[學(xué)習(xí)]提高石油采收率原理

1、提高采收率技術(shù)綜述,,提高原油采收率方法：化學(xué)驅(qū)油法（聚合物驅(qū)，表面活性劑驅(qū)，堿驅(qū)以及復(fù)合驅(qū)）；混相驅(qū)油法；熱力采油。,提高原油采收率技術(shù)發(fā)展概況,概念:衡量水波及區(qū)微觀水洗油效果的參數(shù)。,,驅(qū)油的基本理論（一）,一 微觀洗油效率 ED,概念:衡量水在油層中的波及程度的參數(shù)。,二 宏觀波及系數(shù) EV,三、 ER與EV及ED的關(guān)系,已知: A, h, φ, Soi , Sor 等,ER=,,產(chǎn)油量,儲量,=,,波及區(qū)產(chǎn)出油,儲量,=

2、,,波及區(qū)原油儲量－波及區(qū)殘余油,儲量,=,,AhφSoi,AshsφSoi－,AshsφSor,=,,Ashs,Ah,(,,Soi－Sor,Soi,）,=EVED,一 、影響ED 的因素,1. 巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu),2. 巖石表面的選擇性潤濕,3. 界 面 張 力,4. 原 油 的 粘 度,r↓ →Pc ↑ →滲流規(guī)律越復(fù)雜→孔隙中殘余油越多,1.微觀孔隙結(jié)構(gòu),親水巖石水驅(qū)油后的殘余油大多以油珠、油絲和小油塊等形態(tài)分布在孔

3、隙的交匯口或較大的孔隙內(nèi)。,2.巖石表面的選擇性潤濕,親油巖石水驅(qū)油后的殘余油大多以油膜形態(tài)分布于巖粒壁面，其次滯留于較小孔隙中，也有油絲形態(tài)的殘余油。,2.巖石表面的選擇性潤濕,中性巖石水驅(qū)油后的殘余油主要是普遍分布于巖粒壁面的油膜。造成這種情況的原因還有待進一步研究。,2.巖石表面的選擇性潤濕,在急變孔隙中， σow越大，使油滴變形通過孔喉的阻力越大；則殘余油越多。,,,,,?os,?ow,?sw,,,,,,,,,,,,3.界面張力

4、,原油粘度越大，則微觀指進現(xiàn)象愈嚴(yán)重。,4.原油粘度,二 、影響Eｖ 的因素,１. 油層的非均質(zhì)性,2. 流 度 比,3. 井 網(wǎng) 的 布 置,4. 注 采 速 度,,,,,k1,k2,k3,k1> k2 > k3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.油層的非均質(zhì)性,2.流度比,三. 井網(wǎng),,,,,,,,,,,,,,,,五點法井網(wǎng)不同注采速度下的波及面積,v1

5、 < v2,4.注采速度,,,三 提高ER的途徑,Ev?,油藏的非均質(zhì)性,平面,,,縱向,流度比,井網(wǎng)布署,注采速度,ED?,,微觀孔隙結(jié)構(gòu),巖石的潤濕性,界面張力,原油的粘度,合理部署井網(wǎng),調(diào)整吸水剖面,降低流度比,合理選擇井網(wǎng),合理注采速度,物理采油法,堿水法、活性劑驅(qū)油法,堿水法、活性劑驅(qū)油法,熱力法、氣體溶劑驅(qū)油,驅(qū)油的基本理論（二）,?w,,,M,,,EV,,,ER,,?o,,M,,,EV

6、,,,ER,,,,聚合物提高采收率機理,熱力采油提高采收率機理,堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)的主要機理,驅(qū)油的基本理論（三）,,根據(jù)毛管準(zhǔn)數(shù)的定義：,,驅(qū)替液粘度增加,驅(qū)替液速度增加（增加驅(qū)替壓力）,油水界面張力降低,驅(qū)替速度增加，雖能增加毛管準(zhǔn)數(shù)，但確減低了驅(qū)替液的宏觀波及程度。,水驅(qū)時Nc在10-7~10-5范圍之間，實驗結(jié)果表明：若使水驅(qū)效率大于50%，Nc必須平均增大103 數(shù)量級，即Nc在10-4~10-2范圍內(nèi)。,水

7、驅(qū)時，大慶油田油水的界面張力為20~30mN/m。若使毛管準(zhǔn)數(shù)提高103數(shù)量級，界面張力必須下降到10-2~10-3mN/m。,大慶油田地下原油粘度為10mPa.s左右，水的粘度約為0.7mPa.s，聚合物濃度為0.12%時，地面測視粘度達到40mPa.s。若不考慮粘度損失，可使毛管準(zhǔn)數(shù)提高102數(shù)量級。,第一節(jié) 聚合物的類型及性質(zhì),第二節(jié) 聚合物溶液的性質(zhì),第三節(jié) 聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中流動特征,第四節(jié) 聚合物驅(qū)油的設(shè)計

8、與應(yīng)用,聚合物溶液驅(qū)油,1.聚合物：是由大量的簡單分子經(jīng)聚合而成的高分子量的物質(zhì)。例：聚丙烯酰胺，聚乙稀。,2.單 體：組成聚合物的簡單分子。例：組成聚丙烯酰胺丙烯酰胺分子，聚乙稀的乙稀分子。,3.鏈 節(jié)：聚合物長鏈上重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。,4.聚合度：鏈節(jié)的個數(shù)。例如， [ CH2－CH2 ] n 中的n。,,,一、基本概念,第一節(jié) 聚合物的類型及性質(zhì),即聚合物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，包括鏈節(jié)的化學(xué)組成、單體的連接方式。它決定著聚合

9、物的物理、化學(xué)性質(zhì)。,分子構(gòu)型,線型,支鏈型,網(wǎng)型(可發(fā)展為體型),（1）線型或支化度較小的聚合物，物性較柔軟，多數(shù)能熔化，也能溶解；（2）體型聚合物不熔化也不能溶解。,,,,5、聚合物分子構(gòu)型,A.線型分子構(gòu)型,B.支鏈型分子構(gòu)型,C. 網(wǎng)型分子構(gòu)型,特點：有別于構(gòu)型，構(gòu)象的轉(zhuǎn)變屬于物理現(xiàn)象，主要由熱運動引起的，而構(gòu)型的轉(zhuǎn)變則必須通過化學(xué)反應(yīng)改變分子鏈上的結(jié)構(gòu)。,由于分子中化學(xué)鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)所形成的各種立體形態(tài)。,影響構(gòu)象的因素,,聚合

10、物的構(gòu)型,聚合物分子所處的環(huán)境,線型聚合物分子的構(gòu)象千變?nèi)f化，又稱為線型聚合物的柔曲性。,6、分子的構(gòu)象,1）分子間力大； 2） 構(gòu)象多(多指線型聚合物)3）多分散性,7、與低分子的區(qū)別,指同種類型的聚合物是由大小不同的同系分子混合而成，它不象低分子有固定的分子量。即：聚合物分子的聚合度是變量。,多分散性：,1. 聚丙烯酰胺,它是由丙烯酰胺單體聚合而成：,n,,CH2,CH,C,O,NH2,,,,,,,,CH2,,,CH,,,,O,C

11、,,NH2,,,n,聚合,分子量變化范圍由100萬~幾千萬不等。,聚合物驅(qū)常用聚合物,1. 聚丙烯酰胺,特點：,1.屬于人工合成的聚合物；2.長鏈由C-C鍵連接，分子鏈極易變化，構(gòu)象多，具有柔曲性；3.水溶液中發(fā)生水解，是陰離子型聚合物；常被稱為部分水解聚丙烯酰胺，簡稱HPAM；4.抗鹽能力差；5.抗剪切的能力也差；6.抗細菌的能力強。,部分水解聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺長鏈上的部分酰胺基轉(zhuǎn)化為羧基：,n,,CH2,CH,C,O,

12、NH2,,,,,,,,CH2,,,CH,,,,O,C,,NH2,,,x,NaOH,水解度：酰胺基轉(zhuǎn)化為羧基的百分?jǐn)?shù)，,,,CH2,,CH,,,C,,,O,,ONa,y,聚合物溶液濃度小于１％,礦場聚合物驅(qū)用的聚合物溶液濃度通常為1200mg/L ( 重量百分?jǐn)?shù)為 0.12%),,稀體系溶液,,性質(zhì)如何？溶液粘度增加的程度？,第二節(jié) 聚合物溶液的性質(zhì),室內(nèi)實驗結(jié)果,,,,剪切速率,測量粘度,,,聚合物溶液,聚合物分子從雜亂的線團

13、狀變?yōu)闄E球狀,分子定向排列降粘的程度大于分子變?yōu)闄E球形增粘的程度,水,油,實驗結(jié)果表明：1.聚合物的流動性隨剪切速率變化而發(fā)生變化；2.即使在剪切速率很高的情況下，聚合物溶液的粘度也遠高于水。,一、聚合物溶液的流變性,二、聚合物溶液的視粘度,三、 聚合物溶液的穩(wěn)定性,一、聚合物溶液的流變性,室內(nèi)配制的聚合物溶液，測其粘度與剪切速度的關(guān)系如圖，符合假塑性流體的流變模式。,,室內(nèi)實驗結(jié)果,,,,剪切速率,測量粘度,原油,,水,,聚合

14、物溶液,（二） 影響粘度的因素分析,（一） 聚合物溶液粘度概念,二、聚合物溶液的視粘度,聚合物溶液粘度與濃度有關(guān)：,,特性粘度：,濃度趨近于零時，聚合物溶液黏度減去溶劑黏度，除以溶劑黏度與聚合物濃度的乘積。,（一）聚合物溶液粘度,［η］：表示單個聚合物分子對溶液粘度的貢獻；,M－－分子量,α－－與高分子在溶液里的形態(tài)有關(guān)的參數(shù)，線 團松散α大，線團卷曲α小。 長鏈型 0.5? α ?1；棒

15、型 α =2。,k －－粘度常數(shù)，與高分子在溶液中的形狀及高 分子的鏈節(jié)長度有關(guān)。,特性粘度,1. 聚合物的分子構(gòu)型,2. 水解度,3. 溶劑的影響,4. 含鹽量,5. 聚合物的濃度,（二）影響粘度的因素,1.聚合物的分子構(gòu)型,(1) η線型<η分支型<η交聯(lián)型,(2) M↑→η↑,2.水 解 度,水解度越大，黏度越大。,3.溶劑的影響,良溶劑η↑：在良溶劑中，聚合物分子可充分舒展，分子的表面積較大，分子間的內(nèi)

16、摩擦阻力大，因此增粘效果好。,不良溶劑η↓：在不良溶劑中，聚合物分子成卷曲狀態(tài)，分子的表面積較小，分子間的內(nèi)摩擦阻力小，增粘效果差。,4.含鹽量的影響,,,,,NaCl的濃度（%）,?,,,,,,35%水解度,15%水解度,未水解,,,,,,,,,1,1000,10,100,0.0001,0.01,1,,,1,10,,,,,,,,,,,,,,未水解,15%水解度,35%水解度,CaCl2的濃度（%）,0.0001,0.01,1,?,5.

17、聚合物的濃度,,,,粘度mPa.s,聚合物濃度，mg/L,,,?=5s-1,?=100s-1,地面配置聚合物溶液的粘度能否在驅(qū)油過程中得以保持，此性質(zhì)為聚合物溶液的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的好壞，直接影響到驅(qū)油效果。降解：聚合物溶液分子斷鏈，黏度下降的現(xiàn)象。,,,三、聚合物溶液的穩(wěn)定性,（一） 剪切降解,（二） 化學(xué)降解,（三） 溫度降解,（四） 生物降解,三、聚合物溶液的穩(wěn)定性,機械剪切降解：在高速流動時，具有柔性的長鏈?zhǔn)艿郊羟辛Φ淖饔枚?/p>

18、被剪斷，使分子間結(jié)合力下降，粘度降低。,剪切存在條件：1.地面設(shè)備（閥、管嘴、泵或油管）； 2.井下條件（孔眼、篩網(wǎng)）； 3.砂巖本身。,（一）聚合物溶液剪切降解,化學(xué)降解：是指氧攻擊聚合物分子長鏈上薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)生氧化，從而使分子長鏈斷裂，分子量降低；或發(fā)生自由基取代、水解等。,產(chǎn)生的條件：有氧存在的條件，如地面配置聚合物溶液

19、時，如果在空氣中暴露時間過長就會發(fā)生聚合物老化，即化學(xué)降解。,（二）聚合物溶液的化學(xué)降解,溫度降解：每種聚合物都存在一個裂解溫度，若地層溫度超過其裂解溫度，則發(fā)生分子鏈斷裂，分子量降低，即發(fā)生溫度降解。,存在的條件：地層溫度高于裂解溫度；而通常情況下聚合物的裂解溫度都高于地層溫度。因此，溫度降解不是主要的影響聚合物穩(wěn)定性的因素。,（三）聚合物溶液的溫度降解,生物降解：注入水中含有大量的細菌，如硫酸鹽還原菌、鐵菌等，它們對聚合物產(chǎn)生還原作

20、用，生成沉淀或分子鏈被剪斷。,（四）聚合物溶液的生物降解,1.不可入孔隙體積,2.阻 力 系 數(shù),3.殘余阻力系數(shù),四、聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動參數(shù),IPV最大可達總孔隙的30%，若小孔隙被油飽和，一定程度降低了聚合物溶液的驅(qū)油效果。,1.不可進入孔隙體積,在多孔介質(zhì)滲流過程中，有些孔隙能讓水通過，卻限制了聚合物分子的進入，稱這部分孔隙體積為不可進入孔隙體積，簡稱IPV。,IPV,,聚合物分子量,巖石的滲透率,孔隙度及孔隙大小的分布

21、,2.阻 力 系 數(shù),定義：水通過巖心時的流度與聚合物溶液通過巖心時的流度比值。,意義：反映了聚合物溶液降低驅(qū)動介質(zhì)流度的能力。,3.殘余阻力系數(shù),定義：聚合物溶液通過巖心前、后鹽水流度的比值。,意義：描述聚合物溶液降低多孔介質(zhì)滲透率的能力。,一、表面活性劑溶液驅(qū)油概述,二、表面活性劑的概念及類型,三、表面活性劑溶液驅(qū)油體系,四、表面活性劑溶液驅(qū)油機理,五、油田應(yīng)用及發(fā)展趨勢,表面活性劑溶液驅(qū)油,表面活性劑溶液驅(qū)油的研究歷程：,膠

22、束溶液驅(qū)油,微乳液驅(qū)油,稀體系多組分復(fù)配驅(qū)油,泡沫體系驅(qū)油,活性劑稀體系驅(qū)油,,,,,,一、表面活性劑溶液驅(qū)油概述,1、表面活性劑的概念,2、表面活性劑的類型,3、表面活性劑的親油親水平衡值,4、表面活性劑的分配系數(shù),二、表面活性劑的概念及類型,概念：分子具有兩親結(jié)構(gòu)，可自發(fā)地濃集于相界面，顯著降低界面張力的物質(zhì)。,,表面活性劑分子結(jié)構(gòu),,,極性端,非極性端,1.表面活性劑的概念,離子型,非離子型,表面活性劑,,,陰離子型,陽離子型,兩

23、性型,2.表面活性劑的類型,陰離子型表面活性劑,活性劑在水中可以電離，電離后起活性作用的部分是陰離子。,常用的有：,,羧酸鹽：分子結(jié)構(gòu)R-CO2-Na， 親水基為-CO2Na， 憎水基R-,磺酸鹽：分子結(jié)構(gòu)R-SO3-Na， 親水基為-SO3Na， 憎水基R-,成本低，但遇硬水，易結(jié)垢、絮凝。,成本較高，但抗硬離子

24、的能力較強，在地層中滯留量低，常用于活性劑驅(qū)。,陽離子型表面活性劑,活性劑在水中可以電離，電離后起活性作用的部分是陽離子。,常用的有：,,胺鹽： 分子結(jié)構(gòu)[R1R2R3NH]Cl， 憎水基[R1R2R3NH]+,季胺鹽：分子結(jié)構(gòu)[R1R2R3R4N]Cl ， 憎水基[R1R2R3R4N] +,吡啶鹽：分子結(jié)構(gòu)[R-NC5H5]Cl ， 憎水基[R-NC

25、5H5] +,由于在地層中滯留量大，在采油中應(yīng)用不甚廣泛，主要應(yīng)用于防蠟、緩蝕、殺菌、乳化、抑制粘土膨脹等。,非離子型表面活性劑,活性劑在水中不電離，故不怕硬水，也不受PH值的影響。其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團（一般為醚基和羥基）構(gòu)成。,常用的有：,,醚鍵型,酰胺鍵型,酯鍵型,胺鍵型,這類活性劑在采油中應(yīng)用廣泛，主要用于起泡、乳化、防蠟、緩蝕、油水井增產(chǎn)增注、提高原油采收率。,兩性型表面活性劑,活性劑在水中可以電離，電離后起活

26、性作用的部分即有陰離子，又有陽離子。有時起活性的部分具有非離子性。,類型：,,非離子-陰離子型,陰離子-陽離子型,非離子-陰離子型,它主要應(yīng)用于緩蝕、乳化、殺菌、抑制粘土膨脹和提高采收率。,概念：描述活性劑親水親油能力大小的物理量。簡稱HLB。,HLB等于7，表明親水親油能力相等；大于7，活性劑親水性強；小于7，活性劑親油性強。,HLB值可通過乳化實驗法、溶解度法、氣相色譜法、核磁共振法等確定。,3.表面活性劑的親水親油水平衡值,概念：

27、是指活性劑在油相與水相中平衡濃度的比值。,4.表面活性劑的分配系數(shù),三、表面活性劑溶液驅(qū)油體系,表面活性劑稀體系,膠束溶液,微乳液,泡沫驅(qū)油體系,（1）,（2）,（3）,（4）,開始形成膠束的表面活性劑濃度為臨界膠束濃度CMC；含有膠束的活性劑溶液為膠束溶液。,,概念：表面活性劑濃度低于1%wt。,性質(zhì)：可降低界面張力。,當(dāng)水表面聚集的活性劑分子達到飽和時，在溶液內(nèi)部，形成以烴鏈為內(nèi)核、親水基外露的分子聚集體，稱為膠束。,1.表面活性劑

28、稀體系,2.膠束溶液,,,,,,CMC,表面活性劑單體濃度,表面活性劑濃度,2.膠束溶液,概念：由油、水、表面活性劑、助表面活性劑（醇）、鹽五種組分組成的，油水高度分散的體系（表面活性劑濃體系）。,性質(zhì)：具有超低的界面張力。,相態(tài)：不同的配方，微乳液具有下相、中相、上相三種相態(tài)。,3.微乳液,微乳液的三種相態(tài),,,,,,,,,上相,中相,下相,活性劑水溶液,活性劑水溶液,油,油,概念：一種或幾種液體以小液珠的形式，分散在另一種不能互溶的

29、液體中所形成的分散體系。,性質(zhì)：具有超低的界面張力。處于非平衡狀態(tài)的多分散體系，在長時間靜置下會分層。 與微乳液及膠束溶液有很大區(qū)別。,組成：油、水、乳化劑組成。,4.乳狀液,乳狀液、微乳液及膠束溶液的區(qū)別,概念：由不溶性氣體分散在液體中所形成的粗分散體系。氣體是分散相，液體是連續(xù)相。組成：水、氣、起泡劑（表面活性劑）。 還有聚合物（增加體相黏度）和鹽（調(diào)整表面活性劑的親水親油平衡值）。,

30、4.泡沫驅(qū)油體系,四、表面活性劑溶液驅(qū)油機理,表面活性劑稀體系驅(qū)油機理,膠束溶液驅(qū)油機理,微乳液驅(qū)油機理,泡沫驅(qū)油體系驅(qū)油機理,（1）,（2）,（3）,（4）,,（1）表面活性劑稀體系的驅(qū)油機理,1.低界面張力機理。2.潤濕反轉(zhuǎn)機理。3. 乳化機理。4.提高表面電荷密度機理。5.聚并形成油帶機理。,問題：存在表面活性劑損失及不利流度比。,2、膠束溶液驅(qū)油機理,,1） 膠束的增溶作用,2） 超低界面張力機理,3、微乳液驅(qū)油機理,微

31、乳液的超低界面張力可使驅(qū)替前緣與原油混相，消除滲流阻力。,4、泡沫體系驅(qū)油機理,4、泡沫體系驅(qū)油機理,具有活性水或膠束的性質(zhì)。（1）Jamin效應(yīng)疊加，提高驅(qū)替介質(zhì)的波及系數(shù)。,（2）泡沫依據(jù)孔道形狀而變形，能有效驅(qū)出波及到的孔隙中的油，提高洗油效率。,一、二元復(fù)合體系驅(qū)油,二、三元復(fù)合體系驅(qū)油,三、泡沫復(fù)合體系驅(qū)油,復(fù)合體系驅(qū)油法,1 . 堿-聚合物二元復(fù)合體系驅(qū)油,2. 堿-活性劑二元復(fù)合體系驅(qū)油,3. 活性劑-聚合物二元復(fù)合體系

32、驅(qū)油,一、二元復(fù)合體系驅(qū)油,（1）堿與聚合物復(fù)配后，溶液的粘度增加，可使水相中的堿性組分與更多的油相接觸，形成更多的表面活性物質(zhì)，有利于降低界面張力。,,（2）聚合物的存在可以降低堿耗；堿的存在可降低聚合物的吸附損失。,堿-聚合物二元復(fù)合體系驅(qū)油機理,（1）堿段塞在前，聚合物在后。堿溶液使殘余油流動，用聚合物進行流動控制，提供較好的掃油效率；,（3）堿同聚合物混合在一個段塞中注入。聚合物提供所要求的流度，而堿溶液保護了聚合物，這種方式的

33、采收率比前兩種方式高。,（2）聚合物段塞在前，堿段塞在后。首先注入的聚合物堵塞儲層的大孔道使驅(qū)替液能夠進入低滲透層，減少堿溶液指進，以增加最終采油量；,堿-聚合物二元復(fù)合體系驅(qū)油工藝,聚合物增效堿驅(qū)，通常有三種段塞設(shè)計方式：,,對于低酸值原油，只加入堿往往不能產(chǎn)生低界面張力，同時加入堿和活性劑，會使界面張力降到堿水本身或活性劑本身所達不到的超低效果，這種作用成為堿與表面活性劑的“協(xié)同效應(yīng)”。,堿-活性劑二元復(fù)合體系驅(qū)油機理,,堿與表面活

34、性劑按一定比例混合在一個段塞中注入。利用堿與活性劑兩者之間產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，大幅度提高驅(qū)替效率。這種方式的采收率比單獨堿或單獨的表面活性劑驅(qū)的效果好。,堿-活性劑二元復(fù)合體系驅(qū)油工藝,,利用聚合物改善活性劑溶液不利的流度比。目前此二元復(fù)合體系多采用膠束/聚合物溶液驅(qū)油。,活性劑-聚合物二元復(fù)合體系驅(qū)油機理,,前置液：由一定體積的鹽水組成，目的是改變或降低地層水的礦化度。注入量可在0~1PV之間；,膠束/聚合物段塞：體積在0.05~0.2P

35、V之間；,流度緩沖液遞減段：含聚合物，從前端到后端流度緩沖液逐漸減少到零，濃度梯度下降，減少了流度緩沖液與驅(qū)替液之間流度比的影響。,驅(qū)替液段：驅(qū)替液的目的是為了降低連續(xù)注入聚合物的成本。,流度緩沖液：水溶性聚合物的稀釋液，目的是將膠束/聚合物段塞及聚集起來的流體驅(qū)向生產(chǎn)井；,活性劑-聚合物二元復(fù)合體系驅(qū)油工藝,,1、三元復(fù)合體系驅(qū)油機理,2、色譜分離現(xiàn)象,3、三元復(fù)合體系的應(yīng)用與發(fā)展,二、三元復(fù)合體系驅(qū)油機理,1） 降低界面張力：A/S

36、/P 三元體系比 A/S 二元體系 能產(chǎn)生更低的界面張力。原因（1）P 能保護S，使其不與水中二價離子反應(yīng)；（2） S與A間的“協(xié)同效應(yīng)”，從而降低了界面張力。,3）降低化學(xué)劑的吸附：堿的存在，使巖石表面的負電荷增多，可減少陰離子型活性劑及聚合物的吸附損失。,2）較好的流度控制：堿和活性劑可有效地保護聚合物不受高價離子的影響，使聚合物溶液具有高的黏度。,1. 堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機理,定義：復(fù)合體系中各組分與地層巖石間的

37、作用不同，使得三組分間產(chǎn)生的差速運移現(xiàn)象。,產(chǎn)生原因：競爭吸附、離子交換、分散作用、分配系數(shù)、滲透能力等。,2. 色譜分離現(xiàn)象,國外三元復(fù)合驅(qū)的礦場試驗不多，比較完整的是美國懷俄明州Crook地區(qū) Kiehl 油田三元復(fù)合驅(qū)項目，使采收率提高近15%。,國內(nèi)通過“八五”、“九五”大量室內(nèi)及礦場試驗研究，以將三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)作為大慶油田接替穩(wěn)產(chǎn)的技術(shù)之一。,目前正在研究通過改變注入方式、優(yōu)選復(fù)合體系配方及注入犧牲劑等方式，以減少色譜分離現(xiàn)象

38、。,,3. 三元復(fù)合體系驅(qū)油應(yīng)用及發(fā)展前景,1、泡沫復(fù)合體系驅(qū)油機理,,2、泡沫驅(qū)油體系的發(fā)展前景,三、泡沫復(fù)合體系驅(qū)油機理,（1）泡沫中含有表面活性劑，可降低界面張力，改變巖石的潤濕性，并以乳化、液膜置換等方式使殘余油成為可流動油；,（2）泡沫流動具有較高的壓力梯度，可使小孔隙中油驅(qū)出；,（3）使驅(qū)替液與被驅(qū)替液的流度比降低；,（4）遇油消泡，遇水穩(wěn)泡，起堵水不堵油作用；,（5）泡沫在高滲層中，粘度大，低滲層中粘度小，具有堵大不堵小功

39、能。,1. 泡沫復(fù)合體系驅(qū)油機理,泡沫復(fù)合體系驅(qū)油技術(shù)是九十年代末由大慶油田提出的一項新的EOR技術(shù)。經(jīng)過大量的室內(nèi)及礦場實驗研究，目前已將此方法作為三元復(fù)合驅(qū)后保持大慶油田原油穩(wěn)產(chǎn)的技術(shù)之一，并獲得了專利。目前正在為此項技術(shù)的礦場試驗，開展全面細致的研究工作。,2. 泡沫復(fù)合體系驅(qū)油應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景,聚合物驅(qū)油機理： 聚合物溶液驅(qū)油不僅能夠提高波及體積，而且還能夠提高驅(qū)油效率。聚合物溶液的驅(qū)油機理是通過在注入水中加入一定

40、量的高相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺，增加注入水的粘度，改善水油流度比。 注入的聚合物溶液具有較高的粘度和通過油層后具有較高的殘余阻力系數(shù)以及粘彈效應(yīng)等。粘度越高，殘余阻力系數(shù)越大，驅(qū)替相與被驅(qū)替相的流度比就越小，聚合物驅(qū)擴大油層宏觀和微觀波及效率的作用就越大，采收率提高幅度越大。,聚合物提高原油采收率的發(fā)展現(xiàn)狀,,聚合物驅(qū)油適用條件：,聚合物驅(qū)適用于溫度適中、原油粘度中等(5~100 mPa·s)、非均質(zhì)比較嚴(yán)重的油藏。在

41、美國、印度、委內(nèi)瑞拉及俄羅斯等國家均成功進行了聚合物驅(qū)油。我國的聚合物驅(qū)首先在大慶油田取得了成功，從1987年開始聚合物驅(qū)油現(xiàn)場試驗，發(fā)展到2006年聚合物增產(chǎn)原油產(chǎn)量占當(dāng)年原油產(chǎn)量的1/4，成為油田穩(wěn)產(chǎn)的重要技術(shù)手段。,驅(qū)油過程中使用的聚合物：,1．聚丙烯酰胺 目前主要采用超高相對分子質(zhì)量的部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質(zhì)量至少在1000萬以上，水解度30%左右。它是通過丙烯酰胺及其衍生物單體自由基聚合而成，目前常用的是干粉狀的

42、聚合物。 特點：部分水解聚丙烯酰胺水溶液的粘度高，控制水油流度比的作用明顯，吸附損失不大，對細菌的侵害不敏感，但機械剪切穩(wěn)定性差；在鹽水中粘度損失較大；長時間放置或較高溫度下放置易降解；所帶羧基可與二價離子反應(yīng)，受Ca2+、Mg2+離子含量影響較大。,為了獲得更適合油田應(yīng)用的聚合物，大量學(xué)者們在改進HPAM性能方面展開了探索工作。主要有兩種途徑：①添加能夠改進HPAM穩(wěn)定性的添加劑，如甲醛、異丙醇、尿素、硫脲、醇、氨基酸類、二乙

43、烯三胺、氯酚化合物及表面活性劑、水楊酸及衍生物、聚六亞甲基胺等。②對HPAM進行改性。在聚合物鏈節(jié)上引入新的單體，提高HPAM的耐溫、耐鹽、耐剪切性能，單體有2-丙烯酰胺-2、甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(PVP)、二甲基二烯丙基氯化銨、磺化苯乙烯、N，X-二甲基丙烯酰胺、3-丙烯酰胺3-甲基丁酸鈉等。,2．生物聚合物,生物聚合物在聚合物驅(qū)中的應(yīng)用很少，常用的是黃原膠。美國加利福尼亞州東科林加油田1978年曾實施過黃原膠驅(qū)

44、，水油流度比僅1.5。黃原膠分子鏈的剛性比聚丙烯酰胺強，能有效地抗機械破壞，耐鹽，但是對細菌很敏感，細菌除了將聚合物降解外，還會堵塞注入井中油層剖面，因而必須使用殺菌劑和除氧劑。報道過在黃原膠溶液中加入穩(wěn)定劑異丙醇和硫脲，與磺甲基化聚丙烯酰胺接技共聚改性，改進發(fā)酵過程以改善其性能等研究。我國玉門的石油溝油田M層裂縫低滲透高含鹽油藏，在單井注入黃原膠的礦場先導(dǎo)試驗中，每注入1t聚合物增產(chǎn)原油248t，在礦場試驗中驅(qū)油效果良好。,3．疏水締

45、合聚合物,部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)是目前常用的聚合物驅(qū)油劑，但是HPAM在鹽水溶液中粘度損失較大，嚴(yán)重影響了它的使用效果。此外，我國進行聚合物驅(qū)的油田普遍面臨著配注聚合物清水缺乏的壓力，要求聚合物驅(qū)用地層采出的污水進行配注。應(yīng)用時須提高HPAM的用量，這將使得采油利潤大大降低。 疏水締合水溶性聚合物是指在聚合物親水主鏈上帶有少量疏水基團的一類水溶性聚合物。在聚合物水溶液中，由于疏水基團的憎水作用而產(chǎn)生分子內(nèi)和分子間的締合，

46、形成具有特殊性質(zhì)的高分子溶液。在鹽溶液中，小分子電解質(zhì)的加入使疏水締合作用增強，溶液粘度大幅增加，表現(xiàn)出明顯的抗鹽性能，使之成為新一代的聚合物驅(qū)油劑。,4．交聯(lián)聚合物,針對油層的非均質(zhì)性，以降低水通道的滲透率為目標(biāo)的油層深部調(diào)剖技術(shù)得到重視和發(fā)展。由低濃度的聚丙烯酰胺和檸檬酸鋁形成交聯(lián)聚合物溶液(LPS)。 該體系具有粘度低、流動性好、具有選擇性封堵地層的特點。在注入地層過程中，LPS優(yōu)先進入滲透率較高的地層，交聯(lián)聚合物線團在孔

47、道中吸附滯留，逐步增加流動阻力，使后續(xù)驅(qū)替液流向低滲透區(qū)。交聯(lián)聚合物線團并未將孔道完全堵死，在一定壓力下可被沖開，將其推向地層更深處，再次吸附滯留。在此過程中壓力會出現(xiàn)波動，并且會逐步產(chǎn)生層內(nèi)的和層間的液流改向，從而逐步地調(diào)整驅(qū)替剖面，提高波及系數(shù)和原油采收率。,當(dāng)交聯(lián)體系中聚合物濃度較高時，HPAM與A1Ci發(fā)生分子間交聯(lián)反應(yīng)，形成的體系是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的整體凝膠(Bulkgel)，主要用于近井地帶的調(diào)剖；而當(dāng)聚合物濃度較低時，HPAM與A

48、1Ci發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)，形成交聯(lián)聚合物線團在水中的分散體系，即交聯(lián)聚合物溶液(LPS)，主要用于油田的深部調(diào)剖。 在整體凝膠與交聯(lián)聚合物溶液這兩種體系之間還存在一種過渡狀態(tài)的弱凝膠體系，它是HPAM與A1Ci反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物線團后，交聯(lián)聚合物線團間再發(fā)生反應(yīng)形成的，也可以用于油田堵水調(diào)剖。研究表明，交聯(lián)聚合物溶液具有更好的深部調(diào)剖、提高采收率的作用。,5．粘彈性聚合物,眾所周知，要想提高巖心的微觀驅(qū)油效率，依據(jù)牛頓流體巖心驅(qū)

49、替實驗所完善建立的毛管數(shù)與采收率關(guān)系，毛管數(shù)的增加值要在數(shù)千倍以上才能實現(xiàn)提高采收率的目的。但聚合物驅(qū)與水驅(qū)相比，增加幅度通常小于100倍。多數(shù)人由此認(rèn)為聚合物驅(qū)不能提高微觀驅(qū)油效率。,然而在天然巖心和人造巖心上進行的室內(nèi)聚合物驅(qū)油實驗結(jié)果表明，采收率比水驅(qū)提高10%~15%OOIP。蝕刻的二維玻璃模型聚合物驅(qū)的結(jié)果也證實了這一點。聚合物驅(qū)的相滲曲線的端點值(含水100%時的含油飽和度)比水驅(qū)低6%~8%，聚合物驅(qū)工業(yè)開采區(qū)塊密閉取心井

50、的殘余油飽和度也比水驅(qū)低得多。上述實驗都證明了聚合物驅(qū)的確可以提高巖心的驅(qū)替效率。從微觀孔道流動實驗可以觀察到，聚合物溶液的前端對其后邊及孔道邊界處具有較強的“拉、拽”作用，牛頓流體則無此現(xiàn)象。因此，針對粘彈性流體的“拉、拽”作用能否提高巖心的驅(qū)替效率，開展了大量研究工作。,聚合物驅(qū)油礦場應(yīng)用狀況：,水溶性聚合物應(yīng)用于油氣開采，其性能應(yīng)該滿足一定的要求。中國工程院羅平亞院士根據(jù)油氣開采的工藝要求及實踐經(jīng)驗提出了油氣開采用水溶性聚合物的通

51、用性能要求，主要有以下幾點：(1) 水溶性；(2) 增粘性；(3) 懸浮性；(4) 剪切稀釋性和觸變性；(5) 穩(wěn)定性；(6) 滲流特性能滿足油氣開采工程的要求。,HPAM已在我國的大慶、勝利、遼河等油田得到成功使用，但在高溫高礦化度的條件下應(yīng)用時，聚丙烯酰胺顯得難以勝任，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 溫度較高時聚丙烯酰胺的水解嚴(yán)重；(2) 地層溫度超過75℃后，隨著地層溫度升高，水解聚丙烯酰胺沉淀形成加快；(3) 高溫高鹽易導(dǎo)致水解

52、聚丙烯酰胺從水溶液中沉淀出來，并且水解度越高這種現(xiàn)象越顯著；(4) 溶液粘度對溫度和鹽度非常敏感，在高溫高鹽環(huán)境中溶液的保留粘度很低。,黃胞膠是淀粉經(jīng)黃孢桿菌發(fā)酵而產(chǎn)生的胞外多糖類生物聚合物，無毒，溶于水。為陰離子電解質(zhì)，與聚丙烯酰胺相比具有許多相同的性質(zhì)，又具有抗鹽、抗機械降解、熱穩(wěn)定性較好等特點。在油田上黃胞膠已成功地應(yīng)用于鉆井、完井、調(diào)剖堵水及三次采油中，玉門、中原、華北、勝利、大港等油田都有用黃胞膠進行現(xiàn)場驅(qū)油的實例。黃胞膠作為

53、主要抗鹽聚合物之一，具有合成聚合物所無可比擬的優(yōu)異性能。但其熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性相對較差，易發(fā)生降解從而堵塞油層，且成本較高，因此在高溫高鹽油藏中的應(yīng)用受到限制。,小井距特高含水期注聚合物礦場試驗,大慶油田于1972年開展了小井距特高含水期注聚合物的試驗，這是大慶油田第一次聚合物驅(qū)油礦場試驗，試驗區(qū)位于小井距試驗區(qū)南井組，試驗層為薩Ⅱ7+8層，是一個典型的正韻律油層，井組平均有效厚度5.2m，平均有效滲透率0.631μm2，油層內(nèi)部非均

54、質(zhì)嚴(yán)重，上部為低滲透率的砂、泥巖薄互層，下部為高滲透率砂層。 試驗區(qū)采用反四點法面積井網(wǎng)，注采井距75m，注聚合物時，油井綜合含水已高達98%。 試驗采用的聚合物是大連同德化工廠生產(chǎn)的部分水解聚丙烯酰胺膠體，固含量為8%，分子量300~500萬，水解度30%左右。,薩爾圖油田中區(qū)西部聚合物驅(qū)油試驗,大慶油田于1989年12月在薩爾圖油田中5-6~中5-9井區(qū)進行聚合物驅(qū)油試驗。分東西兩個試驗區(qū)，二者相距1

55、50m。東邊為單層區(qū)，試驗層為葡I1-4。西邊為雙層區(qū)，試驗層是薩II1-3和葡I1-4。兩個試驗區(qū)都由4個反五點井網(wǎng)組成。每個試驗區(qū)各有15口試驗井，其中注入井4口采出井9口，取樣井和觀測井各一口，注采井距為106m。 試驗區(qū)油層溫度43℃，地層油粘度8.2mPa·s~9.3mPa·s,原始地層水礦化度7000mg/L；注入水礦化度為800 mg/L ~1300 mg/L，Ca2+、Mg2+含量較低，pH為

56、8.0。,試驗區(qū)自1991年1月見效到1992年11月（中心井含水達98%），有效期達23個月，此時，全區(qū)綜合含水為94.8%，平均每注1t聚合物增油209t。試驗結(jié)果表明，大慶油田無論是單層還是雙層聚合物驅(qū)油都可獲得很好的效果，采收率提高11.6%~14.0%。,北一區(qū)斷西聚合物驅(qū)油工業(yè)性礦場試驗,該試驗是大慶油田聚合物驅(qū)油技術(shù)由先導(dǎo)性試驗階段步入到工業(yè)化階段的重要環(huán)節(jié)。與先導(dǎo)性試驗比較，試驗區(qū)范圍擴大，中心井?dāng)?shù)量增加，油水井井距加大

57、（見表1），試驗結(jié)果將為大慶油田更大規(guī)模的推廣應(yīng)用聚合物驅(qū)油提供經(jīng)驗。,試驗區(qū)位于薩爾圖油田 北一區(qū)98號斷層以西，以北1-6-27井為中心，北一區(qū)六排為對角線的正方形面積內(nèi)，在原有葡Ⅰ組行列井網(wǎng)的基礎(chǔ)上，新鉆了50口試驗井（包括1口密閉取心試驗觀察井），與原有代用井形成了注采井距為250m的五點法面積井網(wǎng)，共有25口注入井和36口采出井（其中包括全部為注入井包圍的16口中心井和20口平衡井）。以平衡井為周邊圍成的試驗區(qū)面積3.13km

58、2，目的層葡Ⅰ1-4的平均有效厚度13.2m，地質(zhì)儲量632×104t，孔隙體積1086×104m3。以注入井為周邊，則中心井的面積2.00km2，地質(zhì)儲量390.3×104t，孔隙體積694×104m3。,表1 小井距、中區(qū)西部和斷西試驗區(qū)基本情況的比較,試驗區(qū)自1991年8月底投入水驅(qū)到1996年6月，全區(qū)累計產(chǎn)油157.7851×104t，中心井累計產(chǎn)油75.9928×1

59、04t，階段采出程度分別為24.97%和19.17%，聚合物驅(qū)階段，全區(qū)產(chǎn)油121.1578×104t，中心區(qū)產(chǎn)油59.0095×104t，階段采出程度分別為19.17%和15.12%。 原設(shè)計注入380（mg/L）·PV完成時，已取得噸有效聚合物增油120t，提高采收率8.7%的效果。截止到1996年6月，考慮遞減，中心區(qū)已累積增油45.3×104t，提高采收率11.6%，噸有效聚合物增

60、油132t，預(yù)計試驗結(jié)束時，完全可以實現(xiàn)提高采收率12%、噸聚合物增油120t的指標(biāo)。,孤東油田聚合物驅(qū)油工業(yè)性礦場試驗,孤東油田經(jīng)過10多年的強注強采，目前主力開發(fā)單元含水率已高達95%左右，為了實現(xiàn)降水增油目的，從1994 年起在該油田經(jīng)過了歷時5年的聚合物驅(qū)油工業(yè)性礦場試驗。針對油田構(gòu)造簡單，油層單一、非均質(zhì)性強，油層膠結(jié)疏松、物性好，原油粘度高，地層水礦化度高等特點，在室內(nèi)實驗和數(shù)據(jù)模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)計了二級段塞注入方案。方案實施

61、后取得明顯效果：油井含水率平均下降了5.6%，日增產(chǎn)原油326t，預(yù)計最終可提高采收率6.5%，取得了顯著的經(jīng)濟效益。,杏五區(qū)中塊聚合物驅(qū)油先導(dǎo)性礦場試驗,該先導(dǎo)性礦場試驗是大慶油田長垣南部率先開展的聚合物驅(qū)礦場試驗。試驗區(qū)位于杏五區(qū)中塊5-2-29井區(qū)，面積0.31 km2，注采井距200m，采用四注九采的五點法面積井網(wǎng)。試驗?zāi)康膶悠息?1—33，采用單一的聚合物整體段塞注入方式， 1995年9月開始注入聚合物整體段塞， 2000年1

62、1月中旬注聚合物結(jié)束，累計聚合物用量1061PV·mg/L，到2001年1月，累計注入清水孔隙體積0.0428PV，此時，中心井已提高采收率18.42個百分點，取得了較好的效果。,表面活性劑的發(fā)展現(xiàn)狀及目前的應(yīng)用狀況：,表面活性劑驅(qū)油機理： 以表面活性劑體系為主體的驅(qū)油法叫表面活性劑驅(qū)油法，簡稱表面活性劑驅(qū)。驅(qū)油用的表面活性劑體系有稀表面活性劑體系(如活性水、膠束溶液)和濃表面活性劑體系(如微乳液體系)。

63、 通過考察表面活性劑分子在油水界面的作用特征、水驅(qū)后殘余油的受力情況以及表面活性劑對殘余油受力狀況的影響，認(rèn)為表面活性劑驅(qū)主要通過以下幾種機理提高原油采收率。,,1．降低油水界面張力機理 在影響原油采收率的眾多決定性因素中，驅(qū)油劑的波及效率和洗油效率是最重要的參數(shù)。提高洗油效率一般通過增加毛細管準(zhǔn)數(shù)實現(xiàn)，而降低油水界面張力則是增加毛細管準(zhǔn)數(shù)的主要途徑。毛細管準(zhǔn)數(shù)與界面張力的關(guān)系如下：

64、 Nc = vμw/σwo 式中，Nc一毛細管準(zhǔn)數(shù)；v一驅(qū)替速度，m/s ；μw一驅(qū)替液粘度，mPa·s； σwo一油和驅(qū)替液間的界面張力，mN/m。,Nc越大，殘余油飽和度越小，驅(qū)油效率越高。增加μw和v，降低σwo可提高Nc。其中降低界面張力σwo是表面活性劑驅(qū)的基本依據(jù)。在注水開發(fā)后期，Nc一般在 10 -7~10-6， Nc增加將顯著提高原油采收率。理想狀態(tài)下Nc增至10-2時，原

65、油采收率可達100%。通過降低油水界面張力，可使Nc有2~3個數(shù)量級的變化。油水界面張力通常為20~30mN/m，理想的表面活性劑可使界面張力降至10-4~10-3mN/m，從而大大降低或消除地層的毛細管力的作用，減少剝離原油所需的粘附功，提高洗油效率。,2．乳化機理,表面活性劑體系對原油具有較強的乳化能力，在水油兩相流動的條件下，能迅速將巖石表面的原油分散、剝離，形成水包油(0/W)型乳狀液，從而改善油水兩相的流度比，提高波及系數(shù)。同

66、時，由于表面活性劑在油滴表面吸附而使油滴帶有電荷，油滴不易重新粘回到地層表面，從而被活性水夾帶著流向采油井。,3．聚并形成油帶機理,從地層表面洗下來的油滴越來越多，它們在向前移動時可相互碰撞，使油珠聚并成油帶，油帶又和更多的油珠合并，促使殘余油向生產(chǎn)井進一步驅(qū)替。,4．改變巖石表面的潤濕性(潤濕反轉(zhuǎn)機理),研究結(jié)果表明，驅(qū)油效率與巖石的潤濕性密切相關(guān)。油濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率差，水濕表面導(dǎo)致驅(qū)油效率好。合適的表面活性劑，可以使原油與巖石間的

67、潤濕接觸角增加，使巖石表面由油濕性向水濕性轉(zhuǎn)變，從而降低油滴在巖石表面的粘附功。,5．提高表面電荷密度機理,當(dāng)驅(qū)油表面活性劑為陰離子(或非離子-陰離子型)表面活性劑時，它們吸附在油滴和巖石表面上，可提高表面的電荷密度，增加油滴與巖石表面間的靜電斥力，使油滴易被驅(qū)替介質(zhì)帶走，提高了洗油效率。,6．改變原油的流變性機理,原油中因含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟等物質(zhì)而具有非牛頓流體的性質(zhì)，其粘度隨剪切應(yīng)力而變化。這是因為原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟類高分

68、子化合物易形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在原油流動時這種結(jié)構(gòu)部分破壞，破壞程度與流動速度有關(guān)。當(dāng)原油靜止時，恢復(fù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。重新流動時，粘度就很大。原油的這種非牛頓性質(zhì)直接影響驅(qū)油效率和波及系數(shù)，使原油的采收率低。 提高這類油田的采收率需改善異常原油的流變性，降低其粘度和極限動剪切應(yīng)力。而用表面活性劑水溶液驅(qū)油時，一部分表面活性劑溶入油中，吸附在瀝青質(zhì)點上，可以增強其溶劑化外殼的牢固性，減弱瀝青質(zhì)點間的相互作用，削弱原油中大分子的網(wǎng)狀

69、結(jié)構(gòu)，從而降低原油的極限動剪切應(yīng)力，提高采收率。,表面活性劑的發(fā)展現(xiàn)狀,表面活性劑驅(qū)油的研究始于50年代，60年代中期，美國和前蘇聯(lián)相繼在礦場進行試驗，所用表面活性劑主要是各種磺酸鹽。雖然受油價、表面活性劑生產(chǎn)成本及其他因素的影響，美國、加拿大等對表面活性劑驅(qū)研究一直沒有間斷，但是表面活性劑驅(qū)先導(dǎo)試驗的數(shù)量在減少。我國的表面活性劑驅(qū)一直未形成規(guī)模，70年代，大慶油田研究了表面活性劑驅(qū)并進行了小井距試驗，近幾年在不同油田進行了小規(guī)模的表面