聚合物采油工艺原理课件.ppt
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- 聚合物 采油 工艺 原理 课件
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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
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