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(shí)驗(yàn)研究與認(rèn)識(shí)一、聚合物干粉理化性能指標(biāo)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(jī)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(dá)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(diǎn)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(dǎo)致它們的水溶液存在一些差別。在油田化學(xué)驅(qū)油實(shí)踐中，由于生物聚合物的性質(zhì)弱點(diǎn)，如對(duì)微生物較為敏感等，使得礦場(chǎng)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(shí)際應(yīng)用情況，大慶油田在2000版企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(biāo)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(duì)表（3-1-1）中各項(xiàng)指標(biāo)的物理含義作一簡(jiǎn)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(duì)溶液粘度貢獻(xiàn)大小的相對(duì)量值。分子量：聚合

3、物中重復(fù)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(dòng)阻力的量值。過濾因子：衡量聚合物溶液均一性的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。篩網(wǎng)系數(shù)：是表征聚合物溶液粘彈性的經(jīng)驗(yàn)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(shí)間。表（3-1-1）粉狀驅(qū)油用聚丙烯酰胺的技術(shù)要求序號(hào)產(chǎn)品系列(粘均分子量，M)指標(biāo)項(xiàng)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(jī)理傳統(tǒng)的聚合物驅(qū)油理論認(rèn)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(kuò)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(rèn)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(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，聚合物驅(qū)不僅能夠擴(kuò)大波及體積，而且能夠提高驅(qū)油效率。1、微觀驅(qū)油機(jī)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(tuán)，這些親水基團(tuán)在聚合物分子外形成的“水鞘”，增加了相對(duì)移動(dòng)的內(nèi)摩擦力。同時(shí)，上述基團(tuán)在水中解離，產(chǎn)生許多帶電符號(hào)相同的鏈節(jié)，這些鏈節(jié)互相排斥，使聚合物分子線團(tuán)

6、在水中更加舒展，因而聚合物有很強(qiáng)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(dòng)阻力，引起了水相滲透率的下降，使油水流度比進(jìn)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(jìn)，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(jī)理動(dòng)態(tài)跟蹤聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(chǎng)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(chǎng)分布示意圖圖3-1-4毛細(xì)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(jìn)行了聚合物溶液和注入水在毛細(xì)管中的速度分布測(cè)定。實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)不溶高分子球形微粒，在同一模型上進(jìn)行的。在平均流速為4.0×10-5m/s的條件下，測(cè)得的水與聚合物溶液的流動(dòng)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