题目：CO2混相驱和非混相驱的驱油机理
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2014年 4 月 12 日
CO2混相驱和非混相驱的驱油机理
CO2驱是把CO2注入油层，依靠CO2的膨胀、降粘等机理来提高原油采收率的技术。随着人们对温室效应认识，将CO2 注入地层不仅能够提高原油采收率，还可以起到封存CO2的作用，是三次采油方法中最具有潜力的采油技术。
CO2混相驱
我国低渗、特低渗油藏投入开发后暴露出许多矛盾，如自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等，而注水补充能量因油藏地质条件的限制受到很大制约，因此采收率均较低。从国外EOR技术的发展趋势看，气驱特别是CO2混相驱将是提高我国低渗透油藏采收率最有前景的方法。
1、CO2的基本性质
在标准条件下，也即在0.1MPa压力、273.2K（绝对温度）下二氧化碳是气体状态，气态二氧化碳密度D=0.08-0.1千克/立方米，气态二氧化碳粘度为0.02~0.08毫帕秒，液态二氧化碳密度D=0.5-0.9千克/立方米，液态二氧化碳粘度为0.05-0.1毫帕秒，但在高压低温条件下液态与气态二氧化碳的密度相近，为0.6-0.8吨/立方米。
压力、温度对二氧化碳的相态有明显的控制作用。当温度超过临界温度时，压力对二氧化碳相态几乎不起作用，即在任何压力下二氧化碳都呈现气体状态，因此在地层温度较高的油层中应用二氧化碳驱油，二氧化碳通常是气体状态而与注入压力和地层压力无关。
二氧化碳在水中溶解性质要比气体烃类好得多，地层条件下在水中溶解度为30-60立方米/立方米，而质量比浓度可以达到3-5%，其水中溶解度受压力、温度、地层水矿化度的影响，二氧化碳在水中溶解度随压力增加而增加，随温度增加而降低，随地层水矿化度增加而降低。
二氧化碳溶于水中形成“碳化水”，结果使水的粘度有所增加。二氧化碳在地层中存在，可是泥岩的膨胀减弱。
二氧化碳在油中溶解度远高于在水中的溶解度，大约是水中溶解度的4-10倍，当二氧化碳水溶液与原油接触时，由于其与油、水溶解度的差异，二氧化碳能够从水中转移到油中，在转移过程中水中二氧化碳与油相界面张力很低，驱替过程很类似于混相驱。水中的二氧化碳可以破碎和冲刷、清洗掉岩石表面油膜，从而保持水膜的连续性，造成很低界面张力，让油滴在孔隙通道中自由运移，使油的相对渗透率增加。
当压力超过“完全混相压力”时，不论油中有多少二氧化碳，油与二氧化碳都将形成单相混合物，即达到无限溶混状态。低粘度原有混相压力低，重质高粘度原油混相压力高。二氧化碳与原油混相压力还与原油饱和压力有关。此外，地层温度也影响混相压力。
2、驱油机理
注入的流体与油藏原油在油层中反复接触，发生分子扩散作用，组分传质，最终消除多相状态，达到混相，这就是所谓的多级接触混相（动态混相）。这种接触混相的过程，会产生一个相过渡带，位于
驱替前缘，在这个过渡带中，流体的组成由油藏原油的原始组成过渡为注入的流体的组成。
向前接触和向后接触是多级接触混相中常用的两个概念。向前接触混相过程是指注入气不断与新鲜的地层油接触，将油相所含的中间烃蒸发到气相中去，最终实现混相的过程。向后接触过程是指地层油不断接触新鲜的注入气，不断凝析注入气中所含的中间烃，最终达到多次接触混相的一种混相形式。这两种驱替过程是同时但在地层中不同地点发生。向前接触发生在前缘，而向后接触发生在后缘。
混相驱油是在地层高温条件下，原油中轻质烃类分子被CO2析取到气相中，形成富含烃类的气相和溶解CO2的液相(原油)两种状态。其驱油机理主要包括以下三个方面：
(1)当压力足够高时，CO2析取原油中轻质组分后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，重质成分从原油中析出，原油黏度大幅度下降，提高了油的流动能力达到混相驱油的目的。在适合的储层压力、温度及原油组分等条件下，临界CO2与原油混合，形成一种简单的流体相同。
(2)CO2在地层油中具有较高的溶解能力，从而有助于地层油膨胀，充分发挥地层油的弹性膨胀能，推动流体流人井底。
(3)油气相互作用的结果可以使原油表面张力减小。图1反映了几种油-气系统界面张力与压力的关系，它表明了溶解气种类对油气体系界面张力的影响。随着压力的增加，原油-空气系统的表面张力减小不大，这是由于氮气(空气的主要成分)在油中的溶解度极低，因
此，系统的表面张力随压力变化缓慢。对于原油-CO2系统，由于CO2的饱和蒸汽压很小，在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度，因此原油-CO2系统的界面张力随着压力增加而快速下降。对于原油-天然气系统而言，天然气中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、丁烷等使得天然气在油中的溶解度要远大于氮气的溶解度，故界面张力随压力增加而急剧降低。
图2-3 典型油-气系统界面张力
（①原油与空气；②原油与天然气；③原油与CO2）
CO2非混相驱
1、重油的相对分子量很高,CO2与原油的混相压力比油藏压力高得多,因此通过注CO2提高原油采收率必须依赖非混相驱。在非混相驱中, CO2溶入原油后,使油膨胀,并降低油的粘度,从而达到驱油增产的目的。通过介绍非混相CO2驱在油藏增产中的驱油机理,证明 CO2作为一种有效的驱油剂,可以提高油藏原油的采收率。
2、驱油机理
（1）降低原油粘度
CO2溶于原油后,降低了原油粘度,试验表明,原油粘度越高,粘度降低
程度越大。40℃时,CO2溶于沥青可以大大降低沥青的粘度。温度较高(大于120℃)时,因CO2溶解度降低,降粘作用反而变差。在同一温度
条件下,压力升高时,CO2溶解度升高,降粘作用随之提高,但是,压力
过高,若压力超过饱和压力时,粘度反而上升。原油粘度降低时,原油
流动能力增加,从而提高了原油产量。
（2）改善原油与水的流度比
大量的CO2溶于原油和水,将使原油和水碳酸化。原油碳酸化后,其粘度随之降低。一般地,二氧化碳溶于水后,可使水粘度增加20% -30%,水流度增加2-3倍,同时随着原油流度的降低,油水流度比和油水界
面张力将进一步减小,使油更易于流动。
（3）膨胀作用
CO2溶于原油中可使原油体积膨胀,原油体积膨胀的大小,不但取决于
原油分子量的大小,而且也取决CO2的溶解量。
（4）溶解气驱作用
由于CO2在原油中的溶解度较大,在注人过程中,一部分CO2溶于原油,随着注人压力上升,溶解的CO2量越来越多,当油藏停止注CO2时, 随
着生产的进行,油藏压力降低,油藏原油中的CO2就会从原油中分离出来,为溶解气驱提供能量,形成类似于天然类型的溶解气驱。即使停驻，油藏中的CO2气体仍然可以驱替油藏中的原油,而且,一部分 CO2像残
余气一样圈闭在油藏中,进一步增加采出油量,从而达到提高原油的
采收率的目的。
（5）提高渗透率和酸化解堵作用
二氧化碳-水的混合物略带酸性并与地层基质相应地发生反应。在页岩中,由于pH值降低,碳酸稳定了粘土,生成的碳酸氢盐很容易溶于水,它可以导致碳酸盐的渗透率提高,尤其是井筒周围的大量水和二
氧化碳通过碳酸岩时圈。另外,二氧化碳-水混合物由于酸化作用可
以在一定程度上解除储层无机垢堵塞,疏通油流通道,恢复单井能。（6）分子扩散作用
非混相CO2驱油机理主要建立在CO2溶于油引起油特性改变的基础上。为了最大限度地降低油的粘度和增加油的体积,以便获得最佳驱油效率,必须在油藏温度和压力条件下,要有足够的时间使CO2饱和原油。但是,地层基岩是复杂的,注入CO2也很难与油藏中原油完全混合好。多数情况下,通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。
二氧化碳驱油技术研究现状与发展趋势 随着世界经济的飞速发展，能源的生产与供求矛盾越发突出，石油作为工业发展的命脉，由于其储量的有限性，使得人们对它的研究和关注程度远胜于其它能源。寻找有效而廉价的采油新技术一直是专家们不断探索的问题。 针对目前世界上大部分油田采用注水开发面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题国外近年来大力开展了二氧化碳驱油提高采收率(EOR)技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率 （一）二氧化碳驱油技术机理 1、降粘作用 二氧化碳与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10左右。原油初始粘度越高，降低后的粘度差越大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油产量。 2、改善原油与水的流度比 二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，同时也降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积。 3、膨胀作用 二氧化碳注入油藏后，使原油体积大幅度膨胀，便可以增加地层的弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表面的束缚，变成可动油，是驱油效率升高，提高原油采收率。 4、萃取和汽化原油中的轻烃 在一定压力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同组分的轻质烃，降低原油相对密度，从而提高采收率。二氧化碳首先萃取和汽化原油中的轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。 5、混相效应 混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。二氧化碳与原油混合后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到90%以上。 6、分子扩散作用 多数情况下，二氧化碳是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。分子的扩散过程很
聚合物驱油技术 聚合物驱是一种提高采收率的方法，聚合物驱是注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通过增加水相粘度和降低水相渗透率来改善流度比，提高波及系数，从而提高原油的采油率。在宏观上，它主要靠增加驱替液粘度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积；在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。 从20世纪60年代至今，全世界有200多个油田或区块进行了聚合物驱的试验。水驱的采收率一般为40%左右，通过聚合物驱采收率为50%左右，比水驱提高10%。国内外在研究聚合物驱油理论与技术方面取得了大量的成果，我国在大庆油田，胜利油田和大港油田都应用了聚合物驱油并取得良好的效益。 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末期，产量都有不同程度的递减，而新增储量又增加越来越缓慢，并且勘探成本和难度也越来越大，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，而三次采油技术是目前为止能够达到这一要求的技术，国家也十分重视三次采油技术的发展情况，在“七五”、“八五”和“九五”国家重点科技攻关项目中，既重视了室内研究，又安排了现场试验，使得我国的三次采油技术达到了世界领先水平。目前的三次采油技术中，化学驱技术占有最重要的位置，化学驱中又以聚合物驱技术最为成熟有效。聚合物驱机理就是在注入水中加入高分子聚合物，增加驱替相粘度，调整吸水剖面，增大驱替相波及体积，从而提高最终采收率。 我国油田主要分布在陆相沉积盆地，以河流三角洲沉积体系为主，储油层砂体纵横向分布和物性变化均比海相沉积复杂，油藏非均质性严重，而且原油粘度高，比较适合聚合物驱。对全国25个主力油田资料的研究表明，平均最终水驱波及系数0.693，驱油效率0.531，预测全国油田水驱采收率仅仅为34.2%，剩余石油储量百亿吨。目前这些已经投入开发的老油田，大部分已经进入高出程度、高含水期，开展新的采油技术十分必要。国内自1972年在大庆油田开展了小井
聚合物溶液的粘弹性行为在提高聚合物 驱油效率中的机理分析与运用 Mojdeh Delshad, Do Hoon Kim, Oluwaseun A. Magbagbeola, Chun Huh, Gary A. Pope, Farhad Tarahhom编（石油工程师协会，美国德克萨斯大学奥斯汀分校） 摘要 越来越多的室内实验和矿场试验都证实了聚合物溶液的粘弹特性有助于提高聚合物驱油效率。对高分子量部分水解的聚丙烯酰胺聚合物进行大量的流变测量和岩心驱替实验后，表明了聚合物溶液的粘弹性行为在聚合物驱提高原油采收率中起着作用。在使用UTCHEM模拟器对提高油层波及系数进行定量评价后，将不同聚合物溶液的弹性作用模拟成在多孔介质中聚合物溶液的表观粘度。 随着高浓度和高分子量聚合物的使用，使聚合物驱的应用范围延伸至对更高粘度原油的开采。对聚合物在多孔介质中流变性机理的了解及其精确的数值模拟是聚合物驱矿场试验成功的关键。 对不同的剪切速率（与在岩心中流动速度和渗透率）、聚合物浓度和分子量进行振荡和剪切粘度的测定和聚合物岩心流动实验。聚合物的剪切增稠特性与通过它的分子松弛时间的Deborah数有关，它反过来又决定于流变数据。表观粘度模型是根据聚合物在多孔介质中的剪切稀释和剪切增稠来符合实验数据而发展起来的。这种模拟器被应用于组分化学驱模拟器中和成功历史拟合所开发的岩心驱替原油开采试验中。 系统的流变性测定和岩心驱替，以及使用表观粘度模拟器都证实了不同的聚合物弹性作用有助于提高聚合物的驱油效率。尤其对聚合物溶液的剪切增稠性进行描述时，是根据大量的流变测定而得到的分子松弛时间来决定的。
二氧化碳驱油技术的现状和发展 目前，世界上大部分油田仍采用注水开发，这就面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱油提高采收率技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。 一、二氧化碳驱油技术： 二氧化碳驱油是一种把二氧化碳注入油层中以提高油田采收率的技术。标准状况下，二氧化碳是一种无色、无味、比空气重的气体，密度是1.977克/升。当温度压力高于临界点时，二氧化碳的性质发生变化：形态近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍。这时的二氧化碳是一种很好的溶剂，其溶解性、穿透性均超过水、乙醇、乙醚等有机溶剂。如果将二氧化碳流体与待分离的物质接触，它就能够有选择性地把该物质中所含的极性、沸点和分子量不同的成分依次萃取出来。萃取出来的混合物在压力下降或温度升高时，其中的超临界流体变成普通的二氧化碳气体，而被萃取的物质则完全或基本析出，二氧化碳与萃取物就迅速分离为两相，这样，可以从许多种物质中提取其有效成分。 二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组分的条件下，二氧化碳可以形成混相前缘。超临界流体将从原油中萃取出较重的碳氢化合物，并不断使驱替前缘的气体浓缩。于是，二氧化碳和原油就变成混相的液体，形成单一液相，从而可以有效地将地层原油驱替到生产井。 应用混相驱油提高石油采收率的一个关键性参数是气体与原油的最小混相压力（MMP），MMP 是确定气驱最佳工作压力的基础。一般情况下，因为混相驱油比非混相驱油能采出更多的原
聚合物驱油原理 早期的聚合物驱油机理认为，聚合物驱只是通过增加注入水的粘度，降低水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积来提高原油采收率，聚合物驱后残留在孔隙介质中的油的体积和水驱之后相同，即聚合物驱不能增加岩石微观扫油效率。经过多年的研究发现，由于聚合物的非牛顿粘弹性，聚合物驱不仅能够扩大波及体积，而且能够增加油藏岩石的微观驱油效率从而提高原油采收率。聚合物驱可有效地驱替簇状、柱状、孤岛状、膜(环)状、盲状等以各种形态滞留在孔隙介质中的残余油。室内实验还表明，具有粘弹性的聚合物溶液与具有相同粘度但不具备粘弹性的驱替液相比，多提高采收率3-5个百分点。聚合物驱油机理主要可以归纳为一下几个方面: 1 降低油/水粘度比 研究结果表明,降低油/水粘度比可以提高驱油效率。因此,设法降低地层原油的粘度和提高驱油剂的粘度就可以达到提高驱油效率的目的。但是,大面积的降低地层原油粘度的做法是不现实的,不过可以在注入水中添加高相对分子品质聚合物,以提高驱替相粘度。 2 降低水/油流度比 降低水/油流度比可以减少注入水单层突进现象。同时可以提高注水波及体积系数和驱油效率。水/油流度比的降低扩大了注水波及体积系数,使得原来需要大量注水才能采出的的原油,仅用少量的稠化水便可采出。 3 降低注水地层渗透率 降低水油流度比的方法是降低注入水的流度或提高地层油的流度。显然大面积提高地层原油流度的做法是不现实的,而设法降低注入水的流度是很容易实现的。降低注入水流度的途径:一是降低地层的有效渗透率；二是提高驱替相的粘度。这两种途径都是可以通过人工方法实现的。例如，通过机械的或是化学的方法对地层中的高渗透层段进行封堵作业(调整注水地层吸水剖面)可以降低地层的有效渗透率；通过在注入水中添加聚合物增稠剂可以提高驱替相的粘度。 4 产生流体转向效应 聚合物溶液在非均质油层中优先进入高渗透带,由于注入流体粘度的增大和高渗透带渗透率的下降使得进入的驱替流体转入未曾被注入水波及的含剩余油部位,提高了采收率。 5 提高油相分流系数 根据达西定律，油、水相的粘度μ o 、μ w 和油、水相的有效渗透率K o 、K w 决定了 油、水两相同时流经孔隙介质时油相的分流系数f o :
聚合物驱油技术机理及应用文献综述 目录 聚合物溶液种类及性质 (2) 聚合物驱油机理 (3) 聚合物驱提高采收率的影响因素 (4) 油层条件对提高采收率的影响因素1 (4) 聚合物条件对提高采收率的影响4 (5) 国内油田形成的聚合物驱主要技术 (7) 一类油层聚合物驱油技术 (7) 二类油层聚合物驱技术 (9) 聚合物驱油技术应用效果 (10) 大庆油田北一区断西聚合物驱油工业性矿场试验效果 (10) 胜坨油田高温高盐油藏有机交联聚合物驱试注试验12 (12) 大港油田港西五区一断块聚合物驱油试验效果 (13) 参考文献 (15)
聚合物溶液种类及性质 驱油用的聚合物有下面几种，黄胞胶（天然），聚丙烯酰胺（PAM），梳形抗盐聚合物，疏水缔合聚合物等等1。 黄胞胶是一种由假黄单胞菌属发酵产生的单胞多糖，具有良好的增粘性、假塑性、颗粒稳定性。由于其凝胶强度较弱，不耐长期冲刷，以及弹性差、残余阻力系数小，现场试验驱油效果不好，还容易发生生物降解作用，因此调剖和三次采油现在不怎么样用，有待于进一步改善。 聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（AM）及其衍生物的均聚和共聚物的统称。产品有三种形式，水溶液胶体、粉状及胶乳，并可以有阴离子、阳离子和非离子等类型（油田一般用粉状阴离子型产品，再者是非离子，阳离子正在发展）。具有双键和酰胺基官能团，具有烯烃的聚合性能以及酰胺结构的性能。具有水解、霍夫曼降解、交联等反应属性。聚合物溶液应用过程中会发生氧化降解、自发水解、铁离子促进降解等化学反应，以及机械剪切降解和生物降解作用。经试验证明，粘度对聚合物相对分子质量、水解度、浓度、温度、水质矿化度、流速有很多依赖性，基本上相对分子质量越高，水解度越小，浓度越大，温度越低，水质矿化度越小，流速越小，其粘度就越大。聚合物溶液在孔隙介质中流动特性有絮凝、粘弹等特性。聚丙烯酰胺的絮凝作用具有电荷中和和吸附絮凝两大因素，能降低聚合物在水中的有效浓度和粘度。通过稳态剪切流动和稳态剪切流动实验，证明了聚合物具有粘弹性，一定条件下随流速增加而发展，粘弹效应是聚合物溶液提高微观驱油效率重要机理。另外聚合物溶液的注入性差会导致注入压力上升，严重时将引起地层破坏，致使聚合物驱油失败。 普通聚丙烯酰胺耐温、抗盐性能差，为此有关专家研制出梳形抗盐聚合物，经过试验，其粘度、黏温性、增稠性、热稳定性都得到大大的提高，此类产品现已经成为普通聚合物的替代品。另外研制出一种疏水缔合聚合物，增粘及抗温、抗盐、抗剪切性能提高，但是其溶
SCCO2超临界二氧化碳 气藏可作为CO2以超临界状态（SCCO2）稳定埋存的地质载体。但由于气藏中储存的有具有开发潜力的天然气，会影响SCCO2埋存的稳定性。 CO2储存采用低温低压储罐，常用温度、压力工作参数为-20℃、2.2MPa.就投资成本、操作工艺和保冷性能来讲，建议大罐采用聚氨酯硬质泡沫塑料浇注成型保冷工艺，小罐采用真空粉末绝热保冷工艺。 二氧化碳的物理性质 不同的温度压力下，对应的饱和压力也不一样，当其压力低于它的饱和压力时，二氧化碳可为香槟酒提供气泡。当压力超过2.1MPa,且温度在-17℃以下或更低时，二氧化碳以稳定液体状态存在，适合运输和储存。假如温度足够低，在一定压力范围内，二氧化碳则以固态形式（干冰）存在。 纯二氧化碳临界温度31.11℃，临界压力为7.53MPa(或为1071psi)。在高于临界温度时，无论压力有多高，二氧化碳都以气态存在，而且密度与压力的关系成正相关系。 二氧化碳易溶于原油和水，在原油中的溶解度是在水中的4~9倍。二氧化碳的溶解度随压力增加而增加，随温度增加而降低，随水中的矿化度的增加而减少。在大部分混相驱中，油藏温度在临界温度之上，因此在油层中很难形成二氧化碳液态驱。 二氧化碳驱的种类 二氧化碳混相驱。混相驱油是在地层高退条件下，油中的轻质烃类分子被二氧化碳提取到气相中来，形成富含烃类的气相和溶解了二氧化碳的原油的液相两种状态。当压力达到足够高时，二氧化碳把原油中的轻质和中间组分提取后，原油溶剂沥青、石蜡的能力下降，这些重质成分将会从原油中析出，残留在原地，原油粘度大幅度下降，从而达到混相驱的目的。 混相驱油效率很高，条件允许时，可以使排驱剂所到之处的原油百分之百的采出。但要求混相压力很高，组成原油的轻质组分C2~C6含量很高，否则很难实现混相驱油。由于受地层破裂压力等条件的限制，混相驱替只适用于重度比较高的轻质油藏，同时在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的经验，总结起来，二氧化碳混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。a、水驱效果差的低渗透油藏；b、水驱完全枯竭的砂岩油藏；c、接近开采经济极限的深层、轻质油藏；d利用二氧化碳重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。 （2）二氧化碳非混相驱。二氧化碳非混相驱的主要采油机理是降低原油的粘度，使原油体积膨胀，减少界面张力，对原油中轻烃汽化和油提。当地层及其
题目：CO2混相驱和非混相驱的驱油机理 姓名： 学号： 学院： 专业： 指导教师： 2014年 4 月 12 日
CO2混相驱和非混相驱的驱油机理 CO2驱是把CO2注入油层，依靠CO2的膨胀、降粘等机理来提高原油采收率的技术。随着人们对温室效应认识，将CO2 注入地层不仅能够提高原油采收率，还可以起到封存CO2的作用，是三次采油方法中最具有潜力的采油技术。 CO2混相驱 我国低渗、特低渗油藏投入开发后暴露出许多矛盾，如自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等，而注水补充能量因油藏地质条件的限制受到很大制约，因此采收率均较低。从国外EOR技术的发展趋势看，气驱特别是CO2混相驱将是提高我国低渗透油藏采收率最有前景的方法。 1、CO2的基本性质 在标准条件下，也即在0.1MPa压力、273.2K（绝对温度）下二氧化碳是气体状态，气态二氧化碳密度D=0.08-0.1千克/立方米，气态二氧化碳粘度为0.02~0.08毫帕秒，液态二氧化碳密度D=0.5-0.9千克/立方米，液态二氧化碳粘度为0.05-0.1毫帕秒，但在高压低温条件下液态与气态二氧化碳的密度相近，为0.6-0.8吨/立方米。 压力、温度对二氧化碳的相态有明显的控制作用。当温度超过临界温度时，压力对二氧化碳相态几乎不起作用，即在任何压力下二氧化碳都呈现气体状态，因此在地层温度较高的油层中应用二氧化碳驱油，二氧化碳通常是气体状态而与注入压力和地层压力无关。
二氧化碳在水中溶解性质要比气体烃类好得多，地层条件下在水中溶解度为30-60立方米/立方米，而质量比浓度可以达到3-5%，其水中溶解度受压力、温度、地层水矿化度的影响，二氧化碳在水中溶解度随压力增加而增加，随温度增加而降低，随地层水矿化度增加而降低。 二氧化碳溶于水中形成“碳化水”，结果使水的粘度有所增加。二氧化碳在地层中存在，可是泥岩的膨胀减弱。 二氧化碳在油中溶解度远高于在水中的溶解度，大约是水中溶解度的4-10倍，当二氧化碳水溶液与原油接触时，由于其与油、水溶解度的差异，二氧化碳能够从水中转移到油中，在转移过程中水中二氧化碳与油相界面张力很低，驱替过程很类似于混相驱。水中的二氧化碳可以破碎和冲刷、清洗掉岩石表面油膜，从而保持水膜的连续性，造成很低界面张力，让油滴在孔隙通道中自由运移，使油的相对渗透率增加。 当压力超过“完全混相压力”时，不论油中有多少二氧化碳，油与二氧化碳都将形成单相混合物，即达到无限溶混状态。低粘度原有混相压力低，重质高粘度原油混相压力高。二氧化碳与原油混相压力还与原油饱和压力有关。此外，地层温度也影响混相压力。 2、驱油机理 注入的流体与油藏原油在油层中反复接触，发生分子扩散作用，组分传质，最终消除多相状态，达到混相，这就是所谓的多级接触混相（动态混相）。这种接触混相的过程，会产生一个相过渡带，位于
1 聚合物驱提高石油采收率的驱油机理 聚合物的驱油机理主要是利用水溶性高分子的增粘性，改善驱替液的流度比，在微观上改善驱替效率、并且在宏观上能提高平面和垂向波及效率，从而达到提高采收率的目的。以下是水油流度度比的定义式：Mwo= (1)经典的前沿理论认为，降低油水流度比，能够改变分流量曲线。聚合物驱的前沿含油饱和度和突破时的的含油饱和度都明显高于水驱，这表明聚合物驱能降低产出液含水率，提高采油速度，具有更好的驱替效果； (2)聚合物驱通过改善水驱流度比，可以改善水驱在非均质平面的粘性指进现象，提高平面波及效率;在垂向非均质地层，聚合物段塞首先进入高渗层，利用高粘度特性“堵”住高渗层，使后续水驱转向进入低渗层，增加了吸水厚度，扩大了垂向波及效率。 以下是聚合物驱和水驱的对比聚合物驱和水驱的波及系数 (3)聚合物在通过孔隙介质时发生吸附、机械捕集等作用而滞留，改变了聚合物所在孔隙处的渗透率。被吸附的聚合物分子链朝向流体的部分具有亲水性，能降低水相相对渗透率而不降低油相相对渗透率，即堵水不堵油;同时聚合物的滞留能增加阻力系数和残余阻力系数，表明渗流阻力增加，引起驱动压差增大，有利于驱动原来不曾流动的油层，提高油层波及体积。 (4)由于聚合物溶液粘滞力的作用，使得其很难沿孔隙夹缝和水膜窜进，在孔道中以活塞式推进，克服了水驱过程中产生的“海恩斯跳跃”现象，避免了孔隙对油滴的捕集和滞留。 （5）另外，聚合物溶液具有改善油水界面粘弹性的作用，使得油滴或油膜易于拉伸变形，更容易通过狭窄的喉道，提高驱油效率。 2 驱油用聚合物的性能要求 通过对聚合物驱油机理的分析，可以知道驱油用水溶性聚合物的性能指标主要是能增加油水流度比，即具有增粘性。另外，聚合物溶液由于要在地层条件下能通过多孔介质运移传播，并最终被采出地面。所以还应具有滤过性、粘弹性、稳定性以及无污染性等性能 (1)增粘性。应该尽量获取在较低浓度下就具有较高表观粘度的水溶性聚合物。要达到满意的流度比和满足三次采油工业的实际应用，一般要求在10mg/L浓度时，聚合物溶液的零剪切表观粘度应达到lOmpas 以上 (2)滤过性。水溶性聚合物最终应用时都要配制成驱替液，溶解过程中可能形成的超分子聚集或微凝胶，都会降低注入性能，引起地层伤害。 (3)剪切稀释性和触变性。在泵送聚合物溶液时，希望聚合物溶液的粘度能降低以节省泵功率，即聚合物溶液应具有剪切稀释性。另外，又希望聚合物溶液被注入地层后，粘度恢复起到增粘的作用，即触变性。 (4)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。 (5)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。 3 驱油用聚合物性能的改进 根据分子设计原理，以下结构有利于改善聚合物的耐温抗盐性能： （1）高分子量聚合物增粘性的直接原因是其分子在水溶液中所形成的流体力学体积增大，相应增大了溶液中分子间内摩擦力作用。相同结构、组成的聚合物分子量越大,增
国内外聚合物驱油应用发展与现状
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国内外聚合物驱油应用发展与现状 一、聚合物驱油机理 聚合物驱（Poｌyｍｅr Floｏdｉnｇ)是三次采油(Teｒtiaｒy Recｏvｅry)技术中的一种化学驱油技术。聚合物有两种驱油机理,一是地层中注入的高粘度聚合物溶液降低了油水流度比，减小了注入水的指进,提高了波及系数（图１和图２）,从而提高原油采收率[1－6]。二是由于聚合物溶液属于非牛顿流体，因此具有一定的粘弹性,提高了微观驱油效率[7-13］,从而提高采收率。常使用两种类型的聚合物[１4],一种是合成聚合物类,如聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺等；另一种是生物作用生产的聚合物,如黄胞胶。在长达30 年的聚合物驱室内研究和现场试验中，使用最为广泛的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物黄胞胶两种。由于生物聚合物黄胞胶的价格比较昂贵且易造成井底附近的井筒堵塞，除了在高矿化度和高剪切的油藏使用外,油田现场都使用人工合成的部分水解聚丙烯酰胺作为聚合物驱的驱剂。 图1 平面上水驱与聚驱示意图
图２纵向上水驱与聚驱示意图 二、国内外驱油用聚合物现状及发展趋势 2.1国外驱油用聚合物的发展 由于经济政策和自然资源的原因，国外对聚合物驱油做了细致的理论及实验研究,但未作为三次采油的主要作业手段。驱油用聚合物的理论自８0年代成熟以来，并未有较大突破,而其发展主要受限于成本因素。理论上，在油气开采用聚合物中，可以选用的聚合物有部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物、生物聚合物(黄胞胶)、纤维素醚化合物、聚乙烯毗咯烷酮等［1５］。但己经大规模用于油田三次采油的聚合物驱油剂仅有HPAＭ和黄胞胶两类。人工合成的驱油用聚合物仍主要以水解聚丙烯酰胺为主。已产业化的HPAM产品包括日本三菱公司的MO系列，第一制药的ＯRP系列,三井氰胺的Accｏtroｌ系列;美国Pfiｚer 的Flｏｐaａm系列，DOW的Pusher系列;英国联合胶体的Ａlｃｏflｏｏd系列；国SNF的AN系列ＨPAM聚合物。其中，Accotrｏｌ、Alcｏｆlood较早在我国进行了油田实验，而大庆的最初的5万吨/年聚驱用HＰAM装置是引进SNＦ的技术[16]。 驱油用聚合物目前在国外的消耗量不多,这主要是由于不同地区对三次采油的作业手段选择造成的。根据斯坦佛研究院统计2006年西欧用于聚合物驱油的HPAＭ消费量为200０吨,除中、美、日及西欧意外的其他地区消费量合计100０吨[１７]。 对于提高聚合物的耐温抗盐性能，国外目前主要集中在聚合物的分子设计方
碱驱驱油机理：1降低界面机理：NaOH.Na2CO3在水中解离出来0H,碱能与石油中的有机酸反应生成便面或新物质，活性剂聚集在油水界面4油层从地层表面被洗下来提高了洗油能力,根据ER=EdXEs洗油效率Ed提高采油效率ER提高.2乳化机理:驱油用表面活性剂的HLB值在一般7—18范围,它在水界面吸附可形成水包油的乳状液当d 二氧化碳混相驱数值模拟结果的主要影响因素摘要:结合胜利油区开展的低渗透油藏CO2混相驱先导试验，应用数值模拟方法，利用概念模型和实际油藏模型，确定了影响CO2混相驱数值模拟结果的主要因素，分析了模型设计及状态方程的选取等因素对CO2混相驱的影响程度。研究结果表明，网格参数的选取会对模拟结果产生重大影响，模型对储层参数的描述精度也是模拟成败的 关键。 关键词:二氧化碳;采收率;混相驱;数值模拟 CO2混相驱油技术是提高油藏采收率的重要技术之一。CO2混相驱油模拟技术所用模型已从最初的改进黑油模型，到后来的传输—扩散模型，发展到目前应用最广泛的组分模型。在目前的商业化数值模拟软件中，多数提供了混相驱的模拟功能，如斯伦贝谢公司的组分模型Eclipse300和CMG公司的组分模型GEM等。CO2混相驱的机理主要体现在膨胀地层原油、改善原油流动性、形成溶解气驱、萃取和降低界面张力等方面。这些机理造成了油藏中不同位置原油的组成、粘度、体积系数、密度等参数均发生了较大的变化，这些变化须在模拟模型中得到真实的体现。通过实际应用来看，目前的组分模型能够描述CO2混相驱的主要机理。但是通过近几年笔者完成的研究项目来看，低渗透油藏CO2混相驱数值模拟研究也有着本身的技术特点，例如模型设计、相态分析的重要性更加突出，历史拟合精度要求更高，方案优化工作更加复杂等。因此在模拟研究过程中，必须重点体现这些技术特点，对影响模拟的主要因素进行反映和刻画，是CO2混相驱模拟成败的关键。 一、状态方程及其参数的确定 在流体研究过程中选择合适的状态方程是关键因素之一。目前的组分模型提供了多种状态方程，其中三参数状态方程SRK和PR应用最广。SRK方程适用于非极性分子 1、聚合物溶液的流度控制作用 聚合物溶液的流度控制作用是聚合物驱油的重要机理之一，对于均质油层，在通常水驱油条件下，由于注入水的粘度往往低于原油粘度，驱油过程中油水流度比 不合理，导致采出液中含水率上升很快，过早地达到采油经济所允许的极限含水率的结果，使得实际获得的驱油效率远远小于极限驱油效率。向油层注入聚合物的结果，可使驱油过程中的油水流度比大大改善，从而延缓了采出液中的含水上 升速度，使实际驱油效率更接近极限驱油效率，甚至达到极限驱油效率。 在水驱油条件下，水突破油层后采出液中油的分流量为： KKro 入0 110 fo X w 入 KKrw KKro 1W (10 该式经简化得出： 1 fo 1 o ?Krw w Kro 2、聚合物溶液的调剖作用 调整吸水剖面，扩大波及体积，是聚合物提高采收率的另一项重要机理。 因 为在聚 合物的调剖作用下，油层水淹体积的扩大，将在油层的未见水层段中采出 无水原油。这就是说，油层水淹孔隙体积扩大多少，采出油的体积也就增加多少。 聚合物的调剖作用只有在油层剖面上存在渗透率的非均质状态时才能发生。 对于这类油层，在通常水驱条件下往往发生注入水沿不同渗透率层段推进不均匀 现象。高渗透率层段注入水推进快，低渗透率层段注入水推进慢。加上注入水的 粘度往往低于原油粘度，水驱油过程中高流度流体取代低流度流体的结果， 导致 注入水推进不均匀的程度加剧，甚至在很多情况下会出现高渗透率层段早巳被注 入水所突破，而低渗透率层段注入水推进距离仍然很小的情况， 致使低渗透率层 段原油不能得到有效的开采。 在不考虑重力影响的前提下，我们可以给出高渗透率层段水突破之前任一注 水阶段时两层段间吸水量之比： K1Krw1 K1Kro1 —Krw1 w Kro1 q1 1 w 0 K1? q 2 2 K2Krw 2 K2Kro 2 K2 ' —Krw2 Kro2 K1> K2 w 0 w 一简述二氧化碳混相驱的机理 混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔介质中的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。根据不同注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几种方式。而CO2混相驱一般属于多级接触混相驱。通过适合CO2驱的油藏筛选标准可知稀油油藏主要采用CO2混相驱,而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。在稀油油藏条件下CO2易与原油发生混相,在混相压力下，处于超临界状态的CO2可以降低所波及油水的界面张力，CO2注入浓度越大，油水相界面张力越小，原油越易被驱替。水、气交替注入时，水对混相有不利的影响。通过调整注入气体的段塞使CO2形成混相，可以提高原油采收率。 混相驱油是在地层高温条件下，原油中轻质烃类分子被CO2：析取到气相中，形成富含烃类的气相和溶解CO2的液相(原油)两种状态。其驱油机理主要包括以下三个方面：(1)当压力足够高时，CO2析取原油中轻质组分后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，重质成分从原油中析出，原油黏度大幅度下降，提高了油的流动能力达到混相驱油的目的。在适合的储层压力、温度及原油组分等条件下，临界CO2：与原油混合，形成一种简单的流体相。(2) CO2在地层油中具有较高的溶解能力，从而有助于地层油膨胀，充分发挥地层油的弹性膨胀能，推动流体流人井底。(3)油气相互作用的结果可以使原油表面张力减 小。随着压力的增加，原油一空气系统的表面张力减小不大，这是由于氮气(空气的主要成分)在油中的溶解度极低，因此，系统的表面张力随压力变化缓慢。对于原油一CO2系统，由于CO2的饱和蒸汽压很小，在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度，因此原油一CO2系统的界面张力随着压力增加而快速下降。对于原油一天然气系统而言，天然气中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、丁烷等使得天然气在油中的溶解度要远大于氮气的溶解度，故界面张力随压力增加而急剧降低。 对有溶解气的油一水体系，溶解气量的多少，对油一水两相间的界面张力起着决定性的作用。当压力小于饱和压力时，压力升高，界面张力增大，这是由于当压力小于饱和压力前，气体在油中的溶解度大于在水中的溶解度，使油一水间极性差更大而引起的；当压力大于饱和压力时，随着压力增加，界面张力变化不大，因为在高于饱和压力后，增加压力不会增加气体的溶解度，而仅仅是对流体增加了压缩作用。 二谈谈聚合物溶液的稳定性 聚合物溶液稳定性 1 力学稳定性：结合连续性方程、运动方程和本构方程，使用计算流体动力学软件Polyflow，计算了聚合物溶液作用在亲油岩石表面上的残余油膜的应力。计算结果表明：聚合物溶液的粘弹性越大，作用在残余油膜上的应力越大，越有利于油膜的变形；流道宽度越大，作用在油膜上的偏应力越大，越有利于提高驱油效率。 2 溶液粘度对温度的依赖性：拿酪蛋白溶液来说明，酪蛋白溶液 1. 表面活性剂驱油机理在驱替方程中如何表征 在注入水中添加表面活性物质可改善常规注水的采收率，其主要机理如下： （1）向水中加入表面活性剂可以明显地降低油水接触面上的表面张力，油滴更容易变形，结果降低了将其排出孔隙喉道必需的功，同时也增加了原油在地层中的流速。 （2）使选择性润湿接触角变小，使岩石颗粒表面水润湿性加强，即使岩石更加亲水。 （3）表面活性剂水溶液能够清洗掉以薄膜形式覆盖在岩石表面的原油，使得这些油膜破裂并被冲洗出来。表面活性剂可以吸附在油水界面上，取代原油在岩石上形成牢固吸附层的那部分活性原油组份，使原油不易束缚在岩石上。 （4）表面活性剂使地层孔隙毛管中的弯液面发生变形，加强毛管力作用，增强了水利用毛管渗吸进入饱和有原油的孔隙介质的深度以及渗吸的速度。 （5）在表面活性剂作用下原油在水中弥散作用加强，不但使油滴逐渐变小，而且增强了这种原油分散体的稳定性，从而使油滴重新合并以及在岩石表面上粘附机率大大减少，导致相渗曲线右移现象，即向水润湿方面移动，表明残余油饱和度下降。 （6）表面活性剂能吸附到结构性原油的某些组份上，并减弱它们之间相互作用，使原油粘度下降。 综上所述，表面活性剂主要作用在油水界面处及岩石表面处，即在油水界面处降低界面张力，改变岩石表面的润湿性。二者的共同作用提高采收率。以一单元体表征表面活性剂水溶液的流动过程。 考虑一单元体，如图所示，宽为b ，高为H ，表面活性剂水溶液流速为v w ，含水饱和度为S w ，表面活性剂浓度为C 。则 d t 时间内流入单元体中的表面活性剂量为：w v bHCdt d t 时间内流出单元体的表面活性剂量为：()d d d w w v C v bHC t bH x t x ?+? d t 时间内单元体水中表面活性剂增量为：()d d w S C bH x t x φ?? d t 时间内单元体中表面活性剂吸附量为：d d A bH x t x ?? 其中，A 为单元体中表面活性剂量。 根据物质平衡条件：流入量?流出量=水中表面活性剂增量+吸附量。其中，水中表面活性剂增量为单元体中水中的表面活性剂的量，作用在油水界面处；吸附量为吸附在岩石表面及结构性原油的某些组分上。二者共同构成了表面活性剂在单元体中的滞留量。根据此物质平衡条件，可得方程： ()()d [d d d ]d d d d w w w w v C S C A v bHC t v bHC t bH x t bH x t bH x t x x x φ???-+=+??? 化简得： d w v bHC t d x t C O2驱油机理研究综 述 CO2驱油机理研究综述 第一章概述 1.1 CO2驱国外发展概况 注入二氧化碳用于提高石油采油率已有30多年的历史。二氧化碳驱油作为一项日趋成熟的采油技术已受到世界各国的广泛关注，据不完全统计，目前全世界正在实施的二氧化碳驱油项目有近80个。 90年代的CO2驱技术日趋成熟，根据1994年油气杂志的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目，其中55﹪采用的是烃类气体，42﹪采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3﹪。目前，国外采用二氧化碳驱油的主要国家有：美国、俄罗斯、匈牙利、加拿大、法国、德国等。其中美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7﹪～15﹪，在西德克萨斯州，CO2驱最主要是EOR方法，一般可提高采收率30﹪左右。 1.1.1国外CO2驱项目情况 在国外，注二氧化碳（）技术主要用于后期的高含水油藏、非均质油藏以及不适合热采的重质油藏。推广二氧化碳驱油的主要制约因素是天然的二氧化碳资源、二氧化碳的输送及二氧化碳向生产井的突进问题以及油井及设备腐蚀、安全和环境问题等。为解决以上问题，提出了就注提高原油采收率技术，这种技术是向地层中注入反应溶液，使其在油藏条件下充分反应而释放出气体，溶解于原油之中，降低原油粘度，膨胀原油体积，从而达到提高原油采收率的目的。 美国是CO2驱发展最快的国家。自20世纪80年代以来，美国CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。美国目前正在 实施的CO2混相驱项目有64个。最大的也是最早使用CO2驱的是始于1972 年的SACROC 油田。其余半数以上的大型气驱方案是于1984～1986年间开始实施的，目前其增产油量仍呈继续上升的趋势。大部分油田驱替方案中，注入的CO ：体积约占烃类空隙体积的30 %，提高采收率的幅度为7 %～22％。 1.1.2小油田CO2混相驱的应用与研究 过去，CO2混相驱一般是大油田提高原油采收率的方法。大油田由于生育储量多，剩余开采期长，经济效益好，而小油田CO2驱一般不具有这些优点。近年来许多小油田实施了CO2混相驱提高原油采收率方案，同样获得了良好的经济效益。如位于美国密西西比州的Creek 油田就是一个小油田成功实施CO2驱的实例。该油田于1996 年被JP 石油公司收购时的原油产量只有143 m3 / d，因油田实施了CO2 驱技术，使该油田的原油采收率大大提高，其原油产量在1998 年达到了209 m3 / d，比1996年增加了46％。 1.1.3重油CO2非混相驱的研究与应用 CO2驱开采重油一般是在不适合注蒸汽开采的油田进行。这类油田的油藏地质条件是：油层薄，或埋藏太深，或渗透率太低，或含油饱和度太低等。注CO 2可有效提高这类油藏的采收率。大规模使用CO2非混相驱开发重油油田的国家是土尔其。土尔其有许多重油藏不适合热采方法。1986 年土尔其石油公司在几个油田实施了CO2非混相驱，取得了成功。其中Raman 油田大规模C02 非混相驱较为典型。 加拿大也有许多重油油藏被认为不适合进行热力开采，加拿大对CO2驱开采重油进行了大量的研究。试验得出，轻油粘度在30 饱和压力下从大约从1 . 4 降到20，降低了15倍。另外，在不同温度下重油粘度测量发现， 工 业 技 术 ２０１１ ＮＯ．３４ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 科技创新导报 聚合物驱油可在水驱基础上提高采收率１０％ＯＯＩＰ左右。聚合物浓度越高，采收率越大；越早转注高浓聚合物，采收率越大。因此，尽可能采用最高浓度的聚合物，尽可能早地转注高浓聚合物，不仅采收率可大幅提高，而且经济效果越好。 1 聚合物驱油机理 聚合物驱油是６０年代初发展起来的一项三次采油技术，其特点是向水中加入高分子量的聚合物，从而使其粘度增加，改善驱替相与被驱替相间的流度比，扩大波及体积，进而提高原油采收率。深入进行聚合物驱的研究，对改善油田开发效果，保持原油稳产，提高原油最终采收率具有重要意义［２］。 （１）提高宏观波及系数（V E）。聚合物注入地层后，会提高注入水的粘度，降低水相渗透率，使得油层吸水剖面得到调整，平面非均质性得到改善，水洗厚度增加，扩大了水相的波及体积，从而提高宏观波及系数。 （２）提高微观驱油效率（ D E）。只要选择合适的油藏，有正确的注入体系设计，聚合物驱可提高采收率１０％以上［３］。国内外专家认为，这是由于聚合物在一定注入速度下具有粘弹效应，从而提高了微观驱油效率。 聚合物驱替机理主要有：（１）粘弹性聚合物溶液对孔隙盲端中残余油的拖拉携带。（２）聚合物溶液对连续油膜的携带机理。（３）粘弹性聚合物溶液对孔喉处的残余油的携带机理。（４）聚合物溶液的粘弹性对圈闭残余油的携带机理。 2 聚合物驱油影响因素 由于聚合物驱主要是利用聚合物提高注入水的粘度，降低水油流度比，因此，聚合物水溶液的粘度大小，直接影响聚合物驱的效果，是聚合物驱油的主要影响因素［２］。 （１）聚合物的结构及浓度的影响。聚合物分子越大，聚合物相互缠绕的程度越大，聚合物溶液的粘度越大。水解度是影响聚合物溶液粘度的重要因素，一般水解的聚丙烯酰胺要比相应未水解的聚丙烯酰胺的视粘度高，这主要是由于已水解分子上的电荷能使聚合物分子的链最大限度展开，并由此提高了溶液的视粘度。 聚合物的浓度也是影响聚合物溶液粘度的一个重要因素。因为聚合物的浓度越大，被溶解在水中的聚合物分子越多，分子 相互缠绕的机会明显增多，聚合物溶液的 粘度增加。但这种缠绕作用同时伴随着剪 切应力增加，使其具有明显的的假塑性特 性，即溶液的粘度更易受剪切应力的影响。 聚合物浓度较低时，溶液的粘度较低，受剪 切的作用相对比较小，溶液接近于牛顿流 体的特性。 （２）油藏岩石类型的影响。降低聚合物 在地层中驱油效果的一个重要因素是聚合 物在岩石表面的吸附。产生吸附使溶液中 聚合物的浓度下降，另外降低渗透率，增加 油水的流动阻力。吸附不仅与聚合物的性 质有关，还与岩石的类型及矿物组成有关。 不同的岩石，在地层水中及岩石表面产生 的离子也不同，有些离子与聚合物的离子 相互作用，产生沉淀物质，或者进行自由基 取代，使聚合物降解，聚合物溶液的粘度下 降。因此，用聚合物驱油时必须考虑岩石的 组成。 （３）地层水矿化度的影响。地层水矿化 度增加，聚合物在岩石表面上的吸附量越 大，会使聚合物溶液的有效浓度下降，粘度 降低。除此之外，矿化度增加，水中的离子 与聚合物分子链上的离子之间的排斥力增 大，聚合物分子伸展的能力大大降低，聚合 物溶液的粘度下降。另外，矿化度的增加， 使聚合物对剪切更加敏感。 （４）注入速度的影响。聚合物溶液的粘 度受剪切的影响是很大的，特别是聚丙烯 酰胺。聚合物溶液的流动速度越大，即剪切 速率越大，其溶液的粘度下降的越快。 （５）注入水水质的影响。注入水的水质 直接影响聚合物驱的效果。在水注入地层 之前，一般必须进行必要的处理，以减小上 述因素对聚合物驱油效果的影响。如在水 中加入除氧剂或抗氧剂等，抑制聚合物的 氧化，同时会使水中的高价阳离子还原成 低价阳离子，减少聚合物的聚结、胶凝等。 随着温度的增加，聚合物溶液的粘度下降 很快，同时，聚合物的化学及生物降解也会 加重。因此，在选择聚合物驱时，必须考虑 油层温度的高低。 3 聚合物驱油对油层的要求 由于聚合物驱油受油层条件和岩石组 成的影响，因此，聚合物驱油时必须考虑油 层条件［４］。 （１）油藏几何形状和类型：对于具有气 顶的油藏，或者地层具有裂缝、孔洞的油层 不能应用聚合物驱。因为注入的聚合物会 充填到气顶中，或者沿着裂缝前进造成聚 合物绕流，而不能在多孔介质中的孔隙中 流动降低流体的流度。（２）油层岩石为砂岩， 不含泥岩或含量非常少，岩石平均渗透率 最好大于１００×１０－３μｍ２。（３）原油性质在很 大程度上决定了聚合物驱是否可行。原油 粘度越高，聚合物驱对流度比改善越大。一 般原油粘度在５ｍＰａ?ｓ到５０ｍＰａ?ｓ之间比较 适合聚合物驱。此外，地层的含油饱和度必 须大于残余油饱和度，而且含油饱和度越 高，聚合物驱效果越好。（４）油层温度：聚合 物驱的油层温度不能太高。多数聚合物在 ７０℃左右，其性质会发生变化，聚丙烯酰胺 在７０℃表现出很强的絮凝倾向高温下降解 反应会加速，吸附量增大。（５）地层水的性质 是聚合物筛选的重要依据之一。如果地层 水矿化度很高，就必须选用耐盐性能好的 聚合物，或者用淡水对地层进行冲洗。 4 结语 （１）聚合物浓度越高，采收率越大；越早 转注高浓聚合物，采收率越大。（２）在水注入 地层之前，必须进行必要的处理，以减小聚 合物驱油效果的影响。（３）在选择聚合物驱 时，必须考虑油层温度的高低。 参考文献 ［１］Ｗａｎｇ Ｄｅｍｉｎ， Ｘｉａ Ｈｕｉｆｅｎ， Ｌｉｕ Ｚｈｏｎｇｃｈｕｎ ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ Ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａ－ ｎｉｓｍ Ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｖｉｓｃｏ－ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｏｉｌ Ｄｉｓｏｌａｃｅｍｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ Ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ Ｓｔｅａｄｙ”Ｏｉｌ Ｔｈｒｅａｄ”Ｆｌｏｗ Ｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］． ＳＰＥ ６８７２３，２００１ ［２］姜继水，宋吉水．提高石油采收率技术 ［Ｍ］．石油工业出版社，１９９９：２－１０． ［３］侯吉瑞．化学驱原理与应用［Ｍ］．石油工 业出版社，１９９７：４０，４２－４４． ［４］Ｃｈｅｎｇ Ｊｉｅｃｈｅｎｇ， Ｓｕｉ Ｘｉｎｇｕａｎｇ， Ｂａｉ Ｗｅｎｇｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．Ｃａｓｅｓ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ Ｐｏｌｙ－ ｍｅｒ ｆｏｒ Ｐｏｏｒ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ Ｄａｑｉｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ［Ｒ］． ＳＰＥ １０８６６１，２００７． ［５］王茂盛．聚驱后泡沫与ＡＳ体系交替注 入提高采收率研究［Ｄ］．大庆石油学院硕 士论文．２００６：１－２． 聚合物驱油机理及影响因素研究 周易辰1王建辉2袁莹2 (1.大庆油田储运销售分公司; 2.大庆油田测试技术服务分公司黑龙江大庆163000) 摘要：聚合物驱油在我国已形成大规模的推广和应用。本文针对二类油层聚驱进行优化，以提高原油采收率和经济效益。本文介绍了 聚驱的发展状况，叙述了聚合物的性质及聚合物驱油机理，揭示了聚合物浓度与采收率的关系。 关键词：高浓聚合物；聚合物驱油 中图分类号：ＴＥ３５７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１１）１２（ａ）－００６５－０１ ６５ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ二氧化碳混相驱数值模拟结果的主要影响因素
聚合物驱油机理
提高采收率
表面活性剂驱油机理
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聚合物驱油机理及影响因素研究
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