聚合物采油工艺原理.ppt

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1、2023/2/27,EOR Lab,1,聚合物采油工艺原理,2023/2/27,EOR Lab,2,聚合物驱（Polymer Flooding）,定义：通过在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度和降低水相渗透率，改善流度比，提高原油采收率的方法。聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物，因此它又称改性水驱（Modified Water Flooding）。机理：降低水相流度，改善流度比，提高波及系数。应用：油藏的非均质性较大和/或水驱流度比较高。,2023/2/27,EOR Lab,3,流度控制用的聚合物,流度控制用的聚合物有两大类：天然聚合物和人工合成聚合物。天然聚合物是从自然

2、界的植物及其种子主要通过微生物发酵而得到，如纤维素、生物聚合物黄胞胶等。人工合成聚合物是用化学原料经工厂生产而合成的，如目前大量使用的聚丙烯酰胺（Polyacrylamide 简称PAM），部分水解的聚丙烯酰胺（Hydrolyzed Partially Polyacrylamide 简称HPAM）等。,2023/2/27,EOR Lab,4,部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）,部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中发生解离，产生-COO-离子，使整个分子带负电荷，所以部分水解聚丙烯酰胺为阴离子型聚合物。由于部分水解聚丙烯酰胺分子链上有-COO-，链节上有静电斥力，在水中分子链较伸展，故增粘性好。它在带负电的

3、砂岩表面上吸附量较少，因此，是目前最适合于流度控制的聚合物。,2023/2/27,EOR Lab,5,2023/2/27,EOR Lab,6,2023/2/27,EOR Lab,7,聚合物驱油机理,一方面是控制水淹层段中水相流度，改善水油流度比，提高水淹层段的实际驱油效率；另一方面是降低高渗透率的水淹层段中流体总流度，缩小高、低渗透率层段间水线推进速度差，调整吸水剖面，提高实际波及系数。,2023/2/27,EOR Lab,8,2023/2/27,EOR Lab,9,2023/2/27,EOR Lab,10,2023/2/27,EOR Lab,11,2023/2/27,EOR Lab,12,两

4、个层段的吸水量比较,2023/2/27,EOR Lab,13,聚合物溶液的粘度,现代高分子溶液理论认为，线形柔性高分子在其良溶液中为似球状态，因此，对于高分子水溶液的粘度可表示为：溶液中的高分子体积越大，聚合物溶液的粘度越大,2023/2/27,EOR Lab,14,聚合物特性粘数,2023/2/27,EOR Lab,15,2023/2/27,EOR Lab,16,2023/2/27,EOR Lab,17,2023/2/27,EOR Lab,18,2023/2/27,EOR Lab,19,2023/2/27,EOR Lab,20,聚合物降解,聚合物降解是指聚合物主链断裂，或主链保持不变而改变了

5、取代基的过程。聚合物降解主要取决于聚合物本身的化学结构（尤其是化学键键能）。外界因素如应力、温度、含氧量、残余杂质都对聚合物降解有很大影响。在聚合物驱油中，通常将聚合物的降解分为机械降解化学降解微生物降解,2023/2/27,EOR Lab,21,聚合物驱中的机械降解过程,1）地面设备中流速变化处如闸门、喷嘴、静混器、泵、管线等部位中都有可能降解。2）在搅拌中，聚合物的降解不仅与转速有关，而且还与搅拌器形状及叶片分布有关。3）聚合物溶液在地层中尤其是井筒附近区域的机械降解最为严重。由于岩石孔隙很小，流速很高，拉伸应力很大，因此降解非常严重。如果射孔密度不大，射孔炮眼中机械降解也比较严重。,20

6、23/2/27,EOR Lab,22,2023/2/27,EOR Lab,23,防止和减轻机械降结程度的措施,1）采用低速搅拌器，低剪切注塞式注液泵，避免使用针形阀。2）对于套管射孔完井，增大射孔密度和孔径，从而降低聚合物在炮眼处的流速。3）对渗透率较低的油藏，注聚合物前对井筒附近地层采用小型酸化，增大孔隙尺寸。4）采用单井单泵方式注聚合物，避免使用油嘴或阀门来控制调节注入量。,2023/2/27,EOR Lab,24,聚合物溶液的过滤性能系指聚合物溶液在恒压下通过一定孔径的滤膜后的过滤量的变化。用滤膜过滤器测定溶液的过滤因子可以了解聚合物的性质。这项参数能对聚合物生产中的质量控制和优选适用于

7、矿场使用的流度控制剂提供依据。过滤因子定义为：,2023/2/27,EOR Lab,25,2023/2/27,EOR Lab,26,筛网系数定义,筛网系数定义为在相同条件下一定体积的聚合物溶液流经孔隙粘度计的时间与溶剂相同体积的流经时间的比值，即：式中：SF：筛网系数，无因次；tp：聚合物溶液流经粘度计的时间，sec；ts：溶剂（盐水）流经粘度计的时间，sec。,2023/2/27,EOR Lab,27,2023/2/27,EOR Lab,28,聚合物在多孔介质中的滞留,定义：聚合物分子从水相逃逸出来并粘附在多孔介质的表面，使溶液中聚合物浓度降低的现象。分类：聚合物吸附机械捕集水动力学滞留因素

8、：多孔介质的性质即结构，聚合物本身的性质，以及地层水性质,2023/2/27,EOR Lab,29,聚合物的滞留量,聚合物的滞留量是聚合物驱过程设计的重要依据和油藏数值模拟的基础输入参数。滞留量太大，聚合物损失量太多，降低了注入水的增粘能力，同时延迟聚合物和富油带的推进速度，适当的滞留量可以改善注入流体的水动力学场，达到分流作用,2023/2/27,EOR Lab,30,2023/2/27,EOR Lab,31,2023/2/27,EOR Lab,32,不可入孔隙体积（IPV）,聚合物流经多孔介质时，并不是所有聚合物都全部能够进入多孔介质的孔隙及喉道，只有一部分尺寸较大的孔隙，聚合物才能进入。

9、即这一部分孔隙相对于注入的聚合物来说是可以进入的，而剩余部分孔隙相对于注入聚合物分子来说是不可进入的，即“不可入”。不可入孔隙体积（Inaccessible Pore Volume）的定义是聚合物分子不能进入的那一部分孔隙体积所占岩石总的孔隙体积的百分数，用IPV表示。通常IPV为0.150.35孔隙体积（Vp），,2023/2/27,EOR Lab,33,不可入孔隙体积（IPV）,2023/2/27,EOR Lab,34,阻力系数和残余阻力系数,阻力系数和残余阻力系数是描述聚合物流度控制和降低渗透能力的重要指标。阻力系数RF是指聚合物降低流度比的能力，它是水的流度与聚合物溶液的流度的比值。,

10、2023/2/27,EOR Lab,35,残余阻力系数RK,残余阻力系数RK 描述聚合物降低渗透力的能力，它是聚合物驱前后岩石水相渗透率的比值。即渗透率下降系数。,2023/2/27,EOR Lab,36,2023/2/27,EOR Lab,37,阻力系数与残余阻力系数的测定,2023/2/27,EOR Lab,38,聚合物驱油藏筛选,2023/2/27,EOR Lab,39,聚合物驱的室内实验,主要目的：筛选适合于油藏的聚合物进行聚合物驱的敏感性分析为聚合物数模提供必要的输入参数。主要内容：聚合物配伍性（筛选实验）实验岩心实验驱油实验。,2023/2/27,EOR Lab,40,2023/2

11、/27,EOR Lab,41,聚合物的配伍性/筛选的室内评价,聚合物性能指标（如聚合物分子量、水解度、残余单体含量、固含量、粒度等）的实际值，聚合物的溶解性增粘性过滤性稳定性。配伍性实验条件应与油藏实际条件一致，即配制的水需用注入水，浓度应在5001500mg/L范围内，实验温度为油藏温度。,2023/2/27,EOR Lab,42,岩心流动试验,1）吸附/滞留量2）不可入孔隙体积3）阻力系数与残余阻力系数4）多孔介质中的流变性5）聚合物扩散系数与粘性指进系数,2023/2/27,EOR Lab,43,2023/2/27,EOR Lab,44,油藏描述内容,油层深度，所处构造位置及地层倾角；断

12、层类型和分布；隔层类型和分布以及地质参数；油层沉积相特征，时间单元划分及其地质参数；油层纵向与平面非均质性；井间砂体的变化规律及定量解释；油层水驱开发前后油层物性与流体性质的变化；油层岩石矿物特征、粘度分布及泥质含量等。,2023/2/27,EOR Lab,45,2023/2/27,EOR Lab,46,油藏描述需要收集的资料,采油井、注入井完井地质报告；取心井的岩心综合地质图及岩心分析化验资料（包括油层渗透率、孔隙度、含油、水饱和度、润湿性、粘土含量、毛管压力曲线、孔隙结构参数、相渗透率曲线等）；测井解释成果图；试验层段射孔数据：顶底深度、孔密、射孔枪型等；试验层开采动态资料（包括注采剖面测

13、试结果、注采液量、油井含水、采出程度、油层压力、注采能力（指数）等）；注水开发前后，油层流体性质变化资料；原油高压物性资料，油田水物化性质；试验综合数据（包括面积、井数、砂岩厚度、有效厚度、孔隙度、原始含油饱和度、原油密度、体积系数、试验孔隙体积、地质储量等）。,2023/2/27,EOR Lab,47,油藏描述方法,识别油层沉积环境，沉积相特征，时间单元划分及其地质参数的定量描述描述油层非均质性：根据测井解释结果和岩心资料，应用Dykstra.&Parsons渗透率变异系数的计算方法描述油层开采后油水分布状况进行水驱历史拟合注示踪剂模拟,2023/2/27,EOR Lab,48,聚合物驱地面

14、工艺技术,2023/2/27,EOR Lab,49,聚合物驱地面工艺设计的总原则,1）满足聚合物驱方案提出的地面建设要求2）最大限度地保持聚合物溶液粘度3）尽可能节省地面建设投资4）方便生产运行和管理5）保证工程的安全,2023/2/27,EOR Lab,50,聚合物溶液配制及注入过程,聚合物溶液配制及注入过程为：配比分散熟化泵输过滤储存罐升压计量配比稀释混合注入。配比：在水和聚合物干粉分散混合之前，对水和聚合物干粉分别进行计量，并使水和聚合物干粉按一定比例进入下一道工序；分散：将聚合物干粉颗粒均匀地散布在一定量的水中，并使聚合物干粉颗粒充分润湿，为下一道工序做准备。熟化：将聚合物干粉颗粒在水

15、中由分散体系转变为溶液的过程。聚合物属高分子物质，其溶解与低分子物质的溶解不同。首先聚合物分子与水分子的尺寸相差悬殊，二者的运动速度也相差很大。水分子能比较快地渗入聚合物分子，而聚合物向水中的扩散却非常缓慢。,2023/2/27,EOR Lab,51,泵输：是为聚合物溶液的过滤提供动力条件。一般来说，为了减少聚合物溶液的机械降解，大都采用螺杆泵。过滤：是为了除去聚合物溶液中的机械杂质和没有充分溶解的“鱼眼“。稀释和混合：配制好的聚合物溶液，按配制要求计量，进入到高压注水管线中，与注入的低矿化度水，经静态混合器混合稀释。注入：经混合稀释的聚合物溶液注入井中。,聚合物溶液配制及注入过程,2023/

16、2/27,EOR Lab,52,2023/2/27,EOR Lab,53,注入井完井工艺,1.用声幅曲线检查固井质量，相对幅度小于40%；2.用声波变密度检查固井质量，水泥胶结指数（BZ）大于0.8；3.射孔前清水试压15MPa，30min不降；4.套管外径140mm，壁厚7.72mm。,2023/2/27,EOR Lab,54,2023/2/27,EOR Lab,55,聚合物驱监测,主要目的:及时了解聚合物驱油动态调整聚合物驱方案保证聚合物驱顺利实施降低聚合物驱风险提高聚合物驱效果。监测对象:注入井生产井油藏内部。,2023/2/27,EOR Lab,56,监测内容:注入井的注入压力，注入聚

17、合物浓度和粘度、注入速度、累计注入量、注采比、注入井吸水剖面等；生产井含水率、产液量、产油量、产出聚合物浓度以及产层剖面的变化；油藏的驱替特征曲线、IPR曲线、霍尔曲线数值模拟跟踪拟合。,聚合物驱监测,2023/2/27,EOR Lab,57,2023/2/27,EOR Lab,58,2023/2/27,EOR Lab,59,聚合物驱实例,渗透率变异系数0.73埋深1480m，有效厚度11.5m含油面积3.01km2，地质储量标定值256.1104t平均渗透率91910-3 m2，孔隙度21.25%油藏温度73，原始地层压力14.8MPa地下原油粘度7.8mPas地层水总矿化度5002mg/L

18、（其中Ca2+为18mg/L，Mg2+为mg/L）。,2023/2/27,EOR Lab,60,2023/2/27,EOR Lab,61,聚合物驱先导试验,1977年底投入开发先后经历了五个开发阶段。天然能量试采全面注水开发细分层系开发井网一次加密调整井网二次加密调整阶段。到1994年1月采出程度38.6%，综合含水90.4%，累积产油98.95万吨，预计水驱最终采收率41.5%。,2023/2/27,EOR Lab,62,聚合物和聚合物段塞的确定,采用的聚合物为S625，分子量为1900万。根据配产配注方案的优化结果，以及VIPPOLYMER模型的数值模拟结果，确立注入量为0.36PV。,2

19、023/2/27,EOR Lab,63,注聚合物前的准备工作,对三口注聚合物的井进行了酸化，以提高其吸水能力，增加其注入能力，降低注入压力；进行了示踪剂试验；对注入井进行了高强度的深度调剖，确保在纵向剖面上的注入均匀；在S215井进行了聚合物吞吐返排试验，了解聚合物的注入性以及设备运转的稳定性。,2023/2/27,EOR Lab,64,聚合物段塞注入,1994年2月6日开始注入聚合物，至1995年12月止，完成了聚合物前缘段塞注入。前缘段塞注入S625聚合物（分子量1900万）30t和S525聚合物（分子量1700万）51.344t。注入浓度为1090mg/L，注入地层孔隙体积6.623%，

20、注入粘度为93mPas；主体段塞注入S525聚合物干粉194.3t，平均浓度896mg/L，井口粘度58mPas，主体段塞量17.77%Vp。,2023/2/27,EOR Lab,65,聚合物驱效果,日产油量增加，综合含水下降；1995年12月综合含水85.6%，比注聚合物前含水（91.5%）下降5.6%。地层压力回升；产出液矿化度、氯离子含量升高；1995年与1994年对比，试验区四口油井产出液矿化度由3393mg/L上升到4131mg/L。注入液推进速度减慢；聚合物驱见效时间快（68个月）。,2023/2/27,EOR Lab,66,2023/2/27,EOR Lab,67,2023/2/

21、27,EOR Lab,68,2023/2/27,EOR Lab,69,2023/2/27,EOR Lab,70,聚合物驱经济评价,方案水驱拟合率达到91%以上，优化水驱考虑了各种增产措施，其他调整因素，以优化水驱为对比基础，实际产油量2.75104t，高于聚合物驱方案预测量2.174104t；增加采收率9.8%；增产1吨油的化学剂费用为120.28元/吨（PAM）；每吨聚合物增产油量191.2吨（油）/吨（PAM）；聚合物投资主要包括聚合物设备购置费、建站费及仪器仪表与配件费，共计874万元；成本包括聚合物费、注入设备折旧、调剖、测吸水剖面、产液剖面、测残余油饱和度、工人工资、试验站动力材料消耗，每吨59元储量使用费，而不考虑分摊费用；,2023/2/27,EOR Lab,71,评价期按聚合物驱的有效期7年计算；基准收益率按12%选取；油价按1220元/吨；税收包括资源税8元/吨、矿产资源补偿税1%、城建税0.4%、教育附加税3%元/吨、增值税14.5%；聚合物价格为2.3万元/吨（粉）；净现值达2205万元，内部盈利率69.1%，投资回收期2年，平均单位成本为390.25元/吨，投资利润率和投资利税率均较高,聚合物驱经济评价,