提高采收率用聚合物驱油体系的探讨

2023-01-27

聚合物的分子量为106级别, 在一定条件下, 其链的长度与孔隙介质的孔隙直径是一个数量级。在一定条件下聚合物分子链可以卷曲成团状或球状, 聚合物分子在孔隙介质中运移时, 在水溶液中聚合物分子就像钩挂在孔隙介质岩石颗粒上一样, 从而形成附加的渗流阻力, 并且聚合物的分子会吸附在岩石表面的颗粒上。

一、聚合物驱油原理

使用少量的烃类一油溶剂、乙醇、磺化物或其他表面活性剂时, 水与这种综合性溶液相接触就会形成油与这种溶液的充分溶混区或使油与这种溶液的表面张力剧烈下降 (达到10-6N/m) , 原油与综合性溶液直接接触面离注水井越远, 溶液中含水率越高, 并直到全部变为纯水为止, 所以在原油和水之间形成一个极低的或者零表面张力区, 也即形成一个综合性溶液与原油的充分溶混区。同时这种溶液的成分是在纯水到油溶剂之间变化。但是胶束溶液的有效粘度要比原来构成它的物质的粘度高得多。若用清水驱替胶束溶液, 溶液驱替系数就会很低, 因此为了使胶束溶液段塞沿着储层移动, 通常后面用聚合物水溶液驱替。这样, 在驱替过程中, 既进行了流度比控制 (聚合物水溶液) , 又使驱替液与被驱原油达到混相 (胶束溶液) , 从而达到提高采收率的目的。

二、用于提高采收率的聚合物

达到高采收率的一个必要条件是保证油和气相溶混, 因此原油粘度不应太高, 只含应少量的胶质-沥青质。而且只能在不低于20MPa的高储层压力下使用天然气或富气。利用CO2驱油的油田开发经验表明, 当条件比较有利时, 利用CO2驱油与常规注水驱油相比较原油采收率可增加10%~15%。如果采用液相、超临界或者气态的CO2段塞可以取得最好的效果。CO2驱油过程应当优先用于重烃组分、胶质和沥青含量均不高的轻质油油田, 因为当原油与CO2接触时, 以及轻质油从原油中析出来时, 胶质和沥青都可能在孔隙介质中发生沉积。在高压下利用溶剂和气体驱油时出现的基本问题有:注入气向采油井过早突窜, 以及油井中气油比上升过快。气体强烈突窜会降低作用储层的波及系数, 造成最终采收率的降低。为了克服上述问题带来的困难, 应当尽可能向构造的高部位, 有可能的话就向构造顶部进行高压注常规气或富气。在这种情况下, 油气重力分离作用将会在一定程度上阻止注入气向采油井的突窜, 防止该过程储层波及系数的降低。

如果大规模采用烃溶剂从储层中驱油, 就需要向储层中注人大量昂贵的烃并使其长期 (也可能是永远) 留在储层中, 从经济角度看是不合算的, 可用水驱烃溶剂段塞驱油, 从而达到降低生产费用的目的。水驱烃溶剂段塞这一采油方法发展阶段的早期, 曾认为这类段塞应当占储层总孔隙体积的0.05~0.10。但是后来, 考虑到储层高度岩性非均质和裂缝性, 形成这样的观点:在比较平缓的储层中溶剂段塞的尺寸应当是储层孔隙体积的0.2~0.25。

三、提高采收率用聚合物驱油体系

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS) 是20世纪70年代出现的非常重要的乙烯基单体, 系丙烯酰胺衍生物, 为强阴离子型单体, 聚合活性很高, 用它合成的化学品广泛应用于医药、卫生、纺织、造纸、日化、涂料等部门。它的制备是以丙烯腈、异丁烯、发烟硫酸为原料。2-丙烯酰胺基烷基磺酸实际上可看作是在AMPS的基础上改进的一种含有磺酸基的活性单体, 用长链α-烯烃 (C12~C16) 、丙烯腈和发烟硫酸为原料, 得到的产物分子中含有磺酸基和双键, 还含有一个长链烷基, 具有表面活性剂的结构和功能, 因此是一种具有表面活性的可聚合单体[4]。普通的聚丙烯酰胺产品在机械剪切作用下, 易发生降解, 使大分子链断裂或主链与侧基连接键之间断裂, 导致产品的分子量或溶液黏度降低, 影响产品的性能。而对于疏水缔合型水溶性聚合物, 在一定浓度的稀溶液中, 随着剪切速率的增加, 体系黏度有一定增加, 但增加到一个最大值后又降低。其主要原因是, 在一定剪切速率作用下, 剪切应力破坏了稀溶液中聚合物的分子内缔合结构, 引起分子链扩张伸展, 同时使聚合物形成分子间缔合作用, 黏度增加, 表现出强烈的剪切增稠性能。剪切速率增加到一定数值后, 强剪切作用也破坏了分子间的缔合结构, 体系黏度开始降低。

在水溶液中, 由于它的水化作用和静电排斥作用, 使分子链伸展, 有着较大的流体力学体积, 黏度增大;而在盐溶液中, 由于盐离子特别是高价盐离子的存在, 容易破坏水化层, 放出自由水, 减弱分子主链的排斥作用, 使分子主链卷曲, 流体力学体积减小, 黏度降低, 而且分子中的羧基对Ca2+、Mg2+特别敏感, 易与它们配位而沉淀失效, 在高温、高盐情况下更是如此。对于疏水缔合型水溶性聚合物, 虽然溶液中盐离子中和了大分子中存在的带电基团, 减少了分子内电荷的相互排斥作用而使分子主链卷曲, 黏度下降, 但是盐离子对疏水长链烷基的缔合作用影响不大, 且这种缔合作用可阻止主链收缩, 从而阻止黏度下降, 提高抗盐性, 甚至黏度随着盐溶液浓度的增加而提高。其中盐的加入有两方面的作用:一是使溶剂的极性增强, 从而使疏水效应增强;二是屏蔽了分子内正负离子基团的相互作用。

结论

总之, 在水溶液中, 由于这种静电吸引作用, 使两性聚合物分子基团内和分子链内产生缔合作用, 导致其分子链收缩, 流体力学体积减小, 分子构象较为紧密;而在盐溶液中, 由于分子基团内和分子链内缔合被小分子电解质屏蔽、破坏, 使高分子物质与溶剂相互作用能力增强, 分子构象变得舒展, 从而表现出明显的反聚电解质溶液特性。

摘要：聚合物驱油法是向油藏注入高分子量的水溶性聚合物溶液, 降低了岩石的渗透率并增加注入水的粘度, 从而改善了流度比, 减弱了粘性指进, 增加波及系数, 从而提高了石油采收率。本文将主要探讨提高采收率用聚合物驱油体系。

关键词：采收率,聚合物驱油,体系