聚合物驅

聚合物驅是指向地層中注入聚合物進行驅油的一種增產措施。在巨觀上，它主要靠增加驅替液粘度，降低驅替液和被驅替液的流度比，從而擴大波及體積；在微觀上，聚合物由於其固有的粘彈性，在流動過程中產生對油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率。

基本介紹

• 中文名：聚合物驅
• 外文名：polymer flooding
• 性質：提高採收率的方法
• 特點：降低驅替液和被驅替液的流度比
• 套用：勝利油田等
• 機理：流度控制、調剖等

發展

聚合物驅技術由於其機理比較清楚、技術相對簡單，世界各國開展研究比較早，美國於五十年代末、六十年代初開展了室內研究，1964年進行了礦場試驗。1970年以來，前蘇聯、加拿大、英國、法國、羅馬尼亞和德國等國家都迅速開展了聚合物驅礦場試驗。從20世紀60年代至今，全世界有200多個油田或區塊進行了聚合物驅試驗。聚合物驅是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過增加水相粘度和降低水相滲透率來改善流度比、提高波及係數，從而提高原油採油率。

近年來，研製出具有耐溫、耐鹽、抗剪下的新型疏水締合水溶性聚合物。它是聚合物親水性大分子鏈上帶少量疏水基團的一類水溶性聚合物。由於疏水基團的疏水作用以及靜電、氫鍵或范德華力的作用而在分子間自動產生具有一定強度但又可逆的物理締合，從而形成巨大的三維立體網狀空間結構。其獨特的性能越來越受到人們的關注。

目前我國已經成為世界上使用聚合物驅技術規模最大，大面積增產效果最好的國家，聚合物驅技術成為我國石油持續高產穩產的重要技術措施。

機理

1、流度控制作用

聚合物溶液的流度控制作用是聚合物驅油的重要機理之一，對於均質油層，在通常水驅油條件下，由於注入水的粘度往往低於原油粘度，驅油過程中油水流度比不合理，導致采出液中含水率上升很快，過早地達到採油經濟所允許的極限含水率的結果，使得實際獲得的驅油效率遠遠小於極限驅油效率。向油層注入聚合物的結果，可使驅油過程中的油水流度比大大改善，從而延緩了采出液中的含水上升速度，使實際驅油效率更接近極限驅油效率，甚至達到極限驅油效率。

2、調剖作用

調整吸水剖面，擴大波及體積，是聚合物提高採收率的另一項重要機理。因為在聚合物的調剖作用下，油層水淹體積的擴大，將在油層的未見水層段中采出無水原油。這就是說，油層水淹孔隙體積擴大多少，采出油的體積也就增加多少。

聚合物的調剖作用只有在油層剖面上存在滲透率的非均質狀態時才能發生。對於這類油層，在通常水驅條件下往往發生注入水沿不同滲透率層段推進不均勻現象。高滲透率層段注入水推進快，低滲透率層段注入水推進慢。加上注入水的粘度往往低於原油粘度，水驅油過程中高流度流體取代低流度流體的結果，導致注入水推進不均勻的程度加劇，甚至在很多情況下會出現高滲透率層段早已被注入水所突破，而低滲透率層段注入水推進距離仍然很小的情況，致使低滲透率層段原油不能得到有效的開採。 1.3其他驅油機理

聚合物溶液存在著粘彈性，在水驅過程中，表現了三種粘度，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，聚合物驅不僅可以提高波及係數，而且還可以提高水波及域內的驅油效率。其提高驅油效率的機理有：本體粘度使聚合物在油層中存在阻力係數和殘餘阻力係數，驅替水驅未波及剩餘油和簇狀殘餘油；界面粘度使聚合物溶液在多孔介質中的粘滯力增加，是驅替膜狀、孤島狀殘餘油)拉伸粘度使聚合物溶液存在粘彈性，是驅替盲狀殘餘油的主要原因。

需滿足的條件

在長達30年的聚合物驅室內研究和現場試驗中，總結出聚合物驅用的聚合物應滿足下列條件：

1、水溶性好

2、稠化能力強

3、對熱穩定

4、對剪下穩定

5、對化學因素穩定

6、對生物作用穩定

7、滯留量低

8、來源廣

9、便宜等

驅油劑性質

聚合物的一般性質包含有9項指標：乾重(固含量)、相對分子質量、水解度、濃度、溶液黏度、篩網因子(係數)、過濾因子、溶解性、聚合物不溶物含量、流變性。

固含量是指從聚合物中除去水分等揮發物以後，固體物質的百分含量。聚合物的相對分子質量是表征聚合物性能的一個重要指標，也是影響聚合物驅效果的重要參數。

合成聚合物的相對分子質量用動力學鏈長和平均聚合度兩個物理量來表示。無鏈轉移時，聚合物的相對分子質量用動力學鏈長表示；有鏈轉移時，聚合物的相對分子質量用平均聚合度表示。

水解度是聚合物質檢的重要指標之一。水解度不合格，聚合物抗鹽能力差，

篩網因子(係數)用篩網黏度計測量聚合物黏彈性的量度方法求得。在相同條件下，篩網因子小，說明聚合物溶解性較好，水不溶物少。篩網因子綜合反映了聚合物溶液受到剪下和拉伸時的流變性。

過濾因子是指聚合物溶液中少量不溶物對岩石堵塞程度影響的大小。過濾因子(FF)是一種簡單的評定聚合物溶液通過孔隙介質能力的參數，它可以通過一定流量的聚合物溶液流經過濾裝置的時間比來計算。FF越小，溶液通過孔隙介質的能力越大，即注入性越好。

溶解性的好壞直接關係到聚合物在現場套用時是否能在預定的時間內完全溶解。聚合物在水中溶解經歷潤濕、溶脹、溶解3個階段。潤濕和溶脹階段主要是水分子進入聚合物分子線團的結構內部，使聚合物線團脹大，這時可見到絮狀的分子線團。當脹大的聚合物分子均勻地分散在水中時，水聚合物完全互溶，黏度達到穩定，這時溶液是均質透明的。可將一定質量的聚合物樣品灑在適量的水中，定時觀察其溶解過程，以判斷聚合物溶解的快慢。

聚合物不溶物是指產品中不溶於水的機械雜質。若不溶物含量過高，易造成堵塞。篩選標準是不溶物含量小於0.2% 。可用微孔濾膜在一定壓差下過濾聚合物溶液，然後將濾膜烘乾稱重，測定過濾前後濾膜的質量差來測定不溶物的含量。若不溶物含量高於篩選標準，則聚合物溶液需過濾才能注入油層。

聚合物的流變性是指其在外力作用下的流動和變形性。聚合物流變性是聚合物驅油設計的理論基礎。

通過對聚合物驅油劑一般性質的研究，以求設計出更加有效的驅油劑，具有良好的熱穩定性、剪下穩定性、對鹽類及不同礦化度的適應性。

影響因素

由於聚合物驅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，直接影響聚合物驅的效果，是聚合物驅油的主要影響因素。

（1）聚合物的結構及濃度的影響。

聚合物分子越大，聚合物相互纏繞的程度越大，聚合物溶液的粘度越大。水解度是影響聚合物溶液粘度的重要因素，一般水解的聚丙烯醯胺要比相應未水解的聚丙烯醯胺的視粘度高，這主要是由於已水解分子上的電荷能使聚合物分子的鏈最大限度展開，並由此提高了溶液的視粘度。

聚合物的濃度也是影響聚合物溶液粘度的一個重要因素。因為聚合物的濃度越大，被溶解在水中的聚合物分子越多，分子相互纏繞的機會明顯增多，聚合物溶液的粘度增加。但這種纏繞作用同時伴隨著剪下應力增加，使其具有明顯的的假塑性特性，即溶液的粘度更易受剪下應力的影響。聚合物濃度較低時，溶液的粘度較低，受剪下的作用相對比較小，溶液接近於牛頓流體的特性。

（2）油藏岩石類型的影響。

降低聚合物在地層中驅油效果的一個重要因素是聚合物在岩石表面的吸附。產生吸附使溶液中聚合物的濃度下降，另外降低滲透率，增加油水的流動阻力。吸附不僅與聚合物的性質有關，還與岩石的類型及礦物組成有關。不同的岩石，在地層水中及岩石表面產生的離子也不同，有些離子與聚合物的離子相互作用，產生沉澱物質，或者進行自由基取代，使聚合物降解，聚合物溶液的粘度下降。因此，用聚合物驅油時必須考慮岩石的組成。

（3）地層水礦化度的影響。

地層水礦化度增加，聚合物在岩石表面上的吸附量越大，會使聚合物溶液的有效濃度下降，粘度降低。除此之外，礦化度增加，水中的離子與聚合物分子鏈上的離子之間的排斥力增大，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，礦化度的增加，使聚合物對剪下更加敏感。

（4）注入速度的影響。

聚合物溶液的粘度受剪下的影響是很大的，特別是聚丙烯醯胺。聚合物溶液的流動速度越大，即剪下速率越大，其溶液的粘度下降的越快。

（5）注入水水質的影響。

注入水的水質直接影響聚合物驅的效果。在水注入地層之前，一般必須進行必要的處理，以減小上述因素對聚合物驅油效果的影響。如在水中加入除氧劑或抗氧劑等，抑制聚合物的氧化，同時會使水中的高價陽離子還原成低價陽離子，減少聚合物的聚結、膠凝等。隨著溫度的增加，聚合物溶液的粘度下降很快，同時，聚合物的化學及生物降解也會加重。因此，在選擇聚合物驅時，必須考慮油層溫度的高低。

現狀套用

目前，我國的大型油田，如大慶油田、勝利油田等東部油田都已進入開發末期，產量都有不同程度的遞減，而新增儲量又增加越來越緩慢，並且勘探成本和難度也越來越大，因此控制含水，穩定目前原油產量，最大程度的提高最終採收率，經濟合理的予以利用和開發，對整個石油工業有著舉足輕重的作用，而三次採油技術是目前為止能夠達到這一要求的技術，國家也十分重視三次採油技術的發展情況，在“七五”、“八五”和“九五”國家重點科技攻關項目中,既重視了室內研究,又安排了現場試驗,使得我國的三次採油技術達到了世界領先水平。目前的三次採油技術中，化學驅技術占有最重要的位置，化學驅中又以聚合物驅技術最為成熟有效。聚合物驅機理就是在注入水中加入高分子聚合物，增加驅替相粘度，調整吸水剖面，增大驅替相波及體積，從而提高最終採收率。

我國油田主要分布在陸相沉積盆地，以河流三角洲沉積體系為主，儲油層砂體縱橫向分布和物性變化均比海相沉積複雜，油藏非均質性嚴重，而且原油粘度高，比較適合聚合物驅。對全國25個主力油田資料的研究表明，平均最終水驅波及係數0.693，驅油效率0.531，預測全國油田水驅採收率僅僅為34.2%，剩餘石油儲量百億噸。目前這些已經投入開發的老油田，大部分已經進入高出程度、高含水期，開展新的採油技術十分必要。國內自1972年在大慶油田開展了小井距聚合物驅礦場試驗以來，我國的大慶、勝利、大港、南陽、吉林、遼河和新疆等油田開展了礦場先導試驗及擴大工業試驗。經過“七五”、 “八五”和“九五”期間的共同努力，這一技術在我國取得了長足發展，其驅油效果和驅替動態可以較準確的套用數值模擬進行預測，聚合物已經形成系列產品，礦場試驗已經取得明顯效果，並形成配套技術。目前我國已經成為世界上使用聚合物驅技術規模最大，大面積增產效果最好的國家，聚合物驅技術成為我國石油持續高產穩產的重要技術措施。

在大慶油田的套用

1972年我國開始在大慶油田開始進行聚合物驅試驗。大慶油田的油層特徵是滲透率較高，油層溫度較低（45℃），油層水的礦化度較低，基本滿足聚合物驅條件。在1987年到1988年薩北地區現場試驗的基礎上，1990年又在中西部地區開始試驗。這些試驗獲得了較高的經濟效益，平均每噸聚合物增產原油150噸。大慶油田將聚合物驅油技術套用於整個油田，並建設生產聚丙烯醯胺工廠。大慶油田聚合物驅自1996 年投入工業化套用以來, 已經取得了顯著的技術經濟效果。2002年, 大慶油田聚合物驅年產油量已經突破千萬噸, 大慶油田三次採油技術以其規模大、技術含量高、經濟效益好, 創造了世界油田開發史上的奇蹟。聚合物驅技術已成為保持大慶油田持續高產及高含水後期提高油田開發水平的重要技術支撐。

在勝利油田的套用

勝利油田從1992年開始在孤島油田開展了注聚先導試驗，1994年在孤島和孤東油田開展了注聚擴大試驗，1997年進行了工業推廣套用，均得到了明顯的降水增油效果。到2001年底共實施聚合物項目15個，覆蓋地質儲量19700萬噸，注入井749口，受益井1312口，已經累計增油474.36萬噸，達到了年增油131萬噸的水平。同時形成了一套完善的高溫高鹽油藏條件下聚合物驅配套技術，主要包括室內聚合物產品篩選及配方研究技術、方案最佳化技術、數模跟蹤預測技術、礦場實施跟蹤評價技術等。

在大港油田的套用

大港油田從1986年開始對其主要油田,港西油田的一部分地層進行聚合物驅的先導試驗，試驗歷時約兩年半，增產效果比較明顯。試驗前產量為每天7噸，到1989年中期，每天為80噸，增產效果達到十倍以上。平均含水也有大幅度下降。試驗表明，經濟效益較為顯著，平均1噸聚合物增產原油300噸。長遠目標是把聚合物驅技術運用到整個油田。國內的其他油田也都進行了聚合物驅試驗，以期望能成為

特高含水油田降水增油、增加可采儲量的有效途徑之一。

技術不足之處

聚合物驅技術現在存在的問題

目前聚合物驅技術已經相當成熟，但是也存在著很多問題。

聚合物注入油層後, 在高溫條件下會發生熱降解和進一步水解, 破壞聚合物的穩定性, 大大降低聚合物的驅油效果. 同時地層水和注入水礦化度低有利聚合物增粘. 因為水的礦化度高, 可導致聚合物的粘度降低, 增加聚合物的注入量, 從而增加成本, 不利於聚合物驅油的套用. 因此需在抗溫、抗鹽研究方面加大力度, 篩選出適合的添加劑, 使驅油劑不僅有較強的增粘性, 同時也有較好的穩定性。

目前，各大油田的研究方向大都放在新型廉價質優的聚合物研究上，疏水締合物、改性聚丙烯醯胺等。目前勝利油田地質研究院就正在做適合高溫高鹽高礦化度地層的新型聚合物的現場試驗。相信在不久的幾年，聚合物驅技術的套用範圍將會越來越廣。