聚合物驱油机理

1、聚合物溶液的流度控制作用

聚合物溶液的流度控制作用是聚合物驱油的重要机理之一，对于均质油层，在通常水驱油条件下，由于注入水的粘度往往低于原油粘度，驱油过程中油水流度比不合理，导致采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于极限驱油效率。向油层注入聚合物的结果，可使驱油过程中的油水流度比大大改善，从而延缓了采出液中的含水上升速度，使实际驱油效率更接近极限驱油效率，甚至达到极限驱油效率。 在水驱油条件下，水突破油层后采出液中油的分流量为：

该式经简化得出：

μo

KKro

μw KKrw μo KKro

λo λw λo fo +=

+=Kro

Krw w o fo •+=

μμ11

不同油、水粘度比时采出液含水率随水饱和度变化关系曲线

5060

70

80

90

100

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

含水饱和度，Sw

含水率，%

2、聚合物溶液的调剖作用

调整吸水剖面，扩大波及体积，是聚合物提高采收率的另一项重要机理。因为在聚合物的调剖作用下，油层水淹体积的扩大，将在油层的未见水层段中采出无水原油。这就是说，油层水淹孔隙体积扩大多少，采出油的体积也就增加多少。

聚合物的调剖作用只有在油层剖面上存在渗透率的非均质状态时才能发生。对于这类油层，在通常水驱条件下往往发生注入水沿不同渗透率层段推进不均匀现象。高渗透率层段注入水推进快，低渗透率层段注入水推进慢。加上注入水的粘度往往低于原油粘度，水驱油过程中高流度流体取代低流度流体的结果，导致注入水推进不均匀的程度加剧，甚至在很多情况下会出现高渗透率层段早巳被注入水所突破，而低渗透率层段注入水推进距离仍然很小的情况，致使低渗透率层段原油不能得到有效的开采。

在不考虑重力影响的前提下，我们可以给出高渗透率层段水突破之前任一注水阶段时两层段间吸水量之比：

K1＞K2

22112

122221

1112121Kro Krw w

o

Kro Krw w o

K K o

Kro K w Krw K o Kro K w Krw K q q ++•=++

==μμμμμμμμλλ

3、聚合物溶液微观驱油机理

传统的聚合物驱油理论认为，聚合物驱只是通过增加注入水的粘度，降低水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积提高原油采收率，聚合物驱并不能增加油藏岩石的微观驱油效率，并认为聚合物驱后残留于孔隙介质中的油的体积与水驱之后相同。经过几年的室内实验研究发现，聚合物驱不仅能够扩大波及体积，而且能够提高驱油效率。

我们知道水驱开采时，由于油层的非均质性，注入水往往波及不到相对渗透率较低的油层部位，成为未波及水驱的剩余油；在注入水波及到的油层，由于岩石表面润湿性和毛细管液阻效应的存在，水驱后还存在着大量的残余油。这些残余油以簇状、柱状、孤岛状、膜（环）状、盲状的形态滞留在孔隙介质中。那么，聚合物驱能否把这些残余油驱动呢？研究表明：聚合物溶液存在着粘弹性，在水驱过程中，表现了三种粘度，即本体粘度、界面粘度、拉伸粘度。在这三种粘度的共同作用下，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，是驱替水驱未波及剩余油和簇状残余油的主要原因。

聚合物溶液本体粘度的增高，加上其弹性作用，改善了水油流度比和水驱前缘，可以驱替出水驱未波及剩余油和簇状残余油。

水突破前低渗透率层段与高渗透率层段

含水饱和度变化关系曲线

0.20

0.22

0.24

0.260.280.30

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Sw1

S w 2

（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、孤岛状残余油的主要机理：

残余油与流过其表面的驱替液之间的粘滞力可用下式表示：

τ＝dv/dz·μr

式中：

τ——两相流体间的粘滞力；

dv/dz——两相流体的界面速度梯度；

μr——两相流体间的界面粘度。

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。

由于聚合物的加入使油水界面粘度显著增加。

聚合物溶液在毛细管管壁附近的速度梯度远远大于水在其上的速度梯度。

由于聚合物溶液是非牛顿粘弹性流体，在岩石孔道中的流场分布与水截然不同，在相同平均流速下，聚合物溶液与油的界面速度远远大于水与油界面的速度。

（3） 拉伸粘度使聚合物溶液存在粘弹性，是驱替盲状残余油的主要原因。 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。

V X

P

V X 油

油

V W 边<< V P 边dV W 边

dV P 边

dY dY

<<

V W = V P

图5-17 水与聚合物溶液在管道中的流场分布示意图

W

Y