【采油PPT课件】聚合物驱油基础知识

60
0
200
400
600
800
1000
1200
聚合物用量（PV.mg/L）
喇南一区中心井含水与聚合物用量关系
40
产 油
30 (104t)
年产油 比例 累积产油
33.8
26.74 24.4
31.15
33.07
34.50
40
年 产 油 比 30 例
（％）
20
10 2.38
0 0
19.3 18.33
11.67 8.42
喇南一区油层注聚前后流度变化
试验 区块
一区葡 I1-2
流动 系数
872
注聚前
吸水厚 流度 度(m) (k/μ)
14.8 58.7
流动 系数
注聚后
吸水厚 度（m）
流度 (k/μ)
k/μ下 降幅度 （%）
144
14.8
9.7
82.2
油井生产压差放大，产液指数下降
生产
10.0 8.0
6.07
6.75
7.08
压差
6.0 4.0 3
3.77 3
生产压差放大4.26MPa
2.0 0
150
300
450
600
750
产液 指数
4.0 3.5 3.37 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
0
3.76 2.6
150
产液指数下降幅 度62.7%
1.49
1.38
1.4
300
450
600

喇南一区生产压差、产液指数变化曲线
粘7 度
6
5
4
3 20
30
40
50
温度对粘度的影响
60 温度0C
第二节 聚合物的驱油机理
聚合物通过增加注入水的粘度和降低油层 水相渗透率，而改善水油流比，调整注入剖 面，扩大波及体积，进而提高采收率。
聚合物的驱油机理主要体现在两方面：
即扩大波及和提高驱油效率
在扩大波及体积方面，聚合物起到两方面的作用： 绕流作用：通过增加水相的渗流阻力，产生高渗透层向
20
9.75 4.47
4.47
14.22
6.74
0
1
2
3
11.84
10
2.94
4
2.54 0.63
5
0.3 1.21 0
6
时间（年）
一区中心井年增油量柱状图
4、采出液中聚合物浓度逐渐增加
聚合物在突破后，采出液的聚合物浓度会逐渐 上升。一般可分为四个阶段：初见阶段；低含量阶 段，聚合物浓度在200mg/L以下；中含量阶段， 聚合物浓度在200-400mg/L之间；高含量阶段， 聚合物浓度在400mg/L以上。在采出液聚合物浓 度的中低含量阶段，通常聚驱效果达到最佳期。
下降，并且多价阳离子降
4
NaCl
粘作用更强。由于HPAM
2
分子形态的改变，也改变
CaCl2
了流变曲线的形态。显然
0
HPAM的盐敏性与水解度 有关，水解度愈高盐敏性 愈大。
0
0.04 0.08
0.12 0.16 0.20
盐浓度
矿化度对粘度的影响
5.pH值的影响
pH值增大有利于平衡向右移动，从而使 HPAM分
100
综 合 90 含 水
80
（%）
70
60
50
40
30 0
喇南一区 喇北东块
低含量阶段
中含量阶段
高含量阶段
1200
采 出 1000 液 浓 度
低渗透层的压差，使注入液发生绕流，进入到中、低渗 透层中，扩大波及体积；
调剖作用：通过聚合物改善水油流度比，控制注入液在
高渗透层中的推进速度，改善非均质层的吸水剖面。
聚合物的驱油机理主要体现在两方面：
即扩大波及和提高驱油效率 在提高驱油效率方面，聚合物起到三方面的作用：
吸附作用：聚合物大量吸附在孔壁上，降低水相渗透率，
油、碱驱油和三元（表面活性剂—碱—聚合物）复合驱油。
三、驱油用聚合物的分类及特性
1、聚合物的分类 驱油用的聚合物大致可分为两类：天然聚合物和人工 合成聚合物。天然聚合物从自然界中得到，如改进的纤 维素类，有时也从细菌发酵得到，如生物聚合物黄胞胶。 人工合成聚合物是在化工厂中生产的，如目前大量使用 的聚丙烯酰胺（PAM），部分水解聚丙烯酰胺（HPAM） 等。
液粘度增加。
但是，当水解度或阴离
10
子含量达到一定程度后，溶 液粘度增加变得非常缓慢。
1
0
10
20
30
水解度
3.浓度对聚合物溶液粘度的影响
随着浓度的增加，聚合物溶液粘度增加，并且增 加的幅度愈来愈大。
15 粘 度
(mPas)
1000万
10
5
650万
300万
0
200
400 600 800 1000
浓度(mg/L)
聚合物驱油基础知识
第一节 三次采油基本概念及特点
一、二次采油概念及特点 油田开发初期，油藏往往具有较大的能量（天然能量），石 油依靠本身具有的能量驱动，由地下流至地面，这一阶段的开采 方式称一次采油或自喷采油。一次采油的特点是投资较少，技术 简单，利润高，但油田采收率低，采收率一般只有15%～25%。
国内外研究较多并相对成熟，具有良好前景的三 次采油技术，主要有以下三种：
（1）热力采油技术，包括蒸气吞吐、蒸气驱油、热水
驱和火烧油层；
（2）气体混相驱（或非混相驱）采油技术，包括烃类
（液化烃、富气烃、贫气烃）驱油、二氧化碳驱油和惰性 气体（主要是氮气）驱油；
（3）化学驱采油技术，包括聚合物驱油、表面活性剂驱
子带有更多的负电荷，使其分子更趋伸张，其溶液粘
芳增大，反之相反。
另外pH 值太高，
还会引起HPAM进 一步水解。因而 pH 值增加，HPAM溶
4000 粘 度
3000
液的粘度增加，但
2000
增加幅度愈来愈小。 1000 4
6
8
pH
6.温度
聚合物溶液的粘度随着温度的升高而降低，但在降解温 度之前，其粘度是可恢复的，即温度降至原来温度，粘度也 恢复到原来值。
2、驱油用聚合物的物理特性
聚合物的溶解 聚合物的溶解过程要经过两个阶段，先是溶剂分子
渗入聚合物内部，使聚合物体积膨胀，称为溶胀；然后 是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散 体系。因而，矿场上配制聚合物时，要有分散装置，熟 化装置。固体聚合物从投料到加水完全溶解，大约需要 2h时间。
增粘 因为聚合物驱所用的聚合物都是水溶性高分子，它们具有 以下共同特点： （1）都是线型高分子，分子量很大，重复链节很多； （2）链节中都有亲水基团； （3）这些亲水基团在水中都是溶剂化的，使聚合物分子 外有一由溶剂化水所形成的“水鞘”，增加了相对移动时的 内摩擦力； （4）离子型亲水基团在水中解离，产生许多带电符号相 同的链节，这些链节互相排斥，使聚合物分子更加舒展，因 而有更好的增粘能力。
三次采油概念及特点
当二次采油末期油田含水上升到经济极限，再用注水 以外的新技术进行开采，主要是向油层注入化学剂、气 体溶剂或热采等对油层进行第三次开采，提高油田最终 采收率，这就是三次采油，亦称强化开采技术，英文简 称EOR。与二次采油相比较，三次采油的特点是高技术、 高投入、能使油田采收率再提高一个幅度，应用该方法 仍然可以获得较高的经济效益。
1、注聚后注入井注入压力上升，注入能力下降
实践证明，注聚合物后注入压力普遍上升，注聚初期 注入井周围油层渗透率下降较快，导致注入压力上升 快，聚合物用量达到一定量后，近井地带油层对聚合 物的吸附捕集达到平衡，注入压力趋于稳定并上升缓 慢。最高注入压力上升值在2-7MPa。注聚后注入能力 大幅度下降，吸水指数比水驱时下降三分之一左右。
6.66 6.66
1
2
3
20
12.8
4.41 4
10
5.56 1.92
4.15 1.43
0
5
6时间（年）
喇南一区中心井年产油柱状图
50
增 油 量 40
(104t) 30
20
10
0
年增油 比例 累积增油
39.27
27.14
23.9
24.53
24.83
50
年 增 油 40 比 例
(%)
30
18.00
20.96
3、油井含水大幅度下降，产油量明显增加
注聚初期，随着聚合物的注入，油井含水逐 渐上升，产油下降，注入到某一聚合物用量后， 含水达到最高值，油井开始见效，由于区块内 各井组油层发育情况不同，因此单井含水见效 情况不同（一般是完善程度较好的中心井先见 效）。
100 含 水 （%）90
二区
80
70
一区
由于注聚后，注入粘度高，加上油层对聚合物的 吸附捕集，渗透率下降，使渗流阻力增加，油层压 力传导能力变差，油井产液能力下降，产液指数下 降，下降幅度在1/2-2/3，聚驱后期，随聚合物采 出液浓度快速度上升，采液指数开始稳中所回升。
注聚后流动阻力增加，流动能力下降，流动系数 （kh/μ）可以反映流体在油层中的流动能力，从喇南 一区静压资料分析，注聚合物后，油层流动系数都大 幅度下降。
增大。一是随着聚合物水解度或阴离子含量的提高，使整个高分子
所带的电荷量和电荷密度增加，增加了带电基团间和高分子之间的
静电斥力、基团间的斥力，从而使水溶液中的高分子链更趋伸展，
这使溶液中高分子的有效体
积增加，使溶液粘度增加；
二是高分子间的斥力阻碍了 分子间的相对运动，也使溶
1000 表 观 粘 度 100
为了增加油田可采储量，必须增补衰减的油层能量，依靠人 工注入水弥补油藏采出油的亏空体积，以恢复和保持油层能量， 这种以水作为石油的排驱剂的开采方式称为二次采油，也称人工 注水采油法或水驱开发。与一次采油相比，二次采油技术相对复 杂，油田投资费用也较高，但油田生产能力旺盛， 经济效益仍很高，一般人工注水油藏的平均采 收率约为40%～50%，条件好的可达55%～65%。
5.7
6
94.5 7
9
11 95.1 3
5
7
9
11 96.1 3
5
7
9
11
喇南一区注聚后注入压力变化曲线
吸水 指数
2.0
1.9
1.8
1.5 1.3
1.0
0.8 0
吸水指数下降幅 度45%
1.18
1.03
1.31
150
300
1.42
1.45
450
600
750
喇南一区吸水指数变化曲线
2、聚驱后油井流压下降，生产能力大幅度下降
聚合物溶液的流变性： 聚合物的流变性是指其在流动过程中发生形变的性质， 高分子形态的变化导致了聚合物溶液的宏观性质变化，聚 合物溶液是非牛顿流体，其完整的流变曲线如图：
流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、粘弹段和 降解段。
粘度随剪切速率变化与高分子在溶液中的形态结构有关。在很 小的剪切速率下，大分子构象分布不改变，流动对结构没有影响， 聚合物溶液的粘度不随剪切速率而变化，此即牛顿段；当剪切速率 较大时，在剪切应力作用下高分子构象发生了变化，长链分子沿流 动方向取向，这时表观粘度随剪切速率增大而降低。当剪切速率增 加一定程度，分子取向达到极限状态，表观粘度成为常数，即极限 剪切区；当剪切速率再增加时，分子链间产生弹性恢复力，而表现 出粘弹性，使表观粘度增加。当剪切速率增加到足以使高分子链断 裂时，发生了聚合物降解，而使聚合物粘度降低。
1.分子量对聚合物溶液粘度的影响 随着分子量增加，聚合物溶液粘度增大
15 粘 度
(mPas)
10
1000万
5
650万
300万
0
200
400 600 800 1000
浓度(mg/L)
分子量对粘度的影响
2.水解度或阴离子含量对聚合物溶液粘度的影响
有两个原因致使随着水解度或阴离子量的提高，聚合物溶液粘度
3、影响聚合物溶液粘度的各种因素
影响聚合物溶液粘度的因素很多，就聚合物和配制
用水而言主要有：1）聚合物分子量；2）聚合物的水 解度或阴离子含量；3）聚合物溶液的浓度；4）配制 水的矿化度；5）配制水的pH值；6）温度。就聚合物
溶液的配制过程而言主要是降解的影响，这包括：1） 机械降解；2）化学降解；3）生物降解等。
喇南一区葡I1-2油层注聚矿场试验：
14
注
注入压力 聚
（MPa） 10
初 期
9.8 8.8
12.8 11.5 12.1 11.8 11.7 11.9 11.9 12.2 12.3 11 11 11.1 10.4
注聚初期上升了4.1MPa，
最高上升到12.9MPa，与
而后上升速度变缓。
注聚前相比上升了7.2MPa。
油相的相对渗透率有所提高，部分残余油重新流动；
粘滞作用：聚合物的粘弹性加强了水对残余油的粘滞作
用，残余油被挟带而出；
增加驱动压差：聚合物溶液可以克服小孔道产生的毛细
管阻力，进入细小孔道中驱油。
第三节 聚合物驱动态反映特点
矿场试验表明，注聚合物后有以下几点动态反 映：一是注入压力上升，注入能力下降；二是油井 流压下降，生产能力下降；三是含水大幅度下降， 产油量明显增加；四是采出液中聚合物浓度逐渐增 加；五是改善注采剖面，扩大波及体；六是油井油 井先见效，聚合物后突破。
浓度对粘度的影响
4.矿化度
HPAM溶液的粘度随矿化度的变化通常称为盐敏性
由于无机盐中的阳离子比偶极子水有更强的亲电性，因而它们
优先或取代了水分子，与HPAM分链上的羧基形成反离子对，从而
屏蔽了高分子链上的负
电荷，排出了一些束缚水 分了由伸展的构象逐渐趋 于卷曲构象，使分子的有
8
粘 度6
效体积缩小，而溶液粘度