聚合物驱油技术探讨

一、前言

聚合物是一大类高分子物质的总称。我国已研究出多种用于提高原油采收率的聚合物, 包括黄原胶 (生物聚合物) 、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、羟乙基纤维素、硬葡萄糖等。

聚合物驱技术是隶属于三次采油阶段的"提高采收率"技术中的一种强化采油工艺技术, 通常是在水驱开发基础上进行的, 所以又称为改善水驱, 是向地层注入高粘度的聚合物溶液来大大降低流度比 (M表示) 、扩大波及体积从而提高采收率的驱油工艺。

二、聚合物驱油机理

首先改善了水油流度比, 扩大了波及体积。水驱油时, 当M>1, 说明水的流动能力比原油强, 水的流动易发生指进现象, 波及系数就低, 大部分原油将不会被驱替出来。而聚合物加入水中, 溶液渗入地层能力降低, 粘度就提高, 溶液流动则降低。如原油的流动能力比溶液强, 溶液波及范围就得到提高, 水驱油的效果则变好。其次增加了水在油藏高渗透部位的流动阻力, 提高了波及效率。聚合物加入水中, 一方面增加了水的粘度并减少了水的有效渗透率。另一方面在渗透高部位流动时所受流动阻力小, 机械剪切作用弱, 聚合物降解程度低, 则聚合物分子就易于缠结在孔隙中, 增大高渗透部位的流动阻力。反之, 低渗透率部位, 聚合物分子降解作用强, 分子回旋半径就低, 反而容易通过低孔径孔隙, 而不堵塞小孔径。第三, 形成稳定的"油丝"通道。由于聚合物溶液的粘弹性作用, 拖拉携带盲端残余油以及形成稳定的"油丝"通道。聚合物加入水中, 没有弹性的水变成了具有弹性的溶液。一方面聚合物溶液可看作可胀可缩的海绵, 即"海绵效应"。聚合物溶液通过孔隙就像海绵通过一样, 可以拖拉携带出孔隙边缘中油滴状的油以及使孔隙壁上的油膜变薄。另外一方面聚合物溶液将残余油拉伸形成细长的油柱, 然后跟下游油柱相遇即形成稳定的"油丝"通道, 也可能是由于油水界面的内聚力而形成多个细小油珠, 并与下游油珠结合形成稳定的"油丝"通道。无论是"海绵"效应拖拉携带残余油还是"油丝"机理, 都降低了各类水驱残余油量, 提高了驱油效率。

三、用于聚合物驱的聚合物应满足的条件

(1) 水溶性好; (2) 具有较高的相对分子质量; (3) 注入性好; (4) 溶液具有一定的热稳定性及抗剪切降解能力; (5) 具有较好的化学稳定性; (6) 生物稳定性较好; (7) 对油层和环境无污染; (8) 来源广, 易于运输且价格便宜。

四、聚合物驱提高采收率的影响因素

1. 油层条件对提高采收率的影响因素

(1) 油藏类型的影响

如果油层含大量泥岩, 那么聚合物就会被泥岩吸附。如果是气顶油, 或者油层具有裂缝, 那么注入的聚合物会充填到气顶中, 或者沿着聚合物前进造成聚合物绕流。如此就会大大的影响驱油效果, 不过对于泥岩含量非常小, 我们可以多注入些来弥补被吸附的聚合物, 对于高孔渗大孔道或微笑裂缝可以通过调剖来改善。根据国内大量室内试验和现场实施经验, 聚合物驱适用的油藏类型是陆相沉积的砂岩油藏, 砂体发育连片, 不含泥岩或含量非常少。

(2) 油层非均质性影响

当油层比较均匀时, 聚合物流体推进就比较均匀, 比非均质油藏推进速度慢, 被聚合物流体波及到体积越大, 驱油效率就越高。当油层非均质程度严重时, 体积扫油效率提高幅度就越大。体积扫油效率和驱油效率这两个因素基本保持平衡, 因而提高采收率的结果几乎是一样的。不过油层非均质性较均匀时, 水驱开发效果本来很好, 聚合物驱提高采收率的幅度就低。而油层非均质性不好, 水驱开发效果差, 聚合物驱提高采收率幅度就大。综合考虑, 油层非均质性越强 (一般在0.5-0.8之间) , 越适合实施聚合物驱油。

(3) 地层原油粘度的影响

当原油粘度过低, 那么一般水驱后孔隙中的残余油就会很少, 实施聚合物驱就没有意义。当原油粘度过高, 要想改变水油流度比, 则需要更高粘度的聚合物溶液, 那么要求的聚合物浓度和量就高, 从而需要更强的注入压力, 这就给地面工艺带来了相当大的困难。根据国内经验, 原油粘度一般在20~100m Pa.s之间, 适合实施聚合物驱。

(4) 油层温度的影响

温度太低, 细菌活动加剧, 聚合物的生物降解作用就强, 不利于聚合物驱。温度过高, 聚合物的氧化降解, 水解, 絮凝作用就强, 粘度明显减小。根据经验, 大于70℃时, 过滤因子会明显增大, 注入压力则需增强。这些情况的发生都不利于聚合物驱, 因此适合聚合物驱的油层温度不能过高, 一般略低于70℃。

(5) 地层水矿化度的影响

配置聚合物溶液所用水质的矿化度能影响聚合物驱油粘度, 同样地层水的矿化度也会降低聚合物溶液的粘度, 影响聚合物驱油效果。因此适合油藏地层水的矿化度不能太高, 一般在6000mg/L。

2. 聚合物条件对提高采收率的影响

(1) 聚合物浓度及用量对原油采收率的影响

一定程度下, 聚合物浓度越大, 溶液的粘度越高, 驱油效果应该越好。

(2) 聚合物相对分子量对原油采收率的影响

较高分子量的聚合物具有较强的粘弹性, 这样就扩大力量聚合物驱的波及体积和提高聚合物驱油效率, 因此在一定范围内聚合物的相对分子量越高, 其原油采收率提高值也就越大。

(3) 转注时机对原油采收率的影响

转注时机包括不进行水驱直接进行聚合物驱, 由水驱后不同阶段转为聚合物驱。水驱前及水驱后不同阶段对应的含水率逐渐升高。相同浓度的聚合物驱, 注入时间越早, 原油采收率提高值就越大。

(4) 不同井网条件对原油采收率的影响

由于油藏平面非均质性严重, 井距越大, 井间非均质性越严重, 而聚合物驱可以有效降低井间非均质性, 所以在控制范围内, 井间距离越大, 波及效率越高, 原油采收率提高值也就高。

(5) 残余阻力系数对原油采收率的影响

残余阻力系数是聚合物溶液注入油层前后水的流动度之比, 表征吸附和捕集在岩石孔道中的残留聚合物分子对水流动的抑制能力。

结语

我国是世界上三次采油工业化程度最高的国家, 聚合物驱油技术研究与应用走在世界前列。近年来三次采油增产的油量已占到我国石油产量的6%, 且逐年上升。进行三次采油是减缓我国多数油田衰老速度、维持我国原油稳产、减少我国对国外原油依赖程度的战略要求。

摘要：目前, 我国的大型油田, 如大庆油田、胜利油田等东部油田都已进入开发等东部油田都已进入开发中期, 产量都有不同程度的递减, 而新增储量又增加越来越缓慢, 并且勘探难度也越来越大, 因此控制含水, 稳定目前原油产量, 最大程度的提高最终采收率, 经济合理的予以利用和开发, 对整个石油工业有着举足轻重的作用, 我国的三次采油技术已达到世界领先水平。三次采油技术中, 化学驱技术占有最重要的位置, 化学驱中又以聚合物驱油技术最为成熟有效。聚合物驱油以其成本低廉、能够大幅度提高采油速度与开采效益、注入工艺简单等多项优势而得到重视和应用。

关键词：聚合物驱油