油田用聚合物驱油剂相关知识

油水粘度差： • 在水驱油过程中，由于油水粘度的差别，在同 一孔道流动时，对油的阻力就大，对水的阻力 就小，水就会超越到油的前面，产生窜流，从 而加剧了由于油层非均质性所造成的水驱油的 不均匀状况。 • 原油的粘度一般比水高。水驱油时，注入水总 倾向于沿高渗透层段进入油层，形成许多死油 区，所以波及系数不高。
缠绕+亲水基团的溶剂化+离子型聚合物的解离
2、降低渗透率机理
聚合物可通过减小水的有效渗透率，降低水油流度比，从而提高波及系数。 聚合物之所以能减小水的有效渗透率，主要由于它可在岩石孔隙结构中产生滞 留。 （1）吸附 吸附是指聚合物分子通过色散力、氢键或其他作用力在岩石表面所产生的浓 集。 （2）捕集 聚合物分子在水中所形成的无规线团的半径虽小于喉道的半径，但是它们可
聚合物驱介绍
● 聚合物驱( Polymer Flooding )
聚合物驱以聚合物水溶液为驱油剂的驱油法。 也称为： 聚合物溶液驱 聚合物强化水驱 稠化水驱 增粘水驱
● 聚合物驱( Polymer Flooding )
•
聚合物是一大类高分子物质的总称。用于提高原油 采收率的聚合物，包括黄原胶(生物聚合物)、水解聚丙 烯酰胺、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、羟乙基纤维素 、硬葡萄糖等。 • 聚合物驱油以其成本低廉、能够大幅度提高采油速 度与开采效益、注入工艺简单等多项优势而得到重视 和应用。
kp
p
阻力系数反映了聚合物降低驱动介质流度的能力， 它的数值总大于1。
3、残余阻力系数
残余阻力系数是指聚合物溶液通过岩心前后的盐水渗透率比值，即
FRR
K wi K wn
残余阻力系数反映了聚合物降低孔隙介质渗透率的能力，它的数 值总大于1。
表1 聚合物的阻力系数
表2 聚合物的残余阻力系数
阻力系数总是大于残余阻力系数
一、基本概念
1、石油采收率
石油采收率是一个油田油藏地质、流体物性和相应开采 措施的综合指标，它是采出油量与地质（原油）储量的比值， 该比值取决于驱油剂在油藏中波及到的孔隙体积分数和驱油 剂在储油孔隙中驱出原油的体积分数
采收率可以表示为：
Vsw So Vsw Sor Vsw So Sor ER EV ED VS o V So
聚驱后簇状残余油
图5 水驱和聚驱后簇状残余油
驱油剂波及到的地方所含的油也不能完全被冲洗下来， 主要有以下两个因素： 油层的润湿性。当驱油剂是水时，水可以较好地将亲
水油层冲洗下来。即使对亲水油层，冲洗下来的油还常
常由于毛细管的液阻效应而滞留在油层采不出来。 对于亲油油层，水就不能将亲油油层中的油冲洗下来 。 由于油层岩石的孔隙面积很大，这就意味着留在油 层的油就很多。 可见，即使驱油剂波及到的油层，由于储岩表面的 润湿性和毛细管的液阻效应的存在，油也不一定能采 出来。因而有一个洗油效率的问题。
M=1时，降低M，对于平面波及系数的影响较小；增加M，
图1 五点法注采单元流度比对波及
状况的影响
对平面波及系数的影响很大 随着注入体积（PV）和含水率的增加，波及系数也增加
结论 降低M的措施：
波及系数随水油流度比的增大而减小。
增大μ w；减小μ o；增大Kro；降低Krw。
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聚合物驱有更高的平面波及效率－提高原油采收率
（5）调剖作用：聚合物的注入可以改善水油的流度比，控制了注入液
在高渗透层的前进速度，减少了指进，使注入液在高、低渗透层中以 较均匀的速度向前推进，改善了非均质层中的吸水剖面，提高了注入 液的波及体积和驱油效率。
2、阻力系数 --水的流度对聚合物溶液流度的比值，即
w kw FR p w
● 聚合物驱( Polymer Flooding )
• 聚合物驱的主要机理： （1）提高注入水的粘度，降低油水粘度差，改善油水之间的流度比，减 少驱替相在油层驱替过程中的指进、舌进等不利影响。
（2）聚合物水溶液还可以降低水的渗透率，而对油的渗透率保持不变， 这有利于降低含水，提高注入液的驱油效果。 （3）聚合物溶液通过地层后，聚合物分子在岩石表面上适度吸附，对后 继的注入水形成一种残余阻力，又可促使注入水改变流动路线。提高 注入水的波及体积，提高采收率，缩短开发周期。 另外，有的研究者提出，聚合物溶液具有粘弹性，可在一定程度上 提高驱油效率，这是聚合物溶液驱油新机理。
岩石的润湿性： • 由于油层岩石矿物组分不同，润湿性也不一样。在水驱油过程中 孔道的不同部位油膜被剥落的程度也不同，造成水驱油过程中的 不均匀性。 毛细管压力： • 在油层中，毛细管压力影响孔道中油水的流动。当岩石表面具有 亲水性质时，在毛细管力的作用下，使水自发地推动石油在微细 孔道中前进；当岩石表面具有亲油憎水性质时，毛细管力就阻止 水进入孔道，使石油不易被水驱走。由于岩石中孔道大小和表面 性质不均匀，水驱油过程中各孔道进水和水洗驱油的程度不同， 残余油的多少也不一样。
Vsw EV V
Vsw－驱油剂的驱替体积； V－油藏总体积； Ev－体积波及系数；
影响因素： 流度比、岩石的宏观非均质性、注采井网对非均
质性的适应程度等
（1）流度比 指注入驱油剂的流度与被驱原油的流度之比。 流度 ：流体的渗透率
K
与其粘度 之比。
＝
水油流度比：
K

岩石允许流体 通过的能力
通过架桥而滞留在喉道外。这种滞留叫捕集。
吸附和捕集－减小水的KrW－降低MWO－提高EV
图6 聚合物分子在吼道外的捕集
聚合物分子可通过架桥而滞留在喉道处－降低KrW
3、粘弹性体系的微观驱油机理
提高微观驱油效率
● 聚合物溶液的粘弹性有利于驱替油藏孔隙滞留区内的残余油
●聚合物溶液的弹性效应有利于驱替孔喉残余油滴
二、 聚合物驱的主要机理
1、增粘机理 2、降低渗透率机理 3、粘弹性体系的微观驱油机理
1、增粘机理
聚合物可通过增加水的粘度，降低水油流度比，从而提 高波及系数。聚合物之所以能增加水的粘度，主要由于： ※水中聚合物分子互相纠缠形成结构； ※聚合物链节中亲水基团在水中溶剂化； ※若为离子型聚合物则其在水中解离，产生许多带电符号 相同的链节，使聚合物分子在水中所形成的无规线团更松散， 因而有更好的增粘能力。
阻力系数总大于残余阻力系数，这是由于阻力系数既
与聚合物的增粘作用有关，也与聚合物通过滞留而使孔隙
介质降低渗透率有关，而残余阻力系数则只与聚合物通过 滞留而使孔隙介质降低渗透率有关。
w kw FR p w
kp
p
FRR
K wi K wn
阻力系数-与增粘作用和降低渗透率有关； 残余阻力系数-只与减低渗透率有关。
图4 聚合物驱时水在层间的窜流效应
聚合物溶液在低渗透层的流度λ小于在高渗透层中的λ，故在随后的水驱中， 水可在高、低渗透层之间窜流，提高了水的波及系数。
●聚合物驱扩大波及体积
聚合物增大了体系粘度，同时由于聚合物分子在多孔介质
中的滞留引起渗透率下降，有效降低了流度比，进而增大了波
及体积
水驱后簇状残余油
●聚合物溶液的弹性效应有利于扩大微观波及体积 ●聚合物溶液有利于提高对壁面油膜的驱替
☆驱替孔隙滞留区中残余油
☆驱替孔隙壁面油膜
驱替孔隙滞留区中残余油
微观死油区——孔隙盲端
驱替孔隙滞留区中残余油
微观死油区——扩/缩凹角
孔隙扩/缩凹角 残余油驱替模型
孔隙盲端、喉道 残余油驱替模型
粘弹性流动驱替机理 水驱条件下滞留区内的残余油被粘弹涡携带至主流区，成为可 驱动油。
溶液推出来的，而是被拉出来的。
驱替孔隙滞留区中残余油
——取决于流体在盲端、孔喉中的流动特性
(a) Re=5×10-5
We=0
(b) Re=5×10-5
许多学者认为，聚合物溶液在多孔介质中的粘弹效应引
起了驱油剂粘度的大幅度增加，进一步改善了驱替前缘的流
度比，因而当驱油剂流量增加时，采油速度迅速上升。 用聚合物溶液驱替后，所有类型的残余油均减少，减少 量取决于驱替液的粘弹性。聚合物溶液在驱替不同类型残余 油时，表现出很强的“拉、拽”作用。残余油不是被聚合物
采收率是注入驱油剂的体积波及系数与驱油效率的乘积
提高采收率的方向
第一，通过增加流体的粘度、降低流度比以提高波及
系数；
第二，通过改变岩石的润湿性、减少毛细管的液阻效 应、减小界面张力或者消除工作剂与原油间的界面效 应以提高驱油效率。
1.1 波及系数 所谓波及系数是指驱油剂所波及（驱替）到的油层体 积与整个含油（油藏）体积的比值。
图2 水驱与聚合物驱的平面波及效率 降低了水油的流度比－提高了波及系数－提高了采收率
影响平面波及系数（EA）的主要因素
油藏的特性（油层连通程度、断层、油藏边界、 油层的非均质性等）、井网和井距对平面波及系数的
影响都很大。当钻井结束后（包括加密井后），这些
因素就已经确定，此时平面波及系数主要受驱替液和 被驱替液的流度比（M）、注入PV、注入方式（包括 注入强度、注入是否连续）等因素的影响
驱动液（水）流度 w K rw Sor o M 被驱动液（油）流度 o K ro S wc w
M<1：油水接触面稳定，有较规则的流动前 缘，驱替是在有利的情况下进行，驱替剂的 平面波及效率高，见水波及系数可达70％左 右； M>2：油水接触面不稳定，驱替在不利的 情况下进行，出现明显的粘滞指进现象， 波及系数降低。
（2）油层岩石宏观非均质的影响
实际油层是在水流冲刷过程中沉积形成的
顺水流方向与垂直水流方向的渗透率必然有差异 流体沿渗透率好的方向流动快 形成不轨则驱动前缘 注采井网安排不当 油井会过早水淹，油藏留下一些“死油区”
油层结构的非均质性： • 油和水都是在油层岩石颗粒之间的细小孔道（孔隙、 裂缝）内运动的。这些孔道大小不一，纵横交错，变 化万千，这就是油层结构的非均质性。 • 水（驱油剂）驱动石油在这些孔道中流动时，由于孔 道大小不同，所遇到的阻力也不一样，使得水在不同 的孔道中驱油时的流动速度不同。
降低了水油的流度比－有更高的纵向波及效率
－提高了采收率
图3水驱与聚合物驱的纵向波及效率 k2>k3>k1 降低了水油的流度比－提高了波及系数－提高了采收率
影响垂直波及系数（EV）的主要因素
实验和理论计算结果表明:
变异系数越大，垂直波及系数越小 重力分离越严重，垂直波及系数越小 注入速度越慢，垂直波及系数越小 含水越高，注入PV越多，垂直波及系数越大 残余阻力系数R越大，垂直波及系数越大
（2）粘滞作用：聚合物的粘弹性加强了水相对残余 油的粘滞作用，在聚合物溶液的携带下，残余油会 重新流动，从而被夹带而出。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
（3）增加驱动压差：提高了岩石内部的驱动压差，使注入液可以克服 小孔道产生的毛细管压力，进入细小的孔道中，从而把原油驱替出来。 （4）绕流作用：聚合物进入高渗透层后，增加了水相的渗透阻力，产 生了由高渗透层指向低透层的压差，使注入液发生绕流，进入到中、 低渗透层中，扩大了水驱的波及体积，提高了原油的采收率。
残余油的分布状况及数量直接与岩石的润湿性、界 面张力、岩石的微观结构等有关。
聚合物提高驱油效率主要是通过吸附作用、粘滞 作用和增加驱动压差来实现的；扩大波及体积主要 是通过绕流作用和调剖作用来实现的。 （1）吸附作用：聚合物可以大量的吸附在岩石的孔 壁上，降低了水相的流动阻力，而对油相并无多大 影响，在相同的含油饱和度下，油相的相对渗透率 比水驱时有所提高，使得部分残余油重新流动，被 驱替出来。
其中：
波及系数：指 驱油剂驱到的
Vsw EV V
V－油藏总体积；
Ev－体积波及系数；
S o S or ED So
洗油效率：指在波及范围 内驱替出的原油体积与驱 油剂的波及体积之比
体积与油藏总
体积之比
Vsw－驱油剂的驱替体积；
So－原始含油饱和度； Sor－残余油饱源自文库度； ED－洗油效率。
1.2 洗油（驱油）效率 所谓洗油效率是指在波及范围内驱替 出的原油体积与驱油剂的波及体积之比
影响因素：
岩石性质及其微观结构和流体性质
水驱油藏残余油的分布： 亲水岩藏： 大多以珠状形式被捕集在流通孔道中。
亲油岩藏：
存在于注入水未进入的较小的流通孔道中，
而在充满水的大孔隙中，残余油呈膜状粘附 在孔壁上。