聚合物驱后提高采收率技术

1、聚合物驱后提高采收率方法研究聚合物驱后提高采收率方法研究摘要：聚合物驱可有效提高水驱后采收率，但同时也存在着一些问题，如聚合物在地层中存在不可入孔隙体积，聚合物不存在低油水界面张力所产生的洗油能力，聚合物驱后的水驱还存在指进问题等。为提高聚合物驱后采收率，本文介绍了聚合物驱后注聚区整体调剖技术、聚合物驱后深部调剖技术、活性聚合物驱油技术、聚合物驱后高效洗油技术、聚合物驱后微凝胶合驱技术、聚合物驱后微生物提高采收率技术等强化采收率方法。关键词：聚合物驱后；不可入孔隙体积；絮凝；再利用；提高采收率前言聚合物驱作为一种较为成熟的三次采油技术，目前在各油田广泛推广应用，并已初步显示出较好的提高采收率效

2、果。但是，随着油田主力油层和二类油层聚合物驱的不断开展，进入聚合物驱后的区块和油层不断增多，另外针对目前聚合物驱的现状，聚合物驱仍存在一系列的问题，从而使得研究和试验进一步提高采收率的技术和方法非常重要。首先聚合物驱油时，聚合物在地层中存在不可入孔隙体积，减少了聚合物的波及体积。聚合物驱之所以存在这个问题，主要由于聚合物分子无规线团的直径往往大于地层孔隙大小分布中一些小孔隙的直径，同时还可能通过架桥而滞留在孔隙外部，也会产生一定数量的不可入孔隙。因此，聚合物驱时，总存在一定的孔隙为聚合物分子所进不去的，这些孔隙称为聚合物的不可入孔隙。聚合物不可入孔隙与地层孔隙大小分布、聚合物的分子量和水解度、

3、水的矿化度以及地层温度有关。其次聚合物不存在低油水界面张力所产生的洗油能力。水驱采收率为水的波及系数与水的洗油效率的乘积。聚合物只能通过提高水的粘度，减小水的渗透率提高水的波及系数从而起到提高水驱采收率作用。聚合物不能降低油水界面张力，因此聚合物驱是不可能通过聚合物提高水的洗油效率而提高原油采收率。尽管王启民等人认为聚合物粘弹性存在洗油效率的作用，但是这种作用远小于由于油水界面张力降低而产生的洗油效率的提高。再次，聚合物驱后的水驱还存在指进问题。聚合物驱后地下存在着大量的聚合物溶液，如果立即恢复注水，由于水的流度比聚合物的流度大得多，势必造成高流度流体驱替低流度流体的指进现象发生。当指进的水突

4、入油井时，油井产液中的含水率升高，油产量则急剧下降。因此聚合物驱后的地层转入水驱，将很快引起水淹。最后，聚合物驱并不像人们早先预测的那样具有较长的有效期，如一般数模结果为1015年，但是由于地层的非均质性、聚合物的吸附、捕集、降解和过早突破等因素，实际聚合物驱的效果要短得多。因此，聚合物驱后提高原油采收率的技术研究具有重大的理论意义和现实意义，是油田聚合物驱后续的提高采收率的技术，是可以在相当范围内、相当长时间内推广应用的技术，将会产生极大的经济效益和社会效益。1 聚合物驱后的油层特征聚合物驱(Polymer Flooding)是一种比较有效的提高原油采收率的三次采油方法。聚合物驱是指在注入水

5、中加入少量水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度，同时降低水相渗透率，改善流度比，提高原油采收率的方法。它的机理是所有提高采收率方法中最简单的一种，即降低水相流度，改善流度比，提高波及系数。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经济效果。聚合物驱后由于部分聚合物滞留在岩心孔隙中，岩心的渗透率和孔隙度均有不同程度的下降。但聚驱前后岩心孔隙最大半径保持不变，这些最大孔隙的体积并末减小，导致孔隙体积分布的峰位及峰值均下降；同时岩石表面的润湿性由注聚前的弱亲水性转变为亲水性；聚合物驱后由于部分聚合物滞留在岩心孔隙中，岩心的渗透率有不同程度的下降。且随着原始渗透率的增加，

6、聚合物驱后岩心渗透率下降的幅度变大；聚合物驱后剩余油分布较水驱更为复杂、零散。2 聚合物驱后提高采收率发展现状2.1 聚合物不可入孔隙体积的研究聚合物驱存在不可入孔隙体积的论述早在1972年由Rapier Dawson、Ronald B. Lantz等人提出，他们认为在聚合物驱的多孔介质体系中，存在聚合物进不去的孔隙，而这部分孔隙水是可以进入的；同时提出聚合物不可入孔隙中的一部分孔隙体积是被油所占据的，如果注入水通过毛管力的作用进入这部分孔隙体积，就可以把其中的油驱替出来。Shah和Bhupendra N也研究了不可入孔隙体积对聚合物和溶剂的影响，研究发现当聚合物质量浓度低于300mg

7、5;L-1时，不可入孔隙体积最大，可以达到0.300.32Vp；当浓度大于300mg×L-1时，不可入孔隙体积从0.32Vp减小到0.21Vp。对于不可入孔隙体积，作者认为它的产生主要是因为聚合物分子的尺寸相对于溶剂分子大小和岩石孔隙半径大得多，因此当岩石孔隙半径小于聚合物分子尺寸时，就会产生不可入孔隙体积。在此基础上，Liauh，W.C.，Duda，J.L等人对产生不可入孔隙体积的机理做了进一步探讨，认为产生聚合物不可入孔隙体积的现象比较复杂，不仅与聚合物分子链在溶液中的表现有关，而且还与多孔介质的复杂几何形态有关。然而前人在影响聚丙烯酰胺的不可入孔隙体积的因素，以及聚合物驱之后的

8、油层潜力等方面几乎没有提到。杨朝合等人的研究表明，对于沥青质含量较少的轻质油，其不同馏分分子的平均直径在12nm左右。大部分研究结果证实，沥青质分子的平均半径在26nm，原油的相对分子质量必然小于胶质沥青质的相对分子质量，因此油分子的尺寸也小于沥青质的。另外聚丙烯酰胺的回转半径大于油分子的半径，在地层情况下，聚合物不能进入的孔隙空间，油分子完全可以进入，因此聚合物驱之后的油层是有潜力的。聚合物驱虽然提高了水驱的波及系数，却因为自身固有的性质而降低了波及系数，从而降低了最终的原油采收率。2.2 聚合物驱后地层残留聚合物絮凝再利用技术研究聚合物絮凝再利用技术的作用机理是，将地层残留的低浓度的聚合物

9、通过氢键，在絮凝剂上产生桥接吸附，再通过聚合物分子的蜷曲，引起絮凝产生絮凝体来堵塞地层，从而实现对地层残留聚合物溶液絮凝再利用。主要用于滞留聚合物浓度较低的高渗透层，这部分聚合物溶液充分絮凝之后，就可以迫使后续注入水进入中、低渗透层。聚合物絮凝再利用技术既充分利用地层残留的聚合物，减少措施投入，同时能达到深部调剖，从而达到提高聚合物驱后水驱采收率的目的。对于粘土的性质，前人已经做了大量的研究工作，详细阐述了粘土矿物的结构、带电性、吸附性、膨胀性和凝聚性等性质。文中指出，粘土颗粒的凝聚性是一定条件下的粘土颗粒或粘土晶片在水中发生联结的性质。连接发生后，粘土矿物的联结体若能互相连接，遍布水的空间，

10、则产生空间结构；若该联结体不能互相连接，则发生下沉。粘土矿物颗粒有三种联结方式，即边边联结、边面联结和面面联结。J. Swenson等人研究了聚合物对粘土颗粒的桥接吸附机理，认为胶体稳定的两个基本机理是：电荷稳定和空间稳定。研究发现四组分体系（粘土-聚合物-盐-水）体系中，加入聚合物使体系中粘土层间距收缩，通过中子衍射实验结果看出，随着聚合物在体系中体积分数的增加，粘土层间距显著减小。Hadar Heller和R. Keren研究了阴离子型聚丙烯酰胺对钠蒙脱石悬浮体的流变性的影响，研究中采用相同水解度、不同分子量的HPAM以及相同分子量、不同水解度的HPAM与粘土颗粒之间的相互作用。结果表明，

11、一个聚合物分子和粘土表面之间可以形成多处粘接，一个分子中的几个链段通过表面粘接，将两个或多个邻近的粘土晶面连接起来，这种桥接方式可以形成连续的絮凝体结构。2.3 深部调驱技术研究堵水调剖及相关配套技术在高含水油田控水稳产（增产）措施中占有重要地位，但随着高含水油藏水驱问题的日益复杂，对该领域技术要求越来越高，推动着堵水调剖及相关技术的不断创新和发展，国内外从90年代以来都在深部调剖（调驱）液流转向剂研究与应用方面取得了许多新进展，形成包括弱凝胶、胶态分散凝胶(CDG)、体膨颗粒、柔性颗粒等多套深部调剖（调驱）技术，为我国高含水油田改善水驱开发效果、提高采收率发挥着重要作用。（1）弱凝胶弱凝胶也

12、被称为“流动凝胶”(flowing gel)。这里所谓的“流动”是指弱凝胶在试管内呈现流动状态，弱凝胶主要由聚合物和交联剂两部分组成，以整体形式存在，交联状态为分子间交联。弱凝胶深部调驱是近年来发展起来的一项实用性很强的技术，位于传统的聚合物凝胶堵水调剖和聚合物驱之间。弱凝胶最早是由法国石油公司的Norbert Kohler等人提出的。但他们并没有对弱凝胶进行定义。国内李良雄、白宝君、吴应川等对弱凝胶调驱剂的制备、影响因素及流变性和渗流机理进行了研究。交联聚合物弱凝胶是目前国内外应用最广泛的深部调剖改善水驱技术，但影响其性能的因素多，针对性强，且多不抗盐，一般不适宜矿化度100000mg/L以

13、上、温度90以上的低渗地层的深部调剖作业。应用时应重点考虑交联聚合物体系与地层流体、配液用水、油藏温度和油藏地层特征的配伍性。（2）胶态分散凝胶胶态分散凝胶是80年代中期，国外研究人员在实验室试图寻找一种使用筛网定量评价层状凝胶的方法时偶然发现的，并用于深部调驱。Smith于90年代正式提出了胶态分散凝胶的概念，TIORCO公司在矿场实验的成功极大的推进了胶态分散凝胶深部调驱技术的发展。国内于90代开始了胶态分散凝胶的研究工作，陈铁龙、彭勃、罗文利、林梅钦等对胶态分散凝胶的配方、制备和评价方法及影响因素等方面进行了研究。目前在华北、河南等油田进行了先导性实验，取得了较好的效果。胶态分散凝胶是由

14、低浓度的聚合物和交联剂及一定量的盐存在，经一定的加料顺序和特定的条件，适当的摇动或搅拌制得的。国内外的研究表明：能形成CDG的聚合物有部分水解聚丙烯酰胺和AMPS（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸盐）聚合物。（3）体膨颗粒体膨颗粒调剖是近几年发展起来的一种新型深部调剖技术，主要是针对非均质性强、高含水、大孔道发育的油田深部调剖、改善水驱开发效果而研发的创新技术。体膨颗粒遇油体积不变而吸水体膨变软(但不溶解)，在外力作用下可发生变形运移到地层深部，在高渗层或大孔道中产生流动阻力，使后续注入水分流转向，有效改变地层深部长期水驱形成定势的压力场和流线场，达到实现深部调剖、提高波及体积、改善水驱开发效

15、果的目的。由于它的独特性质，使其在高含水、大孔道油田深部调剖中的作用被广泛认可，成为我国高含水、高采出程度油田进行深部挖潜、实现稳产的重要技术手段，并在大庆、大港、中原等油田取得了良好的经济和社会效益。2.4 聚合物驱后的四次采油发展前人所做的大量关于聚合物驱的研究工作几乎都是围绕着聚合物驱替过程本身展开研究和探讨的，而对于聚合物驱之后的强化三次采油，几乎还未有人深入研究。随后，郭尚平等人提出了聚合物驱后进一步提高采收率的四次采油问题。通过对天然岩心和人造岩心进行实验，初步探索研究了三次采油后进行四次采油提高采收率的可能性。研究表明，在聚合物驱三次采油后采用适当方法，还可以进一步提高采收率，即

16、三次采油后再进行四次采油是有效果的，前景不错。用天然岩心和粘土含量为20%的人造岩心做实验的结果显示，聚合物驱之后再进行表面活性剂驱还能进一步提高采收率，且表面活性剂（四次采油）的采收率大于或接近聚合物驱（三次采油）的采收率增值。然而在实际情况下，由于聚合物驱之后进行水驱会发生指进现象，因此在聚合物驱之后应该采取及时封堵水驱产生的大孔道的措施，然后再用活性水驱替，一方面水能够波及聚合物所无法进入的孔隙空间，另一方面，活性水可以洗出这部分孔隙空间中的油，从而提高了水驱的洗油效率，充分挖掘聚合物驱之后油层的潜力，以达到进一步提高原油采收率的目的。王启民等人提出了聚合物驱油中有待进一步攻关的三方面内

17、容及其涉及基础学科研究的问题。首先，聚合物驱效果有待通过调剖等方法得到进一步改善；其次，聚合物综合性能需要进一步改进；最后，聚合物驱油技术数值模拟也需要深化研究。3 聚合物驱后的提高采收率方法3.1注聚后注聚区整体调剖技术经多年注水开发，然后采用注聚合物驱油后，由于油藏在平面上和纵向上非均质现象严重，导致在后续水驱的作用下，聚合物溶液沿大孔道和高渗透层突进，致使部分油井由于采出的聚合物浓度较高而被迫关井。对于注聚后转水驱的注水井，在优选调剖井时，还应考虑注水井对应的油井聚合物的产出浓度。对应油井的聚合物产出浓度越高的注水井，调剖的可能性越大。所以，对于注聚后转水驱的区块，调剖井的优选依据主要有

18、渗透率、吸水剖面、注入动态、井口压降曲线及对应油井的聚合物产出浓度。根据本区块的实际资料，利用注入动态、井口压降曲线及对应油井的聚合物产出浓度等参数优选相应的调剖井。考虑到后续水驱阶段需要调剖的井在长期的水驱开发阶段、注聚前、注聚过程中已经历了多次的调剖封堵，结合各种堵剂本身所具有的性能特点和多年来在现场的应用实施效果，选择适合大孔道重复封堵用的强度较大的交联聚合物凝胶类和颗粒类堵剂相结合的复合堵剂为宜。3.2 聚合物驱后的深部调剖技术油藏经长期注水开发和近期的注聚后，尤其是近井地带调堵后，注入水可发生绕流进入原高渗水窜通道，聚合物溶液也很容易沿大孔道方向单向突进，导致窜聚现象的发生。要进行深

19、度挖潜，必须应用深部调剖技术，使注入水在油层深部转向，扩大注入水波及范围，有效地改善注水效果和提高采收率。目前国内外进行深部调剖主要使用聚合物弱凝胶和胶态分散凝胶。这种凝胶强度低，主要适用于非均质性不太强的油藏，以大剂量注入进行调驱。而非均质性较强、裂缝发育、水窜严重的油藏，要求所用的调堵剂具有一定强度，深部调剖注入堵剂量大， 注入时间长，调堵剂应有合适的成胶时间和较高的封堵强度，因此，此类调堵剂多为复合堵剂，即体膨型无机颗粒堵剂加上交联聚合物堵剂，辅以其它添加剂以达到深部调剖的目的。为封堵不同深部的地层，需用不同成冻时间的冻胶调剖剂配方。这些配方可由各类冻胶( 高价金属离子交联的冻胶和树脂交

20、联的冻胶)的成冻时间等值图选出。聚合物的调剖作用和限度：聚合物驱是通过对水的稠化，增加水的粘度和通过在孔隙介质中的滞留，减小孔隙介质的渗透率，从而减小水油流度比，提高波及系数，以提高水驱采收率。聚合物驱后深部调剖方法：聚合物驱后深部调剖有两种方法， 即单液法调剖和双液法调剖。单液法调剖使用单液法调剖剂（如铬冻胶），调剖时向地层注入不同失去流动性时间的冻胶，失去流动性的时间越长，调剖的距离越远。双液法调剖使用双液法调剖剂（如水玻璃-氯化钙），调剖时向地层注入两种工作液，两种工作液之间以隔离液隔开，隔离液的体积越大，调剖的距离越远。双液法调剖工艺复杂，药剂不能充分利用（因总有不相遇的药剂），而单液

21、法调剖工艺简单，药剂能充分利用，因此在一般条件下深部调剖常采用单液法调剖。3.3 活性聚合物驱油技术活性聚合物是一种分子量在103以上的高分子表面活性剂。由于分子量高，它具有低分子表面活性剂所没有的一些独特性能，如良好的分散性、絮凝性、稳泡性、增稠性等；而在增大分子量的同时，它拥有低分子表面活性剂相似的低表（界）面张力。如果用作驱油剂，既能改善不利的油水流度比，又具有较强的洗油能力， 能克服单纯聚合物驱及表面活性剂驱作用机理上的限制，是一种新型高效驱油体系。3.4 微生物驱油技术微生物驱油是一项综合性技术，其主要机理是利用微生物的生物作用和化学作用降解原油碳链，改善油水界面张力，提高原油的流动

22、性能等。大港油田聚合物驱后微生物驱的试验表明：聚合物驱后滞留的聚合物对微生物驱没有有害的影响，并对微生物提供一定的氮源，有利于聚合物驱后进行微生物驱。微生物驱的主要优点是投资费用低，能源消耗少。主要困难是机理复杂，需要研究微生物与地层液体配伍性和微生物在孔隙介质中的传播性能，及数值模拟预测问题。微生物在油层中的生长繁殖具有其独特的优势。聚合物驱油后，解除残留在地层中聚合物的影响，是进一步提高原油采收率高的关键。大庆油田勘探开发研究院在各采油厂优选了5 种菌种( SHB、MRT、P178、PHI、gwn )。该菌种属于兼性厌氧菌，大小为0. 8 2. 0m。通过对上述5 种菌种进行菌种性能的评价

23、试验可知，菌株在地层中能够使轻组份增加、原油粘度降低、恩氏蒸馏初馏点和凝固点降低，从而使得原油流变性向牛顿型转化，使其同原油的界面张力降低。此外，这些菌种亦可使聚合物降解为相对分子量较小的聚合物，从而减少聚合物的粘度及流变性。通过岩心驱油实验结果表明，在聚合物驱后利用微生物驱可使采收率提高4.8%16.4%。3.5 微凝胶驱油技术微凝胶是用来描述低浓度交联聚合物体系所产生的强度较弱的一种凝胶状态， 在低浓度聚合物溶液中加入少量交联剂，通过聚合物分子间的交联反应，形成局部三维网状结构的微凝胶团，大幅度地提高聚合物溶液的强度，使微凝胶体系既具有驱剂的流度控制能力，又产生高的残余阻力系数，有较强的调

24、剖作用。 微凝胶体系的聚合物浓度一般为200 600 mg /L，强度为20200 mPa·s，胶团直径10 30m，性能与弱凝胶、流动凝胶相似，而与胶态分散凝胶（CDG）有明显区别。微凝胶体系的成胶能力用成胶时间和成胶熟度表征，成胶时间越短， 成胶强度越大，微凝胶体系的成胶能力就越强。虽说微凝胶体系兼具调和驱的功能、但当微凝胶体系注入量很大（0.2 0.4PV）、粘度较低（小于100mPa·s）时，更显示驱剂特性和效果，故称之为微凝胶驱油技术。3.6 表面活性剂驱油技术岩心驱替实验结果表明，无论对于大庆原油还是胜利原油，聚合物驱后再用表面活性剂体系驱均可进一步提高采收率，

25、这意味着聚合物驱之后仍可用表面活性剂进行进一步的强化采油，进一步提高采收率；高粘土含量岩心和天然岩心的驱替实验均表明，表面活性剂四次采油的采收率增值在较多情况下高于聚合物驱三次采油的采收率增值。特别值得注意的是，大庆天然岩心的实验表明，注聚后用表面活性剂体系进行采油的采收率增值很高，而且，比聚合物驱的采收率增值更高。这一结果表明， 三次采油后，进行四次采油再进一步提高采收率的前景是光明的。此外，表面活性剂溶致液晶体系具有粘度高、稀释后与原油有较低界面张力(经测量，其值在10-3 10-4 mN/m之间)，在稀释时能形成胶束或微乳液等特性，也具有在聚合物驱后进一步提高采收率的可能性。3.7 聚合

26、物驱后高效洗油技术聚驱后高效洗油技术适用于前期聚合物未波及到的地层，增大聚合物波及范围，从而提高聚合物驱未波及处地层的剩余油开发效果。聚驱后高效洗油技术是将高效洗油剂注入聚合物驱后的地层，以达到提高采收率目的的技术。这项技术的使用既可通过提高洗油效率来弥补聚合物驱机理的不足，又可通过高效洗油剂进入聚合物不可入的孔隙，弥补聚合物驱所损失的那部分波及系数。高效洗油剂的驱油机理为：低界面张力机理是基础机理；乳化携带机理是主要机理；乳化捕集机理是辅助机理。高效洗油剂注入时机研究表明，聚合物驱后注入高效洗油剂越早越好。这主要由于高效洗油剂越早注入，岩心原油的采出程度较低，有更多可洗的油；但更重要的是越早

27、注入，聚合物驱聚合物的调剖作用越大，更有利于高效洗油剂作用的发挥，所得到最终采收率越高。4 结论与建议4.1 结论 聚合物驱后的提高采收率技术是一项具有四次采油性质的技术，在提高采收率技术的发展中具有重要意义。 聚合物驱后可进行深部调剖、活性聚合物驱、表面活性剂驱、微生物驱高效洗油技术等后续技术工艺进一步提高采收率。 建议进行聚合物驱后储层孔隙结构变化规律研究；聚驱后剩余油分布规律研究；聚驱后提高采收率方法优选评价和先导试验。4.2建议在现场实际应用聚合物驱后提高采收率技术时应注意以下三点： 搞清楚地层剩余油分布特征及地层残留聚合物特性； 根据储层物性及流体性质选择适合的聚合物驱后提高采收率技

28、术，否则效果不理想，甚至造成储层损害； 在应用聚驱后提高采收率技术前，应将上述技术进行合理组合，选择最优的组合技术进行交替使用，从而达到持续提高采收率的目标。参考文献1叶仲斌，提高采收率原理M，北京：石油工业出版社，2007.082Shapour Vossoug hi，James E Smith，Don W Green etal. A new method to simulate the effect of viscous fingering on miscible displacement process in porous mediaJ . SPE 10970，19823戴彩丽，王业飞，冷强等，长成冻时间的深部调驱剂研究J .西安石油学院学报，2003，18(1):20-244王业飞，何龙，崔志昆，等.聚合物驱后深部调剖提高采收率的实验研究J .油田化