根据国内外大量室内实验和现场实施的 结果，初步筛选标准如下：结果，初步筛选标准如下： 参数参数 油藏油藏 类型类型 空气空气 渗透率渗透率 （1010-3 -3m m2 2） 变异变异 系数系数 地层原地层原 油粘度油粘度 （mpampas s） 地层地层 温度温度 （） 地层水地层水 矿化度矿化度 （mg/lmg/l） 剩余油可剩余油可 动饱和度动饱和度 (%)(%

32、) 范围范围砂岩砂岩0.020.020.5-0.80.5-0.820-10020-100707060001010 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 影响聚驱采收率的几个重要因素影响聚驱采收率的几个重要因素 聚合物溶液的注入时机 聚合物的用量与分子量 聚合物溶液的注入方式 注入水水质 井网井距 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物溶液的注入时机聚合物溶液的注入时机 过晚过晚含水过高，影响产量；非均质性加剧，效果变差含水过高，影响产量；非均质性加剧，效果变差 过早过早损失低成本开采期，影响总体经济效益损失低成本开采期，影响总体经济效益 所谓注入时机，就是指油田的综合含水是多

33、少时，实施聚合物所谓注入时机，就是指油田的综合含水是多少时，实施聚合物 驱效果最佳。驱效果最佳。 内容内容 试验编号试验编号 注入量注入量 pv(mg/l) 转注聚时含水转注聚时含水 % 最终采收率最终采收率 % 提高采收率差值提高采收率差值 % 1 0.25150 0 66.773.3 8.6 91.764.7 2 0.25250 0 66.777.0 4.4 85.172.6 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物的用量与分子量聚合物的用量与分子量 分子量的确定分子量的确定 u高分子量之利：增粘效果好，阻力系数和残余阻力系数高，高分子量之利：增粘效果好，阻力系数和残余阻力系数高

34、， 波及体积大波及体积大 u高分子量之弊：注入困难，剪切降解严重，驱油性能损失高分子量之弊：注入困难，剪切降解严重，驱油性能损失 严重。严重。 因此，必须综合考虑以下几个问题因此，必须综合考虑以下几个问题 l 聚合物分子量与渗透率的匹配关系聚合物分子量与渗透率的匹配关系 l 孔隙半径中值与聚合物分子旋回半径的关系孔隙半径中值与聚合物分子旋回半径的关系 l 聚合物分子量与增粘效果，阻力系数和残余阻力系数的关系聚合物分子量与增粘效果，阻力系数和残余阻力系数的关系 l 聚合物分子量与剪切降解的关系聚合物分子量与剪切降解的关系 l 聚合物分子量与采收率提高幅度的关系聚合物分子量与采收率提高幅度的关系

35、第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物的用量与分子量聚合物的用量与分子量 聚合物用量的确定聚合物用量的确定 聚合物的用量是聚驱中一个很重要的问题，不仅要考聚合物的用量是聚驱中一个很重要的问题，不仅要考 虑到其增油效果，还应考察到整个项目的经济效益。虑到其增油效果，还应考察到整个项目的经济效益。 用量单位：用量单位： 一般用聚合物注入油层的孔隙体积倍数（一般用聚合物注入油层的孔隙体积倍数（pvpv）和注入）和注入 浓度（浓度（mg/l) mg/l) 的乘积来表示。的乘积来表示。 用量过大用量过大 采收率大，但增大幅度减缓，吨聚采收率大，但增大幅度减缓，吨聚 产油量下降，总体经济效益下

36、降产油量下降，总体经济效益下降。 用量过小用量过小 采收率低采收率低 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物溶液的注入方式聚合物溶液的注入方式 n油层的注入能力允许的情况下，聚合物浓度越高，提油层的注入能力允许的情况下，聚合物浓度越高，提 高采收率幅度越大。非均质性严重的地层，宜于采用高高采收率幅度越大。非均质性严重的地层，宜于采用高 浓度聚合物段塞。浓度聚合物段塞。 n以往普遍认为，为防止后续注入水突进，应采用降低以往普遍认为，为防止后续注入水突进，应采用降低 浓度的浓度的“阶梯型阶梯型”注入方式。但最近的研究表明，这种注入方式。但最近的研究表明，这种 “阶梯型阶梯型”注入方式只

37、有在聚合物段塞足够小时才能起注入方式只有在聚合物段塞足够小时才能起 到保护和防止注入水突进的作用。否则，阶梯段塞不仅到保护和防止注入水突进的作用。否则，阶梯段塞不仅 起不到应有的效果，还会降低聚合物的驱油效果。起不到应有的效果，还会降低聚合物的驱油效果。 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 注入水水质注入水水质 目前措施：低矿化度水配制聚合物溶液，在聚合物目前措施：低矿化度水配制聚合物溶液，在聚合物 段塞前后注低矿化度水保护段塞。段塞前后注低矿化度水保护段塞。 发展方向：研制使应性强的聚合物（污水，高盐，高发展方向：研制使应性强的聚合物（污水，高盐，高 ca2+,mg2+ ） 第一章第

38、一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 注聚合物井网井距的选择注聚合物井网井距的选择 井网：采用数值模拟和物理模拟相结合的方法进行优化井网：采用数值模拟和物理模拟相结合的方法进行优化 l聚合物在油层中的稳定性，井距大注入速度低，聚合物在油层中的稳定性，井距大注入速度低， 聚合物在油层中的停留时间长，粘度下降幅度聚合物在油层中的停留时间长，粘度下降幅度 大。大。 l注入井的注入压力限制，井距大，单井的注入注入井的注入压力限制，井距大，单井的注入 强度大，注入压力高，应考虑注入能力与油层强度大，注入压力高，应考虑注入能力与油层 的破裂压力关系。的破裂压力关系。 l综合经济效益的限制，井距过小，钻井费用

39、高。综合经济效益的限制，井距过小，钻井费用高。 井距：井距： 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 化学剂及其驱油性能的损失化学剂及其驱油性能的损失 注入压力与注入能力注入压力与注入能力 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 聚合物溶液视粘度的损失聚合物溶液视粘度的损失 实例：大庆中区西部葡实例：大庆中区西部葡i i1-4 1-4层试验区 层试验区 位位 置置粘度损失粘度损失 配制配制泵泵10 %10 % 泵泵 注入井口注入井口20 %20 % 注入井口注入井

40、口距注入井距注入井3030米的取样井米的取样井30 %30 % 取样井取样井 距注入井距注入井106106米的采出米的采出10 %10 % 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 聚合物溶液视粘度的损失聚合物溶液视粘度的损失 在油藏深部驱油所需要的在油藏深部驱油所需要的 聚合物溶液需要的流度控聚合物溶液需要的流度控 制能力绝大部分（制能力绝大部分（60%60%） 损失在配注系统和注入井损失在配注系统和注入井 附近的无效驱油区内附近的无效驱油区内 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油

41、技术中的几个关键问题 聚合物溶液视粘度的损失聚合物溶液视粘度的损失 主要原因：降解（剪切，生物，化学降解）主要原因：降解（剪切，生物，化学降解） 聚合物在近井地带的滞留损失聚合物在近井地带的滞留损失 以往采取的主要方法和思路以往采取的主要方法和思路: : u减少地面配制和注入系统的剪切降解减少地面配制和注入系统的剪切降解 u为保证在油层深部的流度控制能力，增大聚合物的浓度为保证在油层深部的流度控制能力，增大聚合物的浓度 u使用高（或超高）分子量的聚合物（使用高（或超高）分子量的聚合物（“九五九五”国家重点攻关课国家重点攻关课 题）题） 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术

42、中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注入能力注入压力和注入能力 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注入能力注入压力和注入能力 注入量注入量 注入压力注入压力(mpa) 吸水指数吸水指数 注水注水注聚合物注聚合物压力升高压力升高 大庆小井距大庆小井距 501井井 150m3/d 5.78.73.0 中区西部葡中区西部葡 i1-4层试验区层试验区 4.87.423降降35.6% 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注

43、入能力注入压力和注入能力 目前的主要措施及思路： l 近井地带的改造压裂，深穿孔 l 化学解堵酸化 问题： u 见效率低 u 有效期短（一个月左右） 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注入能力注入压力和注入能力 油层改造油层改造压裂效果分析压裂效果分析 平均有效期不足两个月，不少井压裂后基本上没有见效平均有效期不足两个月，不少井压裂后基本上没有见效 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注入能力注入压力和注入能力 化学解堵化学解堵酸化效

44、果分析酸化效果分析 统计49口井化学解堵资料 平均有效期约31天 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注入能力注入压力和注入能力 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 聚合物驱油技术中的几个关键问题聚合物驱油技术中的几个关键问题 注入压力和注入能力注入压力和注入能力 讲座提纲讲座提纲 绪论绪论 问题的提出问题的提出 第一章第一章 聚驱的基本概念聚驱的基本概念 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 第三章第三章 国内外的现场实施情况国内外的现场实施情况 第四章第四章 发展与展望发展与展望 第二章第二章

45、 国内外的发展现状国内外的发展现状 现阶段主要使用的驱油聚合物现阶段主要使用的驱油聚合物 1 1 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺（英文名：聚丙烯酰胺（英文名：polyacrylamide，简称，简称pam），结构式：），结构式： 聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（简称聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（简称am）及其衍生物的均聚物和共聚物的统称。）及其衍生物的均聚物和共聚物的统称。 ch2ch n conh2 优势：聚丙烯酰胺及部分水解聚丙烯酰胺水溶液的粘度高，控制油水流度比 的作用明显，吸附损失不大，对细菌的侵害不敏感。 不足：机械剪切安定性差，在盐水中有粘度损失，长时间放置或较高温度下 放置易降解；所带羧基可与二

46、价离子反应；容易引起粘土膨胀，长时期应用 可导致严重出砂。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 现阶段主要使用的驱油聚合物现阶段主要使用的驱油聚合物 2 2 黄原胶（黄原胶（corn sugar gum)corn sugar gum) 生物聚合物在聚合物驱中的应生物聚合物在聚合物驱中的应 用很少，常用的是黄原胶。美用很少，常用的是黄原胶。美 国加利福尼亚州东科林加油田国加利福尼亚州东科林加油田 1978年曾实施过黄原胶驱，年曾实施过黄原胶驱， 油水流度比仅油水流度比仅115。黄原胶分。黄原胶分 子链的刚性比聚丙烯酰胺强，子链的刚性比聚丙烯酰胺强， 能有效地抗机械破坏，耐盐，能有效地

47、抗机械破坏，耐盐， 但是对细菌很敏感，细菌除了但是对细菌很敏感，细菌除了 将聚合物降解外，还会堵塞注将聚合物降解外，还会堵塞注 入井中油层剖面，因而必须使入井中油层剖面，因而必须使 用杀菌剂和除氧剂用杀菌剂和除氧剂。 项目项目指标指标 物理状态物理状态奶色干粉奶色干粉 水分含量，水分含量，%12 灰分，灰分，%10 色度，色度，%70 密度密度 g/cm31.6 堆密度堆密度,kg/m3839 燃烧热，燃烧热，j/g14.566 含氮量，含氮量，%1.2 溶解热，溶解热，j/g0.230 折光率（折光率（20 c）1.3332 表面张力表面张力, mn/m75 ph值值7.0 粘度粘度mpa.

48、s850 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 现阶段主要使用的驱油聚合物现阶段主要使用的驱油聚合物 3 3 疏水缔合聚合物疏水缔合聚合物 部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺(hpam) 是目前常用的聚合物驱油剂，但是是目前常用的聚合物驱油剂，但是hpam 在在 盐水溶液中粘度损失较大，严重影响了它的使用效果。盐水溶液中粘度损失较大，严重影响了它的使用效果。 我国进行聚合物驱的油田普遍面临着配制聚合物清水缺乏的压力，要求聚我国进行聚合物驱的油田普遍面临着配制聚合物清水缺乏的压力，要求聚 合物驱用地层采出的污水进行配制，应用时须提高合物驱用地层采出的污水进行配制，应用时须提高hpam

49、的用量，这将使的用量，这将使 得采油利润大大降低得采油利润大大降低 。 疏水缔合水溶性聚合物疏水缔合水溶性聚合物是指在聚合物亲水主链上带有少量疏水基团的一是指在聚合物亲水主链上带有少量疏水基团的一 类水溶性聚合物。在聚合物水溶液中，由于疏水基团的憎水作用而产生类水溶性聚合物。在聚合物水溶液中，由于疏水基团的憎水作用而产生 分子内和分子间的缔合，形成具有特殊性质的高分子溶液。分子内和分子间的缔合，形成具有特殊性质的高分子溶液。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 现阶段主要使用的驱油聚合物现阶段主要使用的驱油聚合物 4 4 交联聚合物交联聚合物( lps ) ( lps ) 原理：在

50、注入地层过程中，lps 优先进入渗透率较高的地层，交联聚合物线 团在孔道中吸附滞留，逐步增加流动阻力，使后续驱替液流向低渗透区。 交联聚合物线团并未将孔道完全堵死，在一定压力下可被冲开，把其推向地在一定压力下可被冲开，把其推向地 层更深处，再次吸附滞留层更深处，再次吸附滞留，在此过程中压力会出现波动，并且会逐步产生层 内的和层间的的和层间的液流改向，从而逐步地调整驱替剖面，提高波及系 数和原油采收率 由低浓度的聚丙烯酰胺和柠檬酸铝形成交联聚合物溶液由低浓度的聚丙烯酰胺和柠檬酸铝形成交联聚合物溶液(lps)(lps) 特点：粘度低、流动性好选择性封堵地层。特点：粘度低、流动性好选择性封堵地层。

51、选择性选择性 封堵封堵 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物溶液（聚合物溶液（hpamhpam）的性质）的性质 1. 流变性流变性 聚合物的流变性是指其在流动过程中发生形变的性质，高分子形态的变化聚合物的流变性是指其在流动过程中发生形变的性质，高分子形态的变化 导致了聚合物溶液的宏观变化。导致了聚合物溶液的宏观变化。 1n k 聚合物是非牛顿流体，其流动行为可用幂指数定律来描述聚合物是非牛顿流体，其流动行为可用幂指数定律来描述 粘度； 剪切速率； k常数； n幂指定律指数。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物溶液（聚合物溶液（hpamhpam）的性质）的性

52、质 1. 流变性流变性 流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、粘弹段和降解段。粘流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、粘弹段和降解段。粘 度随剪切速率的变化与高分子在溶液中的形态结构有关。度随剪切速率的变化与高分子在溶液中的形态结构有关。 流变曲线示意图流变曲线示意图 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物溶液（聚合物溶液（hpamhpam）的性质）的性质 1. 流变性流变性 分子量对聚合物溶液粘度的影响分子量对聚合物溶液粘度的影响水解度与粘度关系水解度与粘度关系 浓度与粘度关系浓度与粘度关系 矿化度与粘度关系矿化度与粘度关系 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状

53、 聚合物溶液（聚合物溶液（hpam）的性质）的性质 聚合物溶液（聚合物溶液（hpamhpam）的性质）的性质 1. 粘弹性粘弹性 当毛管直径发生剧烈变化时，聚合物的分子链会在外力场的作用下发当毛管直径发生剧烈变化时，聚合物的分子链会在外力场的作用下发 生不规则的拉伸或压缩，从而使聚合物溶液发生弹性拉伸流动，于是生不规则的拉伸或压缩，从而使聚合物溶液发生弹性拉伸流动，于是 除了粘性流引起的剪切粘度之外，弹性拉伸流引起的分子弹性也对有除了粘性流引起的剪切粘度之外，弹性拉伸流引起的分子弹性也对有 效粘度有贡献。效粘度有贡献。 研究表明，聚合物的粘弹性对于流体在盲端内的流动速度场，应力场 及压力场有较

54、大影响，流体的粘弹性越大，盲端内的流速和应力越大， 流体在盲端内的波及深度就越大，有利于提高微观驱油效率。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物溶液（聚合物溶液（hpam）的性质）的性质 聚合物溶液（聚合物溶液（hpamhpam）的性质）的性质 3. 聚合物的化学稳定性聚合物的化学稳定性 (1)氧化降解（温度，有机杂质，添加剂等 影响） (2)解缠和弱键断裂 (3)自发水解 (4)铁离子降解 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物溶液（聚合物溶液（hpamhpam）的性质）的性质 另外，聚合物溶液还具有以下一些性质： u 聚合物溶液的机械剪切降解 u 聚合物溶

55、液的生物降解 u 聚合物溶液的凝絮性 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物驱油的发展聚合物驱油的发展 国外聚驱发展国外聚驱发展 时间时间事件事件成果成果 5050年代年代-60-60年代年代 19641964年进行了第一次聚合物驱年进行了第一次聚合物驱 矿场实验矿场实验 测试取得一定结果测试取得一定结果 1964-19691964-1969年年进行了进行了6161个聚合物驱项目个聚合物驱项目 试验结果，采收率增值最试验结果，采收率增值最 高的达到高的达到 8.6%8.6%； 从从7070年代到年代到19851985年年共进行了共进行了183183个聚合物驱项目个聚合物驱项目

56、聚合物驱油一般都取得了聚合物驱油一般都取得了 明显的经济效益明显的经济效益 8080年代末年代末9090年代初年代初 随着国际原油价格的下跌，美随着国际原油价格的下跌，美 国停止了聚合物及其他化学驱国停止了聚合物及其他化学驱 项目项目 1. 美国 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物驱油的发展聚合物驱油的发展 国外聚驱发展国外聚驱发展 2. 前苏联 前苏联曾在122个油田237个区块上实施eor方法，主要是热力采 油，化学驱，和气驱。到1992年，化学驱已经累计产油3920万吨。 其中主要是依靠聚合物采出的。 3. 其他国家 加拿大的horseflylake油田，rapdan

57、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%。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物驱油的发展聚合物驱油的发展 国内聚驱发展国内聚驱发展 1972年年在大庆油田开展小井距的聚合物驱试验。在大庆油田开展小井距的聚合物驱试验。 1979年年原石油工业部将原石油工业部将eor列为我国十大科学开发技术之一，并从经济列为我国十大科学开发技术之一，并从经济 和产量的综合角度考虑，聚合物及化学驱是我国提高原油采收率的最佳和产量的综合角度考虑，聚合物及化学驱是我国提高原油采收率的最佳 途径。途径。 1984年开始与日、美、

58、英、法等国在大庆，大港，玉门等油田进行聚合年开始与日、美、英、法等国在大庆，大港，玉门等油田进行聚合 物驱和表面活性剂的技术合作。物驱和表面活性剂的技术合作。从室内实验到现场的先导性试验，工业性试从室内实验到现场的先导性试验，工业性试 验，取得了大量的成果，使聚合物驱油步入了大规模的应用阶段。验，取得了大量的成果，使聚合物驱油步入了大规模的应用阶段。 到到1997年我国聚合物驱工业应用面积达年我国聚合物驱工业应用面积达101.3km2，全国聚合物驱年增产，全国聚合物驱年增产 原油达原油达303104t。中国大庆油田的聚合物驱已成为世界上最大的聚合物。中国大庆油田的聚合物驱已成为世界上最大的聚合

59、物 驱项目。驱项目。 目前目前，聚合物驱在中国的大庆、大港、河南、吉林、胜利等油田已进入，聚合物驱在中国的大庆、大港、河南、吉林、胜利等油田已进入 工业化应用阶段，到工业化应用阶段，到2006年中国聚合物驱年增产原油达年中国聚合物驱年增产原油达500-700104t 。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物驱油的发展聚合物驱油的发展 我国以化学驱为提高采收率的主导技术我国以化学驱为提高采收率的主导技术 原因： l油藏和原油条件条件决定水驱的驱油效率和波及油藏和原油条件条件决定水驱的驱油效率和波及 效率均不高效率均不高需要提高波及效率和驱油效率的综需要提高波及效率和驱油效率的综

60、 合技术。合技术。 l从原理上气驱（尤其是从原理上气驱（尤其是co2混相驱）提高采收率幅混相驱）提高采收率幅 度大。但是，我国探明气源不足油田混相压力高，度大。但是，我国探明气源不足油田混相压力高， 不具备广泛使用混相驱的条件。不具备广泛使用混相驱的条件。 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物驱油的工艺流程及装置聚合物驱油的工艺流程及装置 u聚合物溶液的配制过程聚合物溶液的配制过程 分散配比 储存传输过滤 干粉熟化 传输泵传输泵 储罐 分散装置 干粉来水 熟化罐 熟化罐 出口 u地面工艺流程地面工艺流程 第二章第二章 国内外的发展现状国内外的发展现状 聚合物驱油注入工艺聚合物