聚合物驅(qū)油提高采收率的研究

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1、聚合物驅(qū)油室內(nèi)實驗研究與認識一、聚合物干粉理化性能指標圖3-1-1分子結(jié)構(gòu)圖油田上使用的聚合物可以分為兩大類，即天然和人工合成聚合物。天然聚合物使用最多的是黃胞膠（Xanthangum），它是有機體在碳水化合物上產(chǎn)生微生物作用而生成的生物聚合物。人工合成聚合物主要是部分水解聚丙烯酰胺（PHPAM），它由丙烯酰胺單體經(jīng)聚合和水解反應(yīng)得到。黃胞膠和部分水解聚丙烯酰胺都可以達到較高的分子質(zhì)量，但它們的分子結(jié)構(gòu)卻完全不同（分子結(jié)構(gòu)見圖3-1-1），部分水解聚丙烯酰胺的分子結(jié)構(gòu)特點使其分子具有柔曲性，而黃胞膠的分子結(jié)構(gòu)卻使其具有半剛性或剛

2、性，由此導致它們的水溶液存在一些差別。在油田化學驅(qū)油實踐中，由于生物聚合物的性質(zhì)弱點，如對微生物較為敏感等，使得礦場更多地選擇部分水解聚丙烯酰胺作為聚合物驅(qū)的增稠劑。結(jié)合聚合物內(nèi)在特性和油田實際應(yīng)用情況，大慶油田在2000版企業(yè)標準中對陰離子型部分水解聚丙烯酰胺提出了明確統(tǒng)一的性能指標要求，即粉狀驅(qū)油用陰離子型聚丙烯酰胺的技術(shù)要求應(yīng)符合表（3-1-1）的規(guī)定?，F(xiàn)對表（3-1-1）中各項指標的物理含義作一簡要介紹：固含量：從聚合物中除去水分等揮發(fā)物后固體物質(zhì)的百分含量。特性粘數(shù)：衡量聚合物對溶液粘度貢獻大小的相對量值。分子量：聚合

3、物中重復單元的式量與聚合度的乘積。水解度：表征聚電解質(zhì)在水溶液中的離解程度的量值。粒度：聚合物中不同顆粒大小的粉末在試樣總量中所占的百分比。粘度：衡量聚合物溶液流動阻力的量值。過濾因子：衡量聚合物溶液均一性的經(jīng)驗常數(shù)。篩網(wǎng)系數(shù)：是表征聚合物溶液粘彈性的經(jīng)驗常數(shù)。殘余單體：未參加聚合反應(yīng)的單體在聚合物中的重量百分含量。水不溶物：聚合物中各種雜質(zhì)及助劑不溶部分的重量百分含量。溶解速度：定量聚合物在定量的溶液中溶解所需的時間。表（3-1-1）粉狀驅(qū)油用聚丙烯酰胺的技術(shù)要求序號產(chǎn)品系列(粘均分子量，M)指標項目9.5≤M<12(×106

4、)12≤M<16(×106)16≤M<19(×106)19≤M≤22(×106)1外觀白色粉末2粘均分子量(×106)≥9.5≥12≥16≥193特性粘數(shù)，dL/g≥15≥17.5≥21.2≥23.74固含量，%≥885水解度，mol%23—276過濾因子≤1.5/7篩網(wǎng)系數(shù)≥15≥20≥24≥288水不溶物，%≤0.29粘度，mPa.s≥31≥40≥45≥5010溶解速度，h≤211殘余單體，%≤0.05≤0.112粒度，%≥1.0mm≤5≤0.20mm≤5一、聚合物驅(qū)微觀驅(qū)油機理傳統(tǒng)的聚合物驅(qū)油理論認為，聚合物驅(qū)只是通過增加

5、注入水的粘度，降低水油流度比，擴大注入水在油層中的波及體積提高原油采收率，聚合物驅(qū)并不能增加油藏巖石的微觀驅(qū)油效率，并認為聚合物驅(qū)后殘留于孔隙介質(zhì)中的油的體積與水驅(qū)之后相同。經(jīng)過幾年的室內(nèi)實驗研究發(fā)現(xiàn)，聚合物驅(qū)不僅能夠擴大波及體積，而且能夠提高驅(qū)油效率。1、微觀驅(qū)油機理（1）水油流度比降低，是聚合物驅(qū)替簇狀殘余油的主要原因之一由于聚合物是水溶性高分子，分子中含有許多親水基團，這些親水基團在聚合物分子外形成的“水鞘”，增加了相對移動的內(nèi)摩擦力。同時，上述基團在水中解離，產(chǎn)生許多帶電符號相同的鏈節(jié)，這些鏈節(jié)互相排斥，使聚合物分子線團

6、在水中更加舒展，因而聚合物有很強的增粘能力。聚合物驅(qū)不僅只是增加了驅(qū)替相的粘度，降低油水粘度比，而且由于聚合物大分子特性，在巖石中產(chǎn)生滯留，增加了驅(qū)替相流體在孔隙介質(zhì)中的流動阻力，引起了水相滲透率的下降，使油水流度比進一步降低。由于聚合物驅(qū)明顯降低了水油流度比，減少了水的指進，提高了微觀波及系數(shù)，從而將水驅(qū)后的簇狀殘余油驅(qū)替出來。（2）聚合物溶液剪切應(yīng)力的增加,是驅(qū)替孤島狀、膜狀殘余油的機理動態(tài)跟蹤聚合物驅(qū)油實驗表明，聚合物溶液可通過拉絲的方式逐漸剝離孤島狀殘余油（圖3-1-2）及膜狀殘余油，直至全部攜動或推走。在此驅(qū)油過程中，

7、驅(qū)替相作用在油相上的剪切應(yīng)力可用下式表示：τ＝dv/dz·μr　(3-1-1)圖3-1-2聚合物驅(qū)替孤島狀殘余油的過程式中：τ—驅(qū)替相作用在油相上的剪切應(yīng)力；dv/dz——兩相流體間的界面速度梯度；μr——驅(qū)替相在油相表面處的粘度。由于聚合物溶液是非牛頓粘彈性流體，在巖石孔道中的流場分布與水截然不同（如圖3-1-3所示）。圖3-1-3水與聚合物溶液在管道中的流場分布示意圖圖3-1-4毛細管中聚合物溶液與水的速度分布圖在半徑為90μm單管微觀模型中分別進行了聚合物溶液和注入水在毛細管中的速度分布測定。實驗是用濃度為1500mg/L

8、的聚合物溶液和濃度1000mg/L鹽水，兩種液體中加入密度接近于1、粒徑為2μm的標準不溶高分子球形微粒，在同一模型上進行的。在平均流速為4.0×10-5m/s的條件下，測得的水與聚合物溶液的流動速度剖面如圖（3-1-4）所示。從圖可以看出，聚合物溶液的前緣速度