聚合物采油工艺原理课件.ppt

1、2022-7-27EOR Lab1聚合物采油工艺原理2022-7-27EOR Lab2聚合物驱（Polymer Flooding）定义：通过在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度和降低水相渗透率，改善流度比，提高原油采收率的方法。聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物，因此它又称改性水驱（Modified Water Flooding）。机理：降低水相流度，改善流度比，提高波及系数。应用：油藏的非均质性较大和/或水驱流度比较高。2022-7-27EOR Lab3流度控制用的聚合物 流度控制用的聚合物有两大类：天然聚合物和人工合成聚合物。天然聚合物是从自然界的植物及其种子主要通过

2、微生物发酵而得到，如纤维素、生物聚合物黄胞胶等。人工合成聚合物是用化学原料经工厂生产而合成的，如目前大量使用的聚丙烯酰胺（Polyacrylamide 简称PAM），部分水解的聚丙烯酰胺（Hydrolyzed Partially Polyacrylamide 简称HPAM）等。2022-7-27EOR Lab4部分水解聚丙烯酰胺（部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）CH2CH2CH2CHCHCHCONH2 CONH2()nxH2OCOO_OH_n-x部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中发生解离，产生-COO-离子，使整个分子带负电荷，所以部分水解聚丙烯酰胺为阴离子型聚合物。由于部分水解聚丙烯酰胺分子链上有-

3、COO-，链节上有静电斥力，在水中分子链较伸展，故增粘性好。它在带负电的砂岩表面上吸附量较少，因此，是目前最适合于流度控制的聚合物。2022-7-27EOR Lab5表 5-1 不同形态的聚丙烯酰胺产品应用性能对比结果产品形式产品形式优点优点缺点缺点应用场合应用场合水溶液聚丙烯酰胺产品支化及交联产物少，注入性能好不需溶解，可直接应用，减少了地面溶解设备的投资，价格低运输困难，费用高，不易长期贮存，大气环境下保质期短，分子量较低，有效物含量低原地或就近马上应用固体聚丙烯酰胺分子量高，有效物含量高，运输、储存容易，保质期长溶解困难，地面溶解设备投资较大，价格较高应用广泛乳液聚丙烯酰胺分 子 量 高

4、，易 溶解、不 需 溶 解 设备，保质期较长（69 个月）运输较困难，费用高，价格高应用较广2022-7-27EOR Lab62022-7-27EOR Lab7聚合物驱油机理聚合物驱油机理 一方面是控制水淹层段中水相流度，改善水油流度比，提高水淹层段的实际驱油效率；另一方面是降低高渗透率的水淹层段中流体总流度，缩小高、低渗透率层段间水线推进速度差，调整吸水剖面，提高实际波及系数。2022-7-27EOR Lab82022-7-27EOR Lab92022-7-27EOR Lab102022-7-27EOR Lab112022-7-27EOR Lab12两个层段的吸水量比较22112122221

5、1112121rorwwororwwoorowrworowrwkkkkkkkkkkkkkkqq含水饱和度0.200.300.350.400.450.52备注21qq5.05.227.2910.4314.3321.58水驱(o/w=15)21qq5.03.573.293.253.293.42聚合物驱(o/w=1)2022-7-27EOR Lab13聚合物溶液的粘度聚合物溶液的粘度 现代高分子溶液理论认为，线形柔性高分子在其良溶液中为似球状态，因此，对于高分子水溶液的粘度可表示为：溶液中的高分子体积越大，聚合物溶液的粘度越大smwwpVNVk2022-7-27EOR Lab14聚合物特性粘数当高分

6、子聚合物溶于溶剂水中形成溶液时，溶液的粘度往往大于溶剂水的粘度，通常用特性粘数来表示聚合物分子对溶液粘度的贡献。特性粘数的定义是聚合物浓度趋近于零时对比粘度的极限值。其表达式为：RcsscC00limlim (5-8)或 CCscrc)/ln(limlnlim00 (5-9)ssRC (5-10)式中：s溶剂粘度，mPa.s；r相对粘度，sR，无因次；R对比粘度，ssRC，单位是浓度的倒数，dl/g；在非常低的粘度下测定的聚合物溶液的粘度，mPa.s；聚合物特性粘数单位是浓度的倒数，dl/g。2022-7-27EOR Lab152022-7-27EOR Lab162022-7-27EOR La

7、b172022-7-27EOR Lab18描述聚合物溶液的流变性的模型模型 表达式常数说明Power-Law1nKK稠度系数(mPas sn-1)，K1 为牛顿流体的粘度流变指数(无因次)假塑 性流体,0.4 n 1.0为最简单的模型，不能适应极高和极低情况，n1 描述假塑性Ellis12/101-1 流 变 指 数,等 效 于Power-Law 中指数 n 的倒数0零剪切粘度,mPas1/2=0/2时的剪切应力唯一用剪切应力描述的模型，等于幂律模型中的 1/nCarreau21201n极限剪切粘度n-1剪切变稀区直线斜率流变性转变参数,第一牛顿区向剪切变稀区转变时对应的剪切速率的倒数应用于较

8、宽范围内的，通常取溶剂粘度为四参数模型CarreauA21201n在 Carreau 中当0 ,0 时的极限情况。应用于较宽 范围内的通常取溶剂粘度为四参数模型CrossN10N流变性为指数应用于较宽 范围内的通常取溶剂粘度为四参数模型Meter12/1011/2为021处对应的剪切速率应用于较宽 范围内的通常取溶剂粘度为四参数模型2022-7-27EOR Lab19测定流变性的各种仪器设备及其特点流变测定仪器流变测定仪器特征特征Brookfield LVF（4 速），LVT（8 速），LVTDV（8速），LVTDV（8 速），HATD（8 速）。以上型号均有 UL 头。使用方便，结构简单，便

9、于携带。Contraves LS30精确，剪切速率范围较为合适，尤其适应低粘度流体的低剪切测定，操作相对简单。Haake RV20精确，与同等价格的流变仪相比，测得的剪切速率较低，较宽的温控范围，计算机控制，操作相对简单，除了粘度以外还可以测定第一应力和动态粘弹性参数。Haake RV100/CV100精确，剪切速率范围较为合适，但不及Contraves 剪切速率低，较宽的温控范围，测定温度比 Contraves 高。Rheometrics FluidsRheometer RFR7800精确，剪切速率范围较大，较宽的温控范围（比 Contraves 或 Haake 大），计算机控制和数据处理。

10、Rheometrics MechanicalSpectrometer RMS705F精确，与流体粘度计相比测定的剪切速率更低，范围更大，较宽的温控范围，计算机控制和数据处理。Rheometrics FluidsSpectrometer RFR8400可以测定第一应力，其他性能与Rheometrics Fluids Rheometer RFR7800 相同。WeissenbergRheogoniometer精确，剪切速率测定范围较大，较宽的温控范围。Rheotech InternationalVER精确，剪切速率范围较大，较宽的温控范围，计算机控制，操作相对简单。2022-7-27EOR Lab

11、20聚合物降解 聚合物降解是指聚合物主链断裂，或主链保持不变而改变了取代基的过程。聚合物降解主要取决于聚合物本身的化学结构（尤其是化学键键能）。外界因素如应力、温度、含氧量、残余杂质都对聚合物降解有很大影响。在聚合物驱油中，通常将聚合物的降解分为 机械降解 化学降解 微生物降解2022-7-27EOR Lab21聚合物驱中的机械降解过程聚合物驱中的机械降解过程（1）地面设备中流速变化处如闸门、喷嘴、静混器、泵、管线等部位中都有可能降解。（2）在搅拌中，聚合物的降解不仅与转速有关，而且还与搅拌器形状及叶片分布有关。（3）聚合物溶液在地层中尤其是井筒附近区域的机械降解最为严重。由于岩石孔隙很小，流

12、速很高，拉伸应力很大，因此降解非常严重。如果射孔密度不大，射孔炮眼中机械降解也比较严重。2022-7-27EOR Lab22（1）机机械械降降解解描描述述方方法法描述聚合物机械降解程度的参数有粘度损失率和筛网系数损失率。粘度损失率的定义为：%1001%100ooo (5-15)式中o聚合物溶液降解前初始粘度（mPa.S）聚合物溶液降解后粘度（mPa.S）类似于粘度损失率，筛网系数损失率定义式为%100ooSFSFSFSF (5-16)式中SFo聚合物降解前筛网系数（Screen Factor）SF聚合物降解后筛网系数聚合物溶液降解后，筛网系数变化要比粘度变化敏感得多。2022-7-27EOR

13、Lab23防止和减轻机械降结程度的措施防止和减轻机械降结程度的措施（1）采用低速搅拌器，低剪切注塞式注液泵，避免使用针形阀。（2）对于套管射孔完井，增大射孔密度和孔径，从而降低聚合物在炮眼处的流速。（3）对渗透率较低的油藏，注聚合物前对井筒附近地层采用小型酸化，增大孔隙尺寸。（4）采用单井单泵方式注聚合物，避免使用油嘴或阀门来控制调节注入量。2022-7-27EOR Lab24 聚合物溶液的过滤性能系指聚合物溶液在恒压下通过一定孔径的滤膜后的过滤量的变化。用滤膜过滤器测定溶液的过滤因子可以了解聚合物的性质。这项参数能对聚合物生产中的质量控制和优选适用于矿场使用的流度控制剂提供依据。过滤因子定义

14、为：100200400500500ttttFR2022-7-27EOR Lab252022-7-27EOR Lab26筛网系数定义 筛网系数定义为在相同条件下一定体积的聚合物溶液流经孔隙粘度计的时间与溶剂相同体积的流经时间的比值，即：式中：SF：筛网系数，无因次；tp：聚合物溶液流经粘度计的时间，sec；ts：溶剂（盐水）流经粘度计的时间，sec。spttSF 2022-7-27EOR Lab272022-7-27EOR Lab28聚合物在多孔介质中的滞留 定义：聚合物分子从水相逃逸出来并粘附在多孔介质的表面，使溶液中聚合物浓度降低的现象。分类：聚合物吸附 机械捕集 水动力学滞留 因素：多孔介

15、质的性质即结构，聚合物本身的性质，以及地层水性质2022-7-27EOR Lab29聚合物的滞留量 聚合物的滞留量是聚合物驱过程设计的重要依据和油藏数值模拟的基础输入参数。滞留量太大，聚合物损失量太多，降低了注入水的增粘能力，同时延迟聚合物和富油带的推进速度，适当的滞留量可以改善注入流体的水动力学场，达到分流作用2022-7-27EOR Lab30bCaC12022-7-27EOR Lab312022-7-27EOR Lab32不可入孔隙体积（IPV）聚合物流经多孔介质时，并不是所有聚合物都全部能够进入多孔介质的孔隙及喉道，只有一部分尺寸较大的孔隙，聚合物才能进入。即这一部分孔隙相对于注入的聚

16、合物来说是可以进入的，而剩余部分孔隙相对于注入聚合物分子来说是不可进入的，即“不可入”。不可入孔隙体积（Inaccessible Pore Volume）的定义是聚合物分子不能进入的那一部分孔隙体积所占岩石总的孔隙体积的百分数，用IPV表示。通常IPV为0.150.35孔隙体积（Vp），2022-7-27EOR Lab33不可入孔隙体积（IPV）2022-7-27EOR Lab34阻力系数和残余阻力系数 阻力系数和残余阻力系数是描述聚合物流度控制和降低渗透能力的重要指标。阻力系数RF是指聚合物降低流度比的能力，它是水的流度与聚合物溶液的流度的比值。PPWWPWFkkR2022-7-27EOR

17、Lab35残余阻力系数RK 残余阻力系数RK 描述聚合物降低渗透力的能力，它是聚合物驱前后岩石水相渗透率的比值。即渗透率下降系数。wawbKkkR KWPFRR2022-7-27EOR Lab362022-7-27EOR Lab37阻力系数与残余阻力系数的测定阻力系数与残余阻力系数的测定2022-7-27EOR Lab38聚合物驱油藏筛选聚合物驱油藏筛选 不同学者提出的聚合物驱油藏筛选标准筛选标准Taber31（1983）王克亮32（1997）马世煜33（1995）NPC34（1995）油层温度（oC）93 93 75 80原油粘度（mPa.S）10 20 20 20可动油饱和度（%）10 1

18、0 10其他条件无底水高矿化度用黄原胶2022-7-27EOR Lab39聚合物驱的室内实验 主要目的：筛选适合于油藏的聚合物 进行聚合物驱的敏感性分析 为聚合物数模提供必要的输入参数。主要内容：聚合物配伍性（筛选实验）实验 岩心实验 驱油实验。2022-7-27EOR Lab402022-7-27EOR Lab41聚合物的配伍性/筛选的室内评价 聚合物性能指标（如聚合物分子量、水解度、残余单体含量、固含量、粒度等）的实际值，聚合物的溶解性 增粘性 过滤性 稳定性。配伍性实验条件应与油藏实际条件一致，即配制的水需用注入水，浓度应在5001500mg/L范围内，实验温度为油藏温度。2022-7-

19、27EOR Lab42岩心流动试验（1）吸附/滞留量（2）不可入孔隙体积（3）阻力系数与残余阻力系数（4）多孔介质中的流变性（5）聚合物扩散系数与粘性指进系数2022-7-27EOR Lab432022-7-27EOR Lab44油藏描述内容 油层深度，所处构造位置及地层倾角；断层类型和分布；隔层类型和分布以及地质参数；油层沉积相特征，时间单元划分及其地质参数；油层纵向与平面非均质性；井间砂体的变化规律及定量解释；油层水驱开发前后油层物性与流体性质的变化；油层岩石矿物特征、粘度分布及泥质含量等。2022-7-27EOR Lab452022-7-27EOR Lab46油藏描述需要收集的资料采油井

20、、注入井完井地质报告；取心井的岩心综合地质图及岩心分析化验资料（包括油层渗透率、孔隙度、含油、水饱和度、润湿性、粘土含量、毛管压力曲线、孔隙结构参数、相渗透率曲线等）；测井解释成果图；试验层段射孔数据：顶底深度、孔密、射孔枪型等；试验层开采动态资料（包括注采剖面测试结果、注采液量、油井含水、采出程度、油层压力、注采能力（指数）等）；注水开发前后，油层流体性质变化资料；原油高压物性资料，油田水物化性质；试验综合数据（包括面积、井数、砂岩厚度、有效厚度、孔隙度、原始含油饱和度、原油密度、体积系数、试验孔隙体积、地质储量等）。2022-7-27EOR Lab47油藏描述方法 识别油层沉积环境，沉积相

21、特征，时间单元划分及其地质参数的定量描述 描述油层非均质性：根据测井解释结果和岩心资料，应用Dykstra.&Parsons渗透率变异系数的计算方法 描述油层开采后油水分布状况 进行水驱历史拟合 注示踪剂模拟2022-7-27EOR Lab48聚合物驱地面工艺技术聚合物驱地面工艺技术聚合物驱的主要目的在于通过增加水相粘度和降低水相渗透率，来改善水驱油流度比，提高波及系数，最终提高原油采收率。因此，保持聚合物溶液的粘度是聚合物驱地面工艺设计中的核心。在地面工程中，影响聚合物溶液粘度的因素及对策为列于表 5-5。表 5-5 影响聚合物溶液粘度的因素及其对策影响粘度的因素对 策水质尽量使用低矿化度水

22、作为注入水铁离子与聚合物相接触的容器、管线及其他设备尽量采用不锈钢或玻璃钢衬里材料，聚合物溶液可加入螯合剂机械降解聚合物溶液的注入泵应采用容积式，降低粘度损失，此外，注入设备应满足设计的配注量及长时间稳定注入的要求微生物在注入水中加入杀菌剂2022-7-27EOR Lab49聚合物驱地面工艺设计的总原则（1）满足聚合物驱方案提出的地面建设要求（2）最大限度地保持聚合物溶液粘度（3）尽可能节省地面建设投资（4）方便生产运行和管理（5）保证工程的安全2022-7-27EOR Lab50聚合物溶液配制及注入过程聚合物溶液配制及注入过程为：配比分散熟化泵输过滤储存罐升压计量配比稀释混合注入。配比：在水

23、和聚合物干粉分散混合之前，对水和聚合物干粉分别进行计量，并使水和聚合物干粉按一定比例进入下一道工序；分散：将聚合物干粉颗粒均匀地散布在一定量的水中，并使聚合物干粉颗粒充分润湿，为下一道工序做准备。熟化：将聚合物干粉颗粒在水中由分散体系转变为溶液的过程。聚合物属高分子物质，其溶解与低分子物质的溶解不同。首先聚合物分子与水分子的尺寸相差悬殊，二者的运动速度也相差很大。水分子能比较快地渗入聚合物分子，而聚合物向水中的扩散却非常缓慢。2022-7-27EOR Lab51泵输：是为聚合物溶液的过滤提供动力条件。一般来说，为了减少聚合物溶液的机械降解，大都采用螺杆泵。过滤：是为了除去聚合物溶液中的机械杂质

24、和没有充分溶解的“鱼眼“。稀释和混合：配制好的聚合物溶液，按配制要求计量，进入到高压注水管线中，与注入的低矿化度水，经静态混合器混合稀释。注入：经混合稀释的聚合物溶液注入井中。聚合物溶液配制及注入过程2022-7-27EOR Lab522022-7-27EOR Lab53注入井完井工艺注入井完井工艺1.用声幅曲线检查固井质量，相对幅度小于40%；2.用声波变密度检查固井质量，水泥胶结指数（BZ）大于0.8；3.射孔前清水试压15MPa，30min不降；4.套管外径140mm，壁厚7.72mm。2022-7-27EOR Lab542022-7-27EOR Lab55聚合物驱监测 主要目的:及时了

25、解聚合物驱油动态 调整聚合物驱方案 保证聚合物驱顺利实施 降低聚合物驱风险 提高聚合物驱效果。监测对象:注入井 生产井 油藏内部。2022-7-27EOR Lab56 监测内容:注入井的注入压力，注入聚合物浓度和粘度、注入速度、累计注入量、注采比、注入井吸水剖面等；生产井含水率、产液量、产油量、产出聚合物浓度以及产层剖面的变化；油藏的驱替特征曲线、IPR曲线、霍尔曲线 数值模拟跟踪拟合。聚合物驱监测2022-7-27EOR Lab572022-7-27EOR Lab58通过赫尔曲线可以计算出阻力系数和残余阻力系数。阻力系数:水驱斜率聚合物驱斜率12mmRF （5-55）残余阻力系数:水驱斜率聚

26、合物驱后水驱斜率13mmRK （5-56）聚合物驱油过程中，m2大于 m1，说明驱油效果好，停止注入聚合物后，m3仍大于 m1，则说明聚合物还在起作用，仍有效。图 5-25 为某油田注聚合物前后的 Hall 曲线，利用式（5-55）、（5-56）以及（5-42），可以计算出某油田注聚合物的阻力系数、残余阻力系数和有效粘度分别为 3.2,2.51和 1.51mPa.s。2022-7-27EOR Lab59聚合物驱实例聚合物驱实例 渗透率变异系数0.73 埋深1480m，有效厚度11.5m 含油面积3.01km2，地质储量标定值256.1104t 平均渗透率91910-3 m2，孔隙度21.25%

27、油藏温度73，原始地层压力14.8MPa 地下原油粘度7.8mPas 地层水总矿化度5002mg/L（其中Ca2+为18mg/L，Mg2+为mg/L）。2022-7-27EOR Lab602022-7-27EOR Lab61聚合物驱先导试验 1977年底投入开发先后经历了五个开发阶段。天然能量试采全面注水开发细分层系开发井网一次加密调整井网二次加密调整阶段。到1994年1月采出程度38.6%，综合含水90.4%，累积产油98.95万吨，预计水驱最终采收率41.5%。2022-7-27EOR Lab62聚合物和聚合物段塞的确定聚合物和聚合物段塞的确定 采用的聚合物为S625，分子量为1900万。

28、根据配产配注方案的优化结果，以及VIPPOLYMER模型的数值模拟结果，确立注入量为0.36PV。段 塞注入量%Vp浓 度mg/L日注溶液m3/d聚合物用量t注入时间d前缘主体后尾5.025.07.011009005003303303306125039152758212合计37.094633035011222022-7-27EOR Lab63注聚合物前的准备工作 对三口注聚合物的井进行了酸化，以提高其吸水能力，增加其注入能力，降低注入压力；进行了示踪剂试验；对注入井进行了高强度的深度调剖，确保在纵向剖面上的注入均匀；在S215井进行了聚合物吞吐返排试验，了解聚合物的注入性以及设备运转的稳定性。

29、2022-7-27EOR Lab64聚合物段塞注入 1994年2月6日开始注入聚合物，至1995年12月止，完成了聚合物前缘段塞注入。前缘段塞注入S625聚合物（分子量1900万）30t和S525聚合物（分子量1700万）51.344t。注入浓度为1090mg/L，注入地层孔隙体积6.623%，注入粘度为93mPas；主体段塞注入S525聚合物干粉194.3t，平均浓度896mg/L，井口粘度58mPas，主体段塞量17.77%Vp。2022-7-27EOR Lab65聚合物驱效果 日产油量增加，综合含水下降；1995年12月综合含水85.6%，比注聚合物前含水（91.5%）下降5.6%。地层

30、压力回升；产出液矿化度、氯离子含量升高；1995年与1994年对比，试验区四口油井产出液矿化度由3393mg/L上升到4131mg/L。注入液推进速度减慢；聚合物驱见效时间快（68个月）。2022-7-27EOR Lab662022-7-27EOR Lab67河南南阳油田聚合物驱先导试验经济评价结果经济评价指标聚合物驱水驱聚合物驱净增效益净现值（万元）39792205净现值率（%）180.8215.3内部盈利率（%）8069.1投资回收期（年）12.1投资利润率（%）30.252.5投资利税率（%）65.370.1平均单位成本（元/吨）762.22390.252022-7-27EOR Lab6

31、82022-7-27EOR Lab692022-7-27EOR Lab70聚合物驱经济评价聚合物驱经济评价 方案水驱拟合率达到91%以上，优化水驱考虑了各种增产措施，其他调整因素，以优化水驱为对比基础，实际产油量2.75104t，高于聚合物驱方案预测量2.174104t；增加采收率9.8%；增产1吨油的化学剂费用为120.28元/吨（PAM）；每吨聚合物增产油量191.2吨（油）/吨（PAM）；聚合物投资主要包括聚合物设备购置费、建站费及仪器仪表与配件费，共计874万元；成本包括聚合物费、注入设备折旧、调剖、测吸水剖面、产液剖面、测残余油饱和度、工人工资、试验站动力材料消耗，每吨59元储量使用费，而不考虑分摊费用；2022-7-27EOR Lab71 评价期按聚合物驱的有效期7年计算；基准收益率按12%选取；油价按1220元/吨；税收包括资源税8元/吨、矿产资源补偿税1%、城建税0.4%、教育附加税3%元/吨、增值税14.5%；聚合物价格为2.3万元/吨（粉）；净现值达2205万元，内部盈利率69.1%，投资回收期2年，平均单位成本为390.25元/吨，投资利润率和投资利税率均较高聚合物驱经济评价聚合物驱经济评价