聚合物驱油技术应用研究

聚合物驱油技术应用研究

摘要：但随着油田的开采，尤其是高含水开采阶段，经济、技术指标都将变差。聚合物驱已是国内外公认的能够提高原油采收率的油田开发技术，在国内外都进行了大量试验研究。本文介绍了聚合物乳液的流变特性与粘弹性，并分析了聚合物驱油的宏观、微观机理以及所受的影响因素，对聚合物驱油技术的发展有一定参考价值。

关键词：聚合物驱油机理影响

一、引言

石油是国家经济发展的重要经济命脉。但随着油田的开采，尤其是高含水开采阶段，无论是经济指标，还是技术指标，都将变差。油井含水增加，产量下降，基本建设投资增加，成本增大。如何经济有效地开采水驱开发后残留在地层中60-70%的剩余油，已成为世界各国油藏工程专家努力攻关的课题。

聚合物驱技术是化学驱中比较可行的一种提高采收率的技术。目前在油田已开始大规模工业化应用。聚合物驱提高采收率主要靠增加驱替液粘度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积。在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。水驱的采收率一般为40%左右，通常聚合物驱采收率为50%左右，比水驱提高10%。

二、聚合物乳液的流变特性与粘弹性

1、流变特性

传统的驱油机理认为，聚合物的粘性特性是提高驱油效率的主要原因。在聚合物驱油过程中，聚合物溶液的流变特性不仅直接影响其驱油效果，而且影响其渗流特性。无论是对聚合物驱油效果的评价，还是对油井产能的预测，都必须首先研究聚合物溶液在渗流过程中的流变特性。聚合物流变性是指其在流动过程中发生变形的性质，主要体现在有外力场作用时，溶液粘度与流速或压差之间的变化关系。高分子的形态变化导致了聚合物溶液宏观性质的变化。

聚合物溶液通常具有高粘性，这是它的主要特征之一。产生高粘性的原因有：

1）聚合物的分子所占体积较大，阻碍了介质的自由移动；

2）大分子的溶剂化作用，束缚了大量的“自由”液体。大分子链在溶液中呈规则松散线团状存在，线团内充满溶剂，大分子又具有很厚的溶剂化膜，致使水动力学体积庞大，流动阻力大；

3）大分子间的相互作用。当聚合物溶液达到一定质量浓度后，由于分子链很长及分子间的作用力，使分子间发生缔合或相互缠结形成一定的拟网状结构，因而溶液的流动阻力增大。

2.粘弹特性

典型的粘性体服从牛顿流体定律，典型的弹性体服从虎克定律。粘弹性流体与粘性流体主要区别：（1）粘弹性流体可以“拉动”其后面的流体；粘性流体只能“推”，不能拉。（2）去掉外力后，弹性体可以全部恢复其形状；粘弹性流体可以部分恢复；粘性流体不

能恢复。（3）在外力作用下，流体会产生与外力方向相同的变形（或位移）；弹性体和粘弹性流体除产生上述与外力同方向的变形（或位移）外，还会产生一个与外力方向相垂直的力，即法向力，使粘弹性流体各方向上的应力不相等，产生法向应力差。拉伸时，与拉伸方向（主应力）相垂直的应力小于主应力。流体运动时的流体方向就相当于拉伸方向。根据水力学的原理，粘性流体各方向上的应力相等，因此不会产生法向应力差。

聚合物不但能构扩大波及体积，而且还能够提高微观洗油效率，从而驱动不同类型的残余油提高采收率。在聚合物驱油过程中，扩大波及体积和弹性对提高驱油效率的作用大约应各占50%。而在多数矿场聚合物驱方案设计时着重考虑了聚合物溶液的粘性，而忽略了弹性对提高聚合物驱油效率的作用，因此，为提高化学驱的采收率，除了考虑聚合物的粘性作用外。

三、聚合物驱油机理及影响因素

宏观方面，聚合物是一种将少量该物质加入水中就极大能增加注入水粘度的物质。聚合物驱主要是利用聚合物增加注入水粘度，降低油水流度比，提高波及系数。首先，改善了流度比，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，粘度也越大。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。

其次，抑制注入液突进、扩大面积波及效果。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，从而沿主流线方向，聚合物驱的流体流速相对水驱减弱。在主流线两翼方位上，尽管也有聚合物溶液的影响，但浓度相对较低，影响较小，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，且更加偏向两翼方向。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。

再次，调整吸水剖面。对于成层非均质油层，由于层间渗透率差异太大，防止水的舌进要采用调剖技术，向油层注入高浓度小段塞聚合物溶液。因高渗层的分配比大，吸水指数大，聚合物溶液首先进入高渗透层，随着溶液在高渗层的推进，高渗透层的流动阻抗增加，若在聚合物段塞之后注水，将迫使水进入低渗层，有效地推进低渗层的油水前缘，从而扩大波及范围。

微观驱油方面，首先残余阻力存在、水油流度比降低，使聚合物能够驱替簇状残余油。聚合物驱，增加了驱替相的粘度，降低水油流度比，而且由于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，引起了水相渗透率的下降，使油水流度比进一步降低，从而提高了微观波及系数，将水驱后的簇状残余油驱替出来。

其次，剪切应力的增加，使聚合物能够驱替孤岛状、膜状残余

油。当聚合物溶液和注入水分别流过孤岛状、膜状残余油表面时，聚合物溶液作用在残余油上的剪切应力将远远大于水在其上的剪

切应力，所以，聚合物能够将部分孤岛状残余油和膜状残余油驱走。

再次，粘弹性的存在，使聚合物能够驱替盲状残余油。柔性聚合物分子在应力作用下将产生变形，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孔隙介质时，既存在着剪切流动，也存在着拉伸流动。这两个作用在盲状残余油上的力，使得聚合物溶液能够进入盲端中驱油。

聚合物驱油过程也受到诸多因素的影响：

（1）聚合物相对分子质量对驱油效果的影响。在浓度相同及地层注入能力允许的条件下，较高相对分子质量的聚合物溶液具有较高的粘弹性，驱油效果较好。

（2）聚合物溶液粘度对驱油效果的影响。聚合物溶液的粘度对于其驱油效果有很大影响，它是聚合物溶液改善流度比、扩大波及体积的主要参数。一般情况下，如果聚合物类型相同，聚合物溶液浓度越高，则其粘度越大，驱油效果越好；如果聚合物类型不同，当聚合物具有相同的粘度时，驱油效果相近。

（3）聚合物用量对驱油效果的影响。一般情况下，聚合物用量越大驱油效果越好。但是，随着聚合物用量的增加，吨聚合物的增油量下降，使得经济效益降低。因此，驱油过程中应根据实际条件选择最佳的聚合物用量。

（4）聚合物剪切降解作用对驱油效果的影响。聚合物溶液流经