聚驅(qū)驅(qū)油機(jī)理ppt課件

1、聚合物驅(qū)油機(jī)理認(rèn)識(shí),作為一種非再生的化石能源，石油采收率不僅是石油工業(yè)界，而且是整個(gè)工業(yè)界普遍關(guān)心的問題。由于石油是一種流體礦藏，具有獨(dú)特的開采方式，所以在各種礦物中石油的采收率是比較低的。石油的采收率平均約在3O-60之間，在目前條件下，當(dāng)一個(gè)油藏停止開采時(shí)，油藏中仍然殘留著大量石油，而采出的油量?jī)H占其中較少的一部份。如何把遺留在油藏中的石油經(jīng)濟(jì)有效地開采出來，是石油工作者多年來一直在不斷探索的一個(gè)問題,目前世界上已形成成熟的四大三次采油技術(shù)系列,1.熱力采油技術(shù) (1) 蒸汽采油技術(shù)。有蒸汽吞吐采油技術(shù)和蒸汽驅(qū)采油技術(shù)兩類。 (2) 油層就地燃燒技術(shù)。 2.氣體混相驅(qū)(或非混相驅(qū))采油技術(shù)

2、 (1) 烴類驅(qū)采油。有液化輕烴混相驅(qū)采油、富氣驅(qū)采油(混相或非混相 和貧氣驅(qū)采油三類。 (2) C02混相或非混相驅(qū)采油。 (3) 氯氣驅(qū)采油。 3.化學(xué)驅(qū)采油 (1) 聚合物驅(qū)采油。 (2) 表面活性劑驅(qū)采油(或表面活性劑/聚合物驅(qū)采油) (3) 堿驅(qū)采油 (4) 聚合物/表活劑/堿驅(qū)采油 4.微生物采油 包括微生物調(diào)剖或微生物驅(qū)油,大慶油田聚合物驅(qū)技術(shù)逐步形成了驅(qū)油機(jī)理及油藏適應(yīng)性、注入?yún)?shù)及注入方式優(yōu)化、聚驅(qū)過程中綜合調(diào)整等配套技術(shù),聚合物驅(qū)形成的主要配套技術(shù),1）聚合物產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù) （2）聚合物驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù) （3）深度調(diào)剖劑性能評(píng)價(jià)技術(shù) （4）聚合物驅(qū)數(shù)值模擬技術(shù) （5）

3、聚合物驅(qū)規(guī)劃指標(biāo)預(yù)測(cè)技術(shù) （6）聚合物驅(qū)布井方案優(yōu)化技術(shù) （7）聚合物驅(qū)油方案優(yōu)化技術(shù) （8）聚合物配制工藝技術(shù) （9）聚合物注入工藝技術(shù) （10）聚合物驅(qū)射孔技術(shù),11）聚合物驅(qū)采油工藝技術(shù) （12）聚合物驅(qū)分層注聚技術(shù) （13）聚合物驅(qū)深度調(diào)剖技術(shù) （14）聚合物驅(qū)綜合調(diào)整技術(shù) （15）污水抗鹽聚合物驅(qū)油技術(shù) （16）聚合物驅(qū)產(chǎn)出液處理工藝技術(shù) （17）聚合物驅(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù) （18）聚合物驅(qū)綜合管理技術(shù) （19）聚合物驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)技術(shù) （20）聚合物驅(qū)油經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)技術(shù),注聚區(qū)塊 27個(gè) 注聚面積 321.36km2 動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量 5.367108t 聚驅(qū)總井?dāng)?shù) 5603口 累積注入

4、干粉量 46.89104t 三采累積產(chǎn)油量 6771.89104t 三采累積增油量 2709.67104t 聚驅(qū)區(qū)塊年產(chǎn)油量 1044.4104t 三采年產(chǎn)油量 1234.9104t,聚合物驅(qū)工業(yè)化推廣應(yīng)用效果,大慶油田逐年注聚量,大慶油田逐年聚驅(qū)產(chǎn)油量,目前最為成熟的化學(xué)驅(qū)方法是聚合物驅(qū)，在大慶油田得到廣泛應(yīng)用。近年來，三元復(fù)合驅(qū)在大慶油田發(fā)展較快，成為化學(xué)驅(qū)中最有潛力，提高采收率幅度最大的儲(chǔ)備技術(shù),一、化學(xué)驅(qū)采油的機(jī)理,采收率由三個(gè)因素來決定：一是井網(wǎng)對(duì)油層的控制程度(Ew)，二是注入液的體積波及效率(Es)，三是水驅(qū)油的效率Er，總的采收率E將是這三個(gè)效率的乘積，即,化學(xué)驅(qū)采油原理,E

5、= Ew Es Er,為了提高井網(wǎng)對(duì)油層的控制程度，可以用提高井網(wǎng)密度來實(shí)現(xiàn)。一般說來，油田開發(fā)后期加密鉆井是提高石油采收率的一個(gè)重要措施。井網(wǎng)加密的程度在很大程度上由經(jīng)濟(jì)因素而不僅由技術(shù)因素來決定,Ew：井網(wǎng)對(duì)油層的控制程度,在驅(qū)替過程中如果驅(qū)替工作劑的流度高于它所驅(qū)動(dòng)的流體的流度時(shí)將出現(xiàn)粘性指進(jìn)現(xiàn)象。驅(qū)油劑指進(jìn)的結(jié)果將大大降低其波及效率而增加工作劑的耗用量。此外，油藏巖石的非均質(zhì)性同樣也會(huì)降低波及效率。例如大慶油田葡萄花油層是一套正韻律沉積，下粗上細(xì),下部的滲透率比上部高，在水驅(qū)油時(shí)水往往沿著底部推進(jìn)而在油層上部則留下大量的未被驅(qū)掃的石油。提高注入水的粘度將有助于提高波及效率。為這一目的而

6、使用的化學(xué)添加劑常被稱為增稠劑。改善驅(qū)替流體與被驅(qū)替流體之間的流度比可以降低粘性指進(jìn),從而提高驅(qū)油效率,Es：注入液的體積波及效率,常用的增稠劑有 化學(xué)制劑 和 生物化學(xué)制劑 兩大類。常用的化學(xué)增稠劑為部分水解聚丙烯酰胺。這是一類高分子化合物，它的增稠能力主要由其分子量來決定。常用的聚丙烯酰胺的水解度為25-30，平均分子量為幾百萬(wàn)到上千萬(wàn)。聚丙烯酰胺不是一種單純化合物，它的分子量有一個(gè)分布范圍，一般說來，分子量的分布范圍愈窄愈好,在油田上應(yīng)用的增稠劑一般需要具備剪切穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、耐鹽性和抗生物降解能力，聚丙烯酰胺的水溶液經(jīng)過剪切其粘度有某些下降，但是不妨礙它作為增稠劑。在使用溫度上，在7

7、0以下它有較好的熱穩(wěn)定性和抗生物降解能力。但是它的耐鹽性較差，特別是地層水中有高價(jià)陽(yáng)離子存在時(shí)，可能出現(xiàn)沉淀而降低其增稠能力。因此，聚丙烯酰胺適用于油層水中含鹽度較低，埋藏深度不太大(油藏溫度不高)的油藏,生物化學(xué)制劑中用得比較多的是生物多糖型增稠劑，其中比較普遍和常用的是黃原膠，黃原膠是淀粉經(jīng)過某一類特定的菌種發(fā)醇后的產(chǎn)物，它是一種多用途的生物化學(xué)制劑與聚丙烯酰胺相比，它的增稠能力較高，耐鹽性較好。雖然它也有剪切變稀的特性，但是變稀的溶液經(jīng)過短時(shí)間的靜止(剪切應(yīng)力消失)，很快就能恢復(fù)其原有的粘度。它的耐溫性和抗生物降解能力卻比較弱，為此在使用時(shí)需要添加防腐殺菌劑。從上面兩種增稠劑的分子結(jié)構(gòu)特

8、性上看，聚丙烯酰胺為柔性鏈，而黃原膠為半剛性鏈，因此，在用作增稠劑時(shí)聚丙烯酰胺在驅(qū)油方面更為有利。但在一些特殊條件下，例如油層水含鹽量較高時(shí)，由于黃原膠的用量比聚丙烯酰胺的用量少，因此可使用黃原膠,Er ：水驅(qū)油的效率,水驅(qū)油的效率與多種因素有關(guān)：如原油粘度、油水間的界面張力、孔道大小等，此外還與驅(qū)替速度或壓力梯度等有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)可以用一個(gè)參數(shù)來表示上述諸因素的綜合效應(yīng)，這一參數(shù)稱為毛管數(shù),N,r,式中： N為毛管數(shù),為原油粘度,為驅(qū)油速度,r 為界面張力,降低油水間界面張力的最直接的方法是在水中加入表面活性劑。研究中發(fā)現(xiàn)在水中加入過量表面活性劑且達(dá)到一定濃度以后,它們將形成一種膠束或

9、微乳液。膠束中心則為憎水流體(如石油)。這類膠束尺寸稍微增大就成為一種微乳液。膠束溶液和微乳液對(duì)于石油都有增溶作用，從而可以大大降低油水間的界面張力,目前比較普遍應(yīng)用的表面活性劑是石油磺酸鹽類,舌進(jìn)是非均質(zhì)油藏水驅(qū)波及體積降低的主要原因，當(dāng)高滲透層的油水前緣達(dá)到生產(chǎn)井后繼續(xù)注水，大部分水僅僅無(wú)效穿過高滲透層，不能擴(kuò)大低滲透層的波及體積，聚合物用于EOR主要有兩個(gè)目的：改善流度比和調(diào)整平面及層內(nèi)、層間矛盾。其工作原理是在水中加入聚合物，提高注入水的粘度,二、聚合物驅(qū)油,2.1 聚合物及其水溶液性質(zhì),聚合物是由大量的簡(jiǎn)單分子(單體)聚合而成的高分子量的天然或合成的物質(zhì)，又稱高聚物。油田注聚合物工程

10、中，常用的人工合成聚合物主要是部分水解聚丙烯酰胺，為柔性長(zhǎng)鏈，常簡(jiǎn)寫成HPAM。若由n個(gè)丙烯酰胺分子聚合成聚丙烯酰胺，n則稱為聚合度,水溶性聚合物及其分子構(gòu)象,聚合物是由很多基本結(jié)構(gòu)單元連接起來的，根據(jù)基本結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)，即分子內(nèi)原子或原子團(tuán)的種類以及它們的結(jié)合方式，單個(gè)高分子化合物就有不同的結(jié)構(gòu)形式,1)線性結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)單元連成一條線性的長(zhǎng)鏈大分子，典型的線性結(jié)構(gòu)如線性的聚乙烯，HPAM和xanthan gum 也是線性結(jié)構(gòu),2)支鏈結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)鏈分子兩側(cè)連接相當(dāng)數(shù)量的側(cè)鏈，如支鏈型的聚乙烯,3)體型結(jié)構(gòu)，高分子化合物鏈與鏈間有交聯(lián)鏈連接，形成體型結(jié)構(gòu)，如聚丙烯酰胺用甲叉基雙丙烯酰胺交聯(lián)，

11、形成立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),和低分子化合物不同，高分子聚合物因其分子體積大，分子的形態(tài)也就成為重要的物理性質(zhì)之一，它直接影響到溶液的粘度和流變性,聚合物溶液注入過程中粘度變化曲線,流變性是指在外力作用下，物體發(fā)生流動(dòng)或形變的一種特性，聚合物的流變性是指在外力作用下，溶液粘度與流速或壓差之間的關(guān)系。在孔隙介質(zhì)中，聚合物溶液流動(dòng)同時(shí)受剪切和拉伸力作用，因而存在剪切流動(dòng)和拉伸流動(dòng),2.2 聚合物溶液的流變性,粘彈性是指聚合物溶液同時(shí)具有粘性和彈性的性質(zhì)。對(duì)于粘性流體來說，流動(dòng)和形變是能量損耗過程，應(yīng)力對(duì)流體所作的機(jī)械功全部轉(zhuǎn)換為熱能散失掉。因此，當(dāng)應(yīng)力消除后粘性流體不會(huì)恢復(fù)至原來的狀態(tài)。而對(duì)彈性體，拉應(yīng)力作

12、的功變?yōu)閺椥阅軆?chǔ)藏起來，當(dāng)拉應(yīng)力解除后，能量釋放出來，使材料恢復(fù)這一狀態(tài)。某些高濃度聚合物溶液具有彈性,聚合物溶液粘彈行為的產(chǎn)生在于蜷曲的高分子鏈可以拉伸，當(dāng)拉伸力去掉后它又恢復(fù)其自然蜷曲狀。 粘彈性與分子的柔曲性直接有關(guān)，鏈的柔曲性愈大，粘彈性愈顯著，HPAM便是具有粘彈性的分子，剛性分子不存在粘彈性，在外力作用下，分子不改變構(gòu)象，當(dāng)外力超過分子鏈的承受能力時(shí)，鏈斷裂,2.3 聚合物溶液的粘彈性,2.4 聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動(dòng),聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中流動(dòng)，不僅顯示出特殊的流變性，而且由于吸附、滯留和機(jī)械捕集，將引起油層滲透率降低,吸附 吸附是聚合物分子滯留于孔隙介質(zhì)中的重要機(jī)理之一，它

13、的結(jié)果是降低溶液粘度,捕集 滲透率降低的另一個(gè)重要原因是捕集，其原因是由于孔隙結(jié)構(gòu)及高分子的性質(zhì)造成的,對(duì)于低滲透油層，降低滲透率的主要機(jī)理是捕集，對(duì)于中高滲透率油層，聚合物降低滲透率的主要機(jī)理是吸附,滯留 在油層巖石中幾乎不可能將吸附和捕集定量地分開,聚合物在油層巖石中的滯留是吸附和捕集的綜合作用。 聚合物在巖石中的滯留量與聚合物的分子量、水解度、水的礦化度、溫度、注入速度、巖石的性質(zhì)和滲透率等有關(guān),其變化規(guī)律遵循前述的吸附和滯留的綜合變化,高滲透層,中滲透層,低滲透層,不可及孔隙體積 “不可及孔隙體積”(inaccessible pore volume）常用IPV 表示。不可及孔隙體積的槪

14、念與滯留相關(guān)，最簡(jiǎn)單的看法是，所有直徑小于聚合物分子等效球直徑的那些孔隙都是不可及孔隙，但對(duì)于溶劑分子來說卻是可入的。IPV 的存在對(duì)聚合物溶液的推進(jìn)速度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，在設(shè)計(jì)聚合物驅(qū)時(shí)，必須考慮IPV,有效粘度：聚合物溶液通過孔隙介質(zhì)時(shí)的實(shí)際粘度稱為有效粘度,殘余阻力系數(shù)：殘余阻力系數(shù)描述聚合物洛液降低巖芯滲透率的能力，用 FRR 表示， FRR kw/kf 。FRR愈大，聚合物溶液降低巖芯滲透率的能力愈強(qiáng)，F(xiàn)RR是評(píng)價(jià)注聚合物后油層注入能力的一個(gè)重要參數(shù),阻力系數(shù)：定義為水通過巖心的流度與聚合物溶液通過巖心的流度之比，表示聚合物溶液降低流度的能力,有效粘度、殘余阻力系數(shù)、阻力系數(shù),2.5聚

15、合物驅(qū)提高驅(qū)油效率機(jī)理,早期的聚合物驅(qū)油理論認(rèn)為，聚合物驅(qū)只是通過增加注入水的粘度，改善油水流度比，擴(kuò)大注入水在油層中的波及體積從而提高原油采收率。 因此，有人把聚合物驅(qū)稱為改性水驅(qū)，即二次采油。 近兩年，取得了一些新認(rèn)識(shí),水驅(qū)剩余油包括兩大類： 一是水驅(qū)未波及區(qū)剩余油。這種剩余油處于注入水未波及的油層中低滲透部位； 二是水驅(qū)波及區(qū)剩余油。由于巖石表面潤(rùn)濕性和毛細(xì)管液阻效應(yīng)的存在，這種剩余油在水驅(qū)波及區(qū)內(nèi)，以簇狀、柱狀、孤島狀、膜（環(huán)）狀、盲狀的形態(tài)存在于孔隙介質(zhì)中,五種殘余油形狀： 簇狀 柱狀 孤島狀 膜（環(huán)）狀 盲狀,那么，聚合物驅(qū)能否把這些殘余油驅(qū)動(dòng)呢？研究表明：在聚驅(qū)過程中，聚合物溶液

16、表現(xiàn)出三種粘度，即： 本體粘度 界面粘度 拉伸粘度 在這三種粘度的共同作用下，聚合物驅(qū)不僅可以提高波及系數(shù)，而且還可以提高水波及域內(nèi)的驅(qū)油效率。其提高驅(qū)油效率的機(jī)理表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,a. 本體粘度使聚合物在油層中存在阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，是驅(qū)替水驅(qū)未波及剩余油和簇狀殘余油的主要原因,對(duì)于相同粘度的甘油驅(qū)和聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)，聚合物驅(qū)時(shí)巖樣兩端的壓差遠(yuǎn)高于甘油驅(qū)時(shí)巖樣兩端的壓差，表明了聚合物溶液有更高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù),聚合物溶液增加了驅(qū)替相的粘度，降低了油水流度比。 聚合物在巖石中滯留，引起了水相滲透率的下降，殘余阻力系數(shù)增大。 甘油（丙三醇 C3H8O3，分子量92.09）是粘性流體，只

17、能增加水相粘度，降油水流度比。 甘油不能在巖石中滯留，不能增大阻力系數(shù),對(duì)聚合物/甘油溶液的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),因此，甘油與聚合物粘度相同的情況下，聚合物驅(qū)的驅(qū)油效率比甘油驅(qū)要高,該圖表明聚合物驅(qū)能比甘油驅(qū)驅(qū)替更多的簇狀殘余油,聚合物驅(qū)對(duì)甘油驅(qū)替不出來的細(xì)喉道中的殘余油也有一定的驅(qū)替效果,聚合物溶液本體粘度的增高，改善了水油流度比和水驅(qū)前緣，可以驅(qū)替出水驅(qū)未波及剩余油和簇狀殘余油,b. 界面粘度使聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的粘滯力增加，是驅(qū)替膜狀、孤島狀殘余油的主要機(jī)理,同時(shí)，上述基團(tuán)在水中解離，產(chǎn)生許多帶電符號(hào)相同的鏈節(jié)，這些鏈節(jié)互相排斥，使聚合物分子線團(tuán)在水中更加伸展，因而有更好的增粘能力。因此，聚合物溶液在多孔介質(zhì)內(nèi)的滲流過程中，其粘度值要比用粘度計(jì)測(cè)量的視粘度高許多倍,聚合物溶液將滯留在孔隙中的孤島狀殘余