聚合物驱提高采收率的技术及应用
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2011年6月2日
聚合物驱提高采收率的技术及其应用
前言
聚合物驱是一种比较有效的提高原油采收率的三次采油方法。综述了聚合物驱技术在国内外的应用和研究进展,分析了聚合物驱的驱油机理。介绍聚合物驱油的的方法以及在现实生产过程中的应用。
关键词：聚合物驱提高采收率驱油机理驱油方法应用
石油是重要的能源化工原料,有“工业血液”之称,随着国民经济的高速发展,要求石油工业提供越来越多的石油产品。世界各国为了满足国民经济发展对石油产量的需求,一方面加强勘探寻找新储量,一方面努力提高已开发油田的采收率,积极进行3次采油的探索与应用。通过注入驱油剂来开采油层的残余油为强化采油(Enhanced oilRecovery,简称EOR或Improved oilRecovery,简称IOR),又称3次采油(Tertiary oil Recovery),可使采收率提高到80% ~85%。聚合物驱就是一种比较有效的提高原油采收率的3次采油方法,它能在常规水驱开采后期,使油藏采收率再提高8%左右,相当于增加四分之一的石油可采储量。
我国对聚合物驱提高油田采收率技术极为重视，投入了大量的人力、物力进行理论技术攻关和现场试验，并取得了丰硕的成果。特别是“七五”“八五”“九五”科技攻关及国家973项目的研究，大大促进了聚合物驱油技术的发展。自1996年聚合物在大庆、胜利、大港等油田大规模推广应用以来，形成了1000×104t的生产规模，为国家原油产量保持稳中有升发挥了关键的作用。以大庆油田为例，截止到2003年12月，已投入聚合物驱工业化区块27个，面积321.36km2，动用地质储量5.367×108t，投入聚合物的油水井5603口，累积注入聚合物干粉46.89×104t，累积产油6771.89×104t，累积增油2709.67×104t。2003年，工业化聚合物驱全年产油1044.4×104t。大庆油田聚合物驱提高采收率以其规模之大，技术含量高，居世界领先地位，创造了巨大的经济效益。
1、聚合物驱概述
聚合物驱(Polymer Flooding)是指在注入水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。
2、聚合物驱提高采收率的机理
原油采收率是采出地下原油原始储量的百分数,即采出的原油量与原始地质储量的比值,它取决于驱油剂在油藏中波及体积和驱油效率。聚合物驱不仅可以提高波及系数,而且还可以提高水波及域内的驱油效率。其提高驱油效率的机理表现在以下几个方面:
(1)、本体粘度使聚合物在油层中存在阻力系数和残余阻力系数增加,是驱替水驱未波及残余油和簇状残余油的主要原因。
对于渗透率相近的人造岩样,分别水驱至残余油状态(含水98% ),用相同粘度的甘油、聚合物溶液分别驱替0. 6 PV后,继续用水驱至残余油状态,驱替过程中测量岩样两端的压差。测定结果表明,聚合物驱时岩样两端的压差远高于甘油驱时岩样两端的压差。这是由于聚合物溶液是粘弹性流体,不仅增加了驱替相的粘度,降低油水粘度比,而且由于聚合物在岩石中的滞留,引起了水相渗透率的下降,因而残余阻力系数>,l使油水流度比进一步降低。而甘油是粘性流体,只能通过增加水相粘度,使油水流度比下降。所以,尽管两者的粘度相同,但驱油效率却不同。而且聚合物驱对甘油驱替不出来的细喉道中的残余油,也有一定的驱替效果。由此可见,聚合物溶液不仅有粘性作用,而且还有部分弹性作用。
(2)、界面粘度使聚合物溶液在多孔介质中的粘滞力增加,是驱替膜状、孤状残余油的主要机理。
由于聚合物溶液与残余油之间的界面粘度远远高于注入水与残余油间的界面粘度值,聚合物溶液粘度的增加,是由于聚合物分子中含有许多亲水基团,这些亲水基团在聚合物分子外形成的“水鞘”,增加了相对移动的内摩擦力。同时,上述基团在水中解离,产生许多带电极性相同的链节,这些链节互相排斥,使聚合物分子线团在水中更加伸展,因而有更好的增粘能力。因此,聚合物溶液在多孔介质内的渗流过程中,其粘度值要比用粘度计测量的视粘度高许多倍。
综上所述,聚合物溶液作用在残余油表面的粘力远远大于水在其上的粘滞力,因此,聚合物能够部分孤岛状残余油和膜状残余油驱走。
(3)、聚合物的粘弹性同样对提高驱油效率有很大帮助。
柔性聚合物分子在应力作用下将产生形变,其弹性又会使其恢复、收缩。因
此,当具有粘弹性的柔性聚合物溶液通过多孔介质时,既存在着剪切流动,也存在着拉伸流动。特别是聚合物分子在流经孔道尺寸变化处时,聚合物分子就受到拉伸而表现出弹性。这种特性使进入盲端孔隙的聚合物溶液,具有与流动方向垂直、指向连通孔道的法向力。正是在上述聚合物溶液粘弹性的作用下,才使得聚合物溶液能够进入盲端中驱油。
由此可见,聚合物驱油技术,既能扩大波及系数,也能提高驱油效率,在开采特高含水油层中能很好的形成油墙,大幅度增加产油量,提高原油采收率。
3、常见驱油聚合物
[1]、聚丙烯酰胺
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，工业上凡含有50﹪以上的AM单体的聚合物都泛称为聚丙烯酰胺。
聚丙烯酰胺是一种线型水溶性高分子化合物，相对分子质量高（105~107），水溶性好，是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。1893年有Mourell 用丙烯酰氯与氨在低温下反应制得，1954年首先在美国实现商业化生产，用于铀矿工业，从铀盐水溶液中除去微小杂质。20世纪60年代初开始生产聚丙烯酰胺，主要用于净化电解用的食盐水，当时生产规模很小，直到1979年，由于石油开采工业的需要，其产量才大幅度增长，在石油开采的钻井、固井、完井、修井、压裂、酸化、注水、堵水调剖、三次采油作业过程中，都要用到聚丙烯酰胺，特别是钻井、堵水调剖、三次采油领域应用更为广泛。
[2]、黄胞胶
黄胞胶是一种由假黄单孢菌属发酵产生的单孢多糖，是一种性能优良的水溶性多功能生物高分子聚合物。相对分子质量一般在（200~600）×104。1940年美国农业部研究院北部地区研究中心开始从事对黄胞胶的研究，1959年开发成功。1960年首先由美国Merck和Kelco分部进行小规模生产，1961年正式商业化生产，是微生物多糖中用途最广，最先生产的品种。黄胞胶自1961年由美国Kelco公司投入工业化生产以来发展迅速。
黄胞胶的溶胶分子能形成超结合带状的螺旋共聚体，构成脆弱的、类似胶的网状结构，以致能支持固体颗粒，液滴和气泡的形态，具有良好的曾粘性、假塑性、颗粒稳定性。对人、畜均无毒，可以食用，被广泛用于食品、医药、石油开
