概述及聚合物驱
【采油PPT课件】聚合物驱油基础知识
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聚合物用量（PV.mg/L）
喇南一区中心井含水与聚合物用量关系
40
产 油
30 (104t)
年产油 比例 累积产油
33.8
26.74 24.4
31.15
33.07
34.50
40
年 产 油 比 30 例
（％）
20
10 2.38
0 0
19.3 18.33
11.67 8.42
喇南一区油层注聚前后流度变化
试验 区块
一区葡 I1-2
流动 系数
872
注聚前
吸水厚 流度 度(m) (k/μ)
14.8 58.7
流动 系数
注聚后
吸水厚 度（m）
流度 (k/μ)
k/μ下 降幅度 （%）
144
14.8
9.7
82.2
油井生产压差放大，产液指数下降
生产
10.0 8.0
6.07
6.75
7.08
压差
6.0 4.0 3
3.77 3
生产压差放大4.26MPa
2.0 0
150
300
450
600
750
产液 指数
4.0 3.5 3.37 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
0
3.76 2.6
150
产液指数下降幅 度62.7%
1.49
1.38
1.4
300
450
600
喇南一区生产压差、产液指数变化曲线
粘7 度
6
5
4
3 20
聚合物驱采油
聚合物驱采油聚合物驱实际上是把水溶性聚合物加到注水井中以增加注入水的黏度，使油的流淌力量相对提高，从而提高油田采收率。
聚合物驱是一种三次采油方法。
聚合物驱在我国经过多年的矿场先导性试验，取得提高采收率8％～10％的好效果，目前在成功、大庆、大港等油田均已形成了肯定规模的工业化生产力量，成为油田新的增储上产措施。
1．聚合物驱油的油藏应具备以下条件目前使用的部分水解聚丙烯酰胺聚合物存在盐敏效应、化学降解、剪切降解等问题，因此，对油藏地质条件有肯定的要求。
一般认为适合聚合物驱油的油藏应具备以下条件：（1）油层温度不宜过高，最好不超过70℃；（2）地层水和注入水矿化度低，有利于聚合物增黏，一般矿化度应低于10000mg/L；（3）油层渗透率变异系数太大或太小，均不利于提高聚合物驱的效果；（4）油层渗透率应要高和孔隙度应大于25％，如太小也不利于聚合物驱；（5）其它因素，如油层润湿性、地层水的pH值等，也都是聚合物驱必需考虑和讨论的问题。
我国绝大部分油田属于陆相地层，在平面上、纵向上非均质性都非常严峻，地层原油黏度在5mPa·s以上的占90％以上，具有很大的聚合物驱潜力。
据讨论认为，我国适于聚合物驱的储量达43．577亿吨，其中成功油田就有9．74亿吨，可增加可采储量近亿吨，潜力巨大。
2．影响聚合物驱油效率的因素影响聚合物驱油效果的因素许多，也很简单，主要包括油层的非均质性、地层水矿化度、油层温度、井网特征以及聚合物相对分子量和注入量等。
因此设计注聚方案时要综合考虑各种因素，以达到最大经济效益。
3．聚合物驱油动态变化规律聚合物驱油可分为以下三个阶段：水驱空白阶段、聚合物注入阶段和后续水驱阶段。
其中，聚合物注入阶段是聚合物驱油的中心阶段。
一般为3～3．5年时间，在此阶段主要任务是实施聚合物驱油方案。
将方案设计的聚合物用量按不同的注入段塞注入油层，同时此阶段的后期也将是增油的高峰期、聚合物驱增油量的50％以上将在此阶段采出。
2.聚合物驱
Poweer-Law 区直线交点所对应的剪 (n-1) 区与 - Power-Law 区直线的斜率
3)聚合物溶液常用的流变模型
③Carreau 流变特征图
Log()
1
2
0
n 1 / 2
0 斜率=(n-1)
斜率=(n-1)
1/
log
log
3.聚合物溶液在孔隙介质中的流变性
聚合物溶液的有效粘度
聚合物溶液在孔隙介质中的粘弹性 影响孔隙介质中流变性的因素 筛网系数
3.聚合物溶液在孔隙介质中的流变性
孔隙介质的特点
孔隙介质有孔有喉，流道小，不规则，存在收 缩—发散的流动环境，因而聚合物溶液渗流时，既 有剪切流动，又有拉伸流动。
然状态。如弹簧。
粘弹性：物质同时具有粘性和弹性的性质。外力
作功，缓缓发生形变;
聚合物的降解作用
盐和盐的类型 机械降解：在高流量区(阀门、射孔孔眼)因 溶剂类型 聚合物分子量和结构 水解度
强烈的剪切和拉伸，使大分子降解； 水解度越高，羧钠基(-COO) 多，基团 良溶剂中，分子伸展，分子内摩擦力增 分子量越高，线团体积越大，粘度越大 盐浓度越高，溶液拈度越小 ; 化学降解：细菌、氧、光照等作用、生物聚 间斥力大，分子更舒展，无规线团体积， 合物因发酵失去增粘作用； 大，粘度增大 结构不同粘度不一 二价阳离子较一价阳离子的影响大得多 . 高温降解：温度升高，粘度下降（PHPAM的 粘度大。 适宜的温度≤70℃）。
AM n CH2 CH
CO
NH2
PAM
引发剂
CH2-CH
n
CO
NH2
1) 部分水解聚丙烯酰胺
油田聚合物驱油原理
油田聚合物驱油原理
油田聚合物驱油是一种常用的增油技术，其原理是通过注入聚合物溶液，增加油层中的黏度，形成较大的剪切应力和流动阻力，促使原油顺着聚合物流动，从而增加采油效果。
聚合物驱油机理主要包括以下几个方面：首先，聚合物分子与原油分子之间存在吸附作用，这种吸附作用可以提高原油的黏度，增加流动阻力，防止原油的快速流出，从而实现增油效果；其次，聚合物本身的分子结构可以形成一定的弹性和黏性，使其在油层井道中能够形成较大的剪切应力，进一步促进原油的流动；最后，聚合物的分子结构还可以吸附油层中的金属离子和其他杂质，从而减少沉积和堵塞，保持油层的通畅性和稳定性。
聚合物驱油技术具有很多优点，如增油效果好、操作简单、节约成本等。
但同时也存在一些不足之处，如聚合物的稳定性不高、溶液粘度过高等问题，需要不断进行优化和改进。
- 1 -。
聚合物驱
1.3.2 合成聚合物方面的研究进展
（5）多元组合共聚物 研制主导思想： 综合考虑聚合物的特性，设计分子结构，将阴、阳离子单体、耐温耐盐 单体、改进性能的刚性单体进行组合共聚，使其同时具有两类或三类聚合物 的优点。 （这是目前国内、外比较热门的研究课题。）
存在的问题：
从耐温耐盐机理上考虑，仍不能克服单一改性聚合物存在的缺点，目前 还不能达到三次采油的要求。
1.3.1 天然聚合物方面的研究进展
(3) 羟乙基纤维素HEC 天然聚合物改性，将纤维素碱化、羟乙基化：
HEC分子单元结构
优点：对热稳定（可用于超过93℃地层）； 对盐不敏感；抗剪切性好。 缺点：稠化能力差，用量大，导致成本高。
1.3.2 合成聚合物方面的研究进展
主要研究工作：
• 合成超高分子量HPAM； • 改进PAM的分子结构，以改善聚合物的性能。
上图中为了对比相同压力梯度条件下的黏弹性聚合物溶液的
驱油效果，葡萄糖溶液与聚合物溶液的黏度基本相同，即具有相
1.4 聚合物驱油机理研究进展
1.4.1 聚合物驱宏观驱油机理
“提高波及效率”
（1） 增加驱油剂的粘度，降低油水流度比，增加面积波及效率。
流度比： M= (Krw / Kro)· (μo / μw) 当油水粘度比(μo / μw)降低，则油水流度比降低，缓解了驱油 剂“指进”、“窜流”的现象。
1.4 聚合物驱油机理研究进展
1.3.3
疏水缔合聚合物专题
（7） 疏水缔合聚合物 几年前：多方论证，认为：水溶性疏水缔合聚合物是目前可用于油气开采 的性能最好的聚合物，虽然尚未有实际应用的报道，但国内外许多专家对此 非常关注。 针对油气开采对聚合物的要求，罗平亚院士提出一种新的理论假设： （a）让溶液中聚合物分子链间适当结合，形成均匀布满整个溶液体系的 三维立体网状结构，即形成多级结构； （b）此结构可逆，即这种结合是强度中等的分子链间的相互作用； （c）此溶液体系为结构流体，应满足： ηapp=η非结构+η结构
聚合物驱
三、部分聚丙烯酰胺的结构和性质
聚丙烯酰胺的分子式： 聚丙烯酰胺的油水选择性和堵水机理
四、部分聚丙烯酰胺的优点
1 .部分水解聚丙烯酰胺增粘性好 其分子量高，有很好的稠化能力。部分水解聚丙烯酰胺分子量一般为一千万
到几千万，分子链长，分子直径与内摩擦大，溶液具有较大的水动力体积，黏度 大，减小水油流度比，提高驱油波及系数，有利于驱油
处理措施：一对于易降解通过除氧（加入还原型抗氧化剂，抗自由基型抗氧 剂）和加入稳定剂（例如HPAM弱凝胶用稳定剂RL-1 ）来减小降解的影响。二对 于易水解高温油藏要使用低水解度的HPAM溶液。
五、应用中的问题
3 . HPAM抗剪切降解能力差
由于HPAM的分子构造，它的抗剪切能力相对较差。HPAM易因剪切而降解， 当HPAM溶液通过闸门、流量计孔板和低渗透地层时，都会引起HPAM的降解， 使增粘效果降低。
二、驱油用聚合物的性能要求
❖ 粘弹性：聚合物驱替液通过多孔介质时，希望具有一定的粘弹性，分子链 可以拉伸 收缩带出一部分未波及到区域(如盲端)的残余油，提高驱油效率。
❖ 稳定性：由于聚合物溶液需要长期处于地层环境中，一般见效期在半年以 上。因此聚合物溶液在地层应具有长期稳定性，包括聚合物溶液与地层水、 岩石及粘土矿物的配伍性，以及剪切稳定性，化学稳定性，热稳定性和生物 稳定性。
四、部分聚丙烯酰胺的优点
5 .部分水解聚丙烯酰胺具有良好的稳定性 (1) 热稳定性：HPAM分子中氧桥，对热比较稳定，在小于93 ºC能稳定存在无明显 降解。 (2) 生物稳定性：HPAM具有较好的生物稳定性，虽然油田有使HPAM降解的细菌 存在，但对其稳定性不构成威胁。 (3) 化学稳定性：HPAM中有一定数量的非离子亲水基团—CONH2，不与钙 镁离 子反应。 6 .HPAM来源广，价格低。
聚合物驱提高采收率
聚合物驱提高采收率摘要：石油是重要的能源化工原料，有“工业血液”之称，随着国民经济的高速发展，要求石油工业提供越来越多的石油产品。
世界各国为了满足国民经济发展对石油产量的需求，一方面加强勘探寻找新储量，一方面努力提高已开发油田的采收率，积极进行3次采油的探索与应用。
通过注入驱油剂来开采油层的残余油为强化采油，又称3次采油，可使采收率提高到80% ～85%。
聚合物驱就是一种比较有效的提高原油采收率的3次采油方法，它能在常规水驱开采后期，使油藏采收率再提高8%左右，相当于增加四分之一的石油可采储量。
关键词：聚合物驱；石油；采收率一、概述聚合物驱（Polymer Flooding）是是一种流体控制技术，是在注入水中加入少量的聚丙烯酰胺或生物聚合物黄原胶，以提高水相的粘度，降低水相的渗透率，并因聚合物的滞留引起油层渗透率下降。
因此，聚合物可以明显降低水相的流速，改善流度比，提高水淹层段的驱油效率。
聚合物段塞可以改善粘性指进和舌进现象，降低高渗透水淹层段中的流度。
聚合物驱是化学驱中一投入工业应用的一种提高采收率的方法。
二、聚合物驱油机理宏观上看聚合物驱油的基本原理是通过提高注入流体的粘度，调节油藏中油水两相的流度比，达到扩大波及体积的目的。
下面我们从微观上分析一下聚合物的驱油机理。
首先改善了水油流度比（M表示），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。
聚合物的流度控制作用是聚合物驱油的两大重要机理之一，在水驱条件下，水突破后采出液中油的分流量为：油、水两相的相对渗透率是含水饱和度的函数。
是控制采出液中含水上升速度的重要参数。
当油水粘度比很大时，采出液中含水率上升速度很快。
相反，在油水粘度比很小时，采出液中含水率上升速度将大大减缓，当达到采油经济允许的极限含水率时，油层中的含水饱和度已经很高，因而实际驱油的效率也高。
第四章 化学驱
§1.2 为什么聚合物驱可以提高采收率
聚合物驱提高采收率，主要通过下列机理： 聚合物驱提高采收率，主要通过下列机理： 一、增粘机理 聚合物可通过增加水的粘度，降低水油流度比， 聚合物可通过增加水的粘度，降低水油流度比，从而提 增加水的粘度 高波及系数。聚合物之所以能增加水的粘度，主要由于： 高波及系数。聚合物之所以能增加水的粘度，主要由于： （1）水中聚合物分子互相纠缠形成结构。 ）水中聚合物分子互相纠缠形成结构。 （2）聚合物链节中亲水基团在水中溶剂化。 ）聚合物链节中亲水基团在水中溶剂化。 （3）若为离子型聚合物，则其在水中解离，产生许多带电符 ）若为离子型聚合物，则其在水中解离， 号相同的链节， 号相同的链节，使聚合物分子在水中所形成的无规线团更松 因而有更好的增粘能力。 散，因而有更好的增粘能力。
构，因此粘度越低。 因此粘度越低。 （2）渗流性质 ） HPAM溶液在孔隙介质中的流变曲线（图1-4）可分 个区， 溶液在孔隙介质中的流变曲线（ 个区， 溶液在孔隙介质中的流变曲线 ）可分5个区 零剪切区（第一牛顿区）、假塑性区、极限剪切区（ ）、假塑性区 即零剪切区（第一牛顿区）、假塑性区、极限剪切区（第二牛 顿区）、胀流区和降解区。 ）、胀流区和降解区 顿区）、胀流区和降解区。
H 2C CH
m
CH2
CH
n
CONH2
COOM
式中， 为 、 或 驱油用HPAM的相对分子质量在 的相对分子质量在1 式中，M为Na、K或NH4。驱油用 的相对分子质量在 ×106～15×106范围，水解度（指含羧基的链节在聚合物链节 × 范围，水解度（ 中所占的百分数） 范围， 中所占的百分数）在1% ～45%范围，它的质量浓度在 范围 它的质量浓度在250 ～ 2000mg·L-1范围，注入量在 范围。 · 范围，注入量在0.25 ～0.60Vp范围。 HPAM溶液有下列重要性质： 溶液有下列重要性质： 溶液有下列重要性质 1） （1）粘度 影响HPAM溶液粘度的主要因素有 溶液粘度的主要因素有HPAM的相对分子质量、 的相对分子质量、 影响 溶液粘度的主要因素有 的相对分子质量 水解度、质量浓度、温度、剪切速率、水中盐含量（矿化度） 水解度、质量浓度、温度、剪切速率、水中盐含量（矿化度） 和酸碱度（ 值 和酸碱度（PH值）等。 单因素试验证实， 相对分子质量越大， 单因素试验证实，HPAM相对分子质量越大，质量浓度和 相对分子质量越大 水解度越高，越容易在水中形成结构，因此粘度越高； 水解度越高，越容易在水中形成结构，因此粘度越高；温度 越高， 值越低 剪切速度越大， 值越低， 越高，PH值越低，剪切速度越大，越不利于在水中形成结
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展除注水以外的其它EOR技术。相应地，前苏联石油
部成立了提高采收率公司，从此, EOR技术有了较大的 长足发展。
一种方法。注水的作用是补充油层的驱油能量，水作为
油的排驱剂，将油排走而占据油原来占据的空间。因此 ，注水后油层含油饱和度下降、含水饱和度上升。
二次采油:
注水采收率比能量衰竭法高得多，一般在
25~40%OOIP，个别油田可达80%OOIP。由于水的来源广、价格 便宜、采收率又高，所以，美国自20世纪40年代初便迅速发展 起了注水采油。50~60年代，注水开发工程的项目数达到了顶峰 。60年代后期，注水工程的项目数一直在下降。原因是一些注 水油田已进入注水开发的后期，油井含水持续上升，产油量不 断下降。当油井含水率达到95~98%，达到注水开发的经济极限 ，注水井停止注水、油井停止生产。通常，油井产液量高，达
三次采油发展现状
EOR以美国发展最快，这与美国对石油需求量大 而最近几十年新发现地质储量越来越少有关。即使有 新的储量发现，也属于三低油田或油藏（低储量、低 丰度和低渗透率），基本没有或没有开发价值。为了 鼓励和发展EOR技术，美国曾采取了一些非常有利的 优惠税收政策。特别是在原油价格暴涨的70年代，美 国能源部对国家研究机构和有关大学给予EOR研究的 经济支持，对石油公司则实行EOR矿场试验的成本分 担。这些政策有力地促进了EOR技术的发展。
三次采油发展现状:
但到1981年后，上述税收优惠政策中断，新的政
策有利于投资少但提高采收率收效也低的EOR工程项
目，这就使得一些大的石油公司停止了投资大但采
收率也高的EOR试验，这就是80年代后美国EOR技术 发展缓慢的重要原因。特别是80年代中期以后，世
界原油价格暴跌，美国政府认为可以从中东获得稳
19
17 14 10 9 8 18 15 11 16 7 13 20
11.60
13.01 13.90 19.18 20.55 21.92 11.92 13.70 19.37 13.70 23.43 14.57 10.00
19
17 15 8 5 3 14 12 4 10 1 9 13
16.0
18.2 21.5 33.9 39.5 42.7 23.9 28.0 40.4 30.9 51.8 33.0 24.3
沙特
委内瑞拉 墨西哥 沙特 阿联酋
灰
砂 灰 砂 灰
3
4 5 6 7
260
219 137 121 88.0
2
5 12 4 6
113.7
43.80 16.80 44.20 24.70
2
16 20 6 11
43.7
20.0 12.3 36.7 28.0
加什萨兰
马隆 阿赫瓦士 罗马什金 萨莫特洛尔 基尔库可 胡赖斯 费雷东-马贾 鲁迈拉 萨利姆 马尼法 祖卢夫 贝里
到经济极限的含水率就高；相反，达到经济极限的含水率低。
油田名称 奥里诺拉 布尔甘
国家 委内瑞拉 科威特
岩性 砂 砂
地质储量 名次 1 2 10 8t 1644 260 1 3
可采储量 名次 10 8t 275.0 91.70
采出程度 名次 18 7 /% 16.7 35.0
加瓦尔
博利瓦尔沿岸 奇康托皮克 萨法尼亚哈夫杰 扎库姆
降低原油粘度
三次采油
对于一些特殊油层，不宜进行注水开发，例如稠油、轻质 油以及特低渗透率油层。提高这类油藏的采收率，可以通过热 采（稠油）或注气（轻质油和/或特低渗透率油藏）。此外，某 些注水油藏，从提高采收率的角度考虑和出发，在注水开发的 中期就开始进行聚合物驱。 在我国，除玉门油田外，其它油田对于一次采油和二次采 油都没有明确的划分界限。因此，(在我国油田使用提高采收率 这一名词更恰当。一般”三次采油”是指油藏注水达到经济极 限后采用的提高采收率措施或技术与方法。)
EOR方法驱油方法
气体混 相驱
液化石油气段塞驱 富气段塞混相驱 高压干气驱 二氧化碳驱 氮气驱 烟道气驱
蒸汽吞吐 蒸汽驱 火烧油层 聚合物驱,表面活性剂 驱, 碱水驱 聚合物—表面活性剂驱 碱—聚合物驱 碱—聚合物—表面活性 剂驱 微生物驱 微生物调剖 微生物降解稠油 微生物清防蜡
热力 采油
提高采收 率方法
伊朗
伊朗 伊朗 俄罗斯 俄罗斯 伊拉克 沙特 沙特、伊朗 伊拉克 俄罗斯 沙特 沙特 沙特
灰
灰 砂 砂 砂 灰 灰 灰 砂 砂 砂 砂 灰
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
72.6
71.4 64.7 56.6 52.1 51.4 49.9 48.9 47.9 45.6 45.2 44.3 41.1
化学 驱
微生物 采油
图9-1提高采收率分类图
EOR方法驱油方法
采收率=波及系数×洗油效率 1:按提高采收率机理分类
聚合物驱 泡沫驱
复合驱 微生物采油 低浓度表面活性剂水驱 高浓度表面活性剂微乳液驱 提高驱油效率 碱水驱 提高波及效率
提 பைடு நூலகம் 采 收 率 方 法
复合驱
气体混相驱 微生物采油 热采 气体混相驱 气体非混相驱 微生物采油
定且价格低廉的原油，对EOR研究的经济支持减少， EOR技术的发展受到较大冲击。
三次采油发展现状
而在2000年左右，世界原油价格又大幅度回升， 各国又开始重新重视和发展EOR技术。美国政府也又 开始投资和支持研究机构、大学和石油公司从事EOR 技术的研究开发和工程项目。
前苏联各油田50~60年代处于注水鼎盛时期，其它
三次采油
(强化采油,Tertiary Oil Recovery, Enhanced Oil Recovery)。
除了一次采油和二次采油之外的其他任何能增加油 井产量，提高油藏最终采收率的采油方法。
由于地层的非均质性，水驱经济极限后仍然有 60~70%的原油，以剩余油的方式残留于地层, 称为二次 残余油（也称水驱残余油） 。
二次采油
一百多年以前，从一口生产井的封隔器漏失事故中
，人们才发现注水采油这一方法。那次事故起因于上
部高压水层的水通过漏失的封隔器进入油层，使该井 停止生产，但周围油井的产油量却明显上升了。由此
，总结出了人工注水采油法.
人工注水采油法，是在地层原有能量衰竭后，在油层 边缘或油层内部，由地面向井内注水，从生产井采油的