聚合物驱解读课件.ppt

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1、聚合物驱油,概述EOR用聚合物及性质聚合物溶液的流变性聚合物溶液在孔隙介质中的流变性聚合物溶液在孔隙介质中的流动特征聚合物驱现场应用技术,流度比与驱替前沿的稳定,要使M降低，需要降低渗透率、提高驱替相的粘度；这就是油藏工程对化学工程提出的要求。,EOR用聚合物及性质,聚合物聚合物的溶解聚合物溶液的粘度,聚合物,聚合物是由大量的简单分子(单体)聚合而成的天然或合成物质；EOR中的聚合物有：HPAM、XG,PAM,+yNH3,XG的分子结构,聚合物的溶解,良溶剂：使聚合物分子舒展开的溶剂非良溶剂：使聚合物分子卷曲的溶剂,溶剂性质直接影响聚合物分子的溶解，当然也影响聚合物分子在其中的状态，从而影响聚

2、合物溶液的粘度。,聚合物溶液的粘度,聚合物溶液的粘度概念聚合物溶液的特性粘数影响聚合物溶液粘度的因素,聚合物溶液的粘度概念,粘度是流体流动时分子间内摩擦力的度量，单位为mPa.s，定性的说是物质粘稠的程度。,聚合物溶液的特性粘数,聚合物浓度趋进于零时，对比粘度的极限值;用来描述聚合物分子对粘度的贡献。,s：溶剂粘度，mPa.s;r：相对粘度，r=/s,无因次;：极低剪切速度下测得的聚合物溶液的粘度，mPa.s;r：对比粘度，dl/g(浓度的倒数);：聚合物特性粘数，dl/g，表示单位聚合物分子在溶液中所占流体力学体积的相对大小，是度量聚合物尺寸的重要参数.,影响聚合物溶液粘度的因素,聚合物分子

3、量和结构分子量越高，线团体积越大，粘度越大结构不同粘度不一,溶剂类型良溶剂中，分子伸展，分子内摩擦力增大，粘度增大,盐和盐的类型盐浓度越高，溶液拈度越小;二价阳离子较一价阳离子的影响大得多.,水解度水解度越高，羧钠基(-COO)多，基团间斥力大，分子更舒展，无规线团体积，粘度大。,聚合物的降解作用机械降解：在高流量区(阀门、射孔孔眼)因强烈的剪切和拉伸，使大分子降解；化学降解：细菌、氧、光照等作用、生物聚合物因发酵失去增粘作用；高温降解：温度升高，粘度下降（PHPAM的适宜的温度70）。,聚合物溶液的流变性,流变性的基本概念剪切流动及其流变曲线聚合物溶液常用的流变模型,流变性的基本概念,流变性

4、：流体在外力场的作用下，发生流动和变形所表现出来的特性。粘滞性：流体流动时所具有的抵抗剪切变形的性质。应 力：形变后，企图把形变恢复的内部力。应 变：形变量与原尺寸之比。,剪切流动及其流变曲线,流变曲线,a:牛顿流体，,b:塑性流体，,聚合物溶液常用的流变模型,幂律模型Ellis模型Carreau模型,幂律模型（Power-Law）,描述假塑性和胀流性流体,Power-Law 流变特征图,Ellis模型,1/2为=0/2时所对应的剪切应力,Ellis 流变特征图,log(0/）-1=(a-1)log(/1/2）,Carreau模型,溶液流变性从第一牛顿区向剪切变稀区 Power-Law转变的时

5、间常数,为第一牛顿区与Poweer-Law区直线交点所对应的剪切速率的倒数。,Carreau 流变特征图,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,聚合物在孔隙介质中的有效粘度,幂律流体在胶结多孔介质中流动的剪切速率,聚合物溶液的粘弹性,问题提出：粘性水驱时，相同条件下，HPAM的驱油效果优于别的增粘剂；HPAM溶液几乎不能降低界面张力，但发现它可以提高微观驱油效率。,与聚合物的粘弹性有关,粘弹性的表现,回流现象与流出胀大现象流动压力随流速的变化趁势聚合物溶液的粘弹性冲洗渗透率随流速的变化趁势滞留聚合物分子的粘弹性,表

6、观粘度,剪切速率,牛顿流体,假塑性流体,聚合物溶液的粘弹性表现,滞留聚合物分子的粘弹性表现,粘弹效应系数Rve的物理意义,Kf1Kf流动状态改变引起的岩芯渗透率进一步降低,粘弹效应系数Rve,影响孔隙介质中流变性的因素,聚合物的分子类型和结构溶液矿化度孔隙介质的渗透率,筛网系数,筛网粘度计,聚合物溶液在孔隙介质中的流动特征,吸附滞留不可入孔隙体积阻力系数残余阻力系数,吸附,静态吸附：岩石颗粒静置于溶液中，吸附达到平衡；动态吸附：聚合物溶液通过孔隙介质时发生的吸附。,吸附模型,溶液浓度C(mg/L),Langmuir吸附等温关系,吸附量 W（g/g岩石),吸附量一般几十几百微克。,滞 留,机械滞

7、留：由于聚合物分子的等效球直径大于孔喉直径而造成的聚合物分子滞留。水力滞留：由于流速的大小和方向改变所引起的聚合物分子滞留。,不可入孔隙体积（IPV）,岩石中所有直径小于聚合物分子流体力学等价球直径的孔隙。IPV为聚合物分子不可入孔隙的体积占岩石孔隙体积(PV)的百分比。,IPV范围 1-30%，取决于聚合物和孔隙介质；不可入孔隙对聚合物分子不可入，但小分子（如水）是可入的；IPV的存在使得驱油过程中聚合物分子推进速度比水分子速度快，因而在出口端提前突破。,弥散概念,C=C0,C=0,分子扩散,盐水（NaCl溶液）驱替蒸馏水,从渗流力学的角度来看，属于单相流范畴岩心中Cl-浓度分布如何？流出物

8、中Cl-浓度如何变化？,出口端：,弥散渗流方程,互溶驱替岩心内部浓度分布,互溶驱替出口端浓度剖面,影响曲线形状的因素包括：驱替相与被驱替相之间的粘度比分子扩散与对流速度,互溶驱替理论的应用单段塞浓度剖面法测定聚合物的IPV和RPV,互溶驱替理论的应用双段塞浓度剖面法测定聚合物的IPV和RPV,阻力系数RF、FR,描述聚合物溶液降低流度的能力,FR的测定原理,残余阻力系数RRF、FRR,描述聚合物分子降低渗透率的能力,FRR的测定原理,聚合物的渗透率下降倍数,问题：Rk=f（Cp）？,只能描述由聚合物分子的吸附作用引起渗透率降低，而不能描述由于机械滞留作用引起的渗透率降低。,聚合物驱现场应用技术

9、,聚合物驱工作流程图EOR聚合物评价聚合物溶液的注入性聚合物驱的油藏工程研究聚合物驱的注入设备及工艺技术聚合物驱油效果评价方法,聚合物驱工作流程图,EOR聚合物评价,聚合物常规性能评价EOR专用性能评价,有效含量分子量水解度不溶物含量单体含量溶解速度过滤因子,增粘性耐温、耐盐、抗剪切能力筛网系数阻力系数、残余阻力系数注入性吸附量（静、动）不可入孔隙体积,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,1有效物含量标准：不低于88，以商品聚合物计算。检测方法：烘干称重法。称取2g聚丙烯酸胺样品，在120C烘箱内烘干2h，按照烘干前后样品重量的变化计算有效物的含量。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,2颗粒大小标准：粒

10、径小于0.2mm的聚合物量小于l。检测方法：筛分法。用70目筛（孔隙Z12pm）在震筛机上振荡，筛下底盘中的聚合物总重应小于l。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,3不溶物含量标准；小于0.2，以商品计算。检测方法：过滤干燥称重法。用25m钢网滤器过滤完全溶解（至少搅拌溶解lh以上）的聚合物溶液，将滤器上的不溶物在 120烘箱内烘干2h后，称重计算不溶物。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,4残留单体含量标准：小于0.1，以商品聚合物计算。检测方法：液相色谱分析。色谱柱：ODS2型。流动相：甲醇水=595。流速：lmLmin。检测波长：220mm。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,5特性粘度标准：151

11、7dl/g，聚丙烯酸胺相对分子质量为 1000万（有效聚合物）。检测方法：乌式粘度法。用乌式粘度计测定聚合物的流动时间和空白样的流动时间，算出粘度比Nsp=（TpTb）Tb，由NspC浓度C作图，用外推法求曲线上直线部分在纵坐标上截距，即为特性粘度。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,6水解度标准：（20士2）（mol），以有效聚合物计算。检测方法：阳离子滴定。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,7聚丙烯酸胺相对分子质量标准：1000万士10（900万1100万）。检测方法：用乌式粘度计测定特性粘度，由特性粘度与相对分子质量之间的关系式Mw（w0000373）1.515计算相对分子质量。,聚丙烯酰胺性

12、能指标和检测方法,8过滤性能标准：过滤因子1.5，聚合物溶液的有效浓度1000mgL。检测方法：用 3.0m的滤器过滤 1000mgL的聚合物溶液，测定通过过滤器 300mL和200mL之间的流动时间与200ml和100mL的流动时间之比，即为过滤因子。,过滤因子,1000mg/l的聚合物溶液先用0.1mm的不锈钢筛网过滤在0.1MPa压力条件下，用3微米过滤器过滤,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,9溶解速度标准：在8下混合2h必须达到增粘性（3138 mPaS）和过滤性能（过滤因子l5）的要求。检测方法：用3.0微米的微孔滤膜过滤1000mgL的聚合物溶液，然后测定增粘性和过滤因子。,聚丙烯酰

13、胺性能指标和检测方法,10增粘性标准：3138mPas（1000mgL，45，以商品浓度计）检测方法：在45下，用带VL转子的LVT型布式粘度计，以6rmin的转速测量聚合物溶液的粘度。,聚丙烯酰胺性能指标和检测方法,11筛网系数标准：1520（有效浓度 500mgL，25）。检测方法：用筛网粘度计测定有效浓度为500mgL的聚合物溶液及盐水的流动时间，其筛网系数为 Rs=聚合物的平均时间盐水的平均时间。,筛网粘度计,聚合物溶液的注入性,在岩心中的流动实验结果,油藏岩心数据表,岩心流动实验结果表明，溶解良好的NAPs溶液具有较好的注入性，能够有效地向地层中传播。,聚合物驱的油藏工程研究,层系划

14、分井网、井距的选择注入时机的选择段塞结构研究注入速度的确定,层系划分,对于单油层，聚合物驱对层内的调剖作用突出。主要表现在：油井产出水的矿化度发生明显变化，而且增产的油量随注水井的变异系数（变化范围在052084之间时）的增加而增加。当油层较多，层间渗透率差异很大时，聚合物驱就难以发挥其调剖的优势，这是当前多层注聚合物驱不如单层效果好的原因之一。,注聚合物驱的层系划分以l3个小层，其厚度在10m左右，用注水井同位素吸水剖面计算的变异系数小于0.85以内，做为聚合物驱的开采层系是适宜的。数值模拟研究表明，在油层物性和流体性质及注入聚合物段塞浓度一定的条件下，聚合物驱增加采收率的幅度与油层厚度有关

15、，当厚度超过 10m后，其增加采收率的幅度将明显变小。,井网、井距的选择,注入压力聚合物稳定性,即注水时达到配注要求时的注入压力与油层破裂压力之间的余量，因为注水井改为注聚合物溶液后，随井距的增大，聚合物段塞注入过程中注入压力随之增大。,受油层的渗透率与油层温度及地层水矿化度等方面的制约。,根据统计，油井见到注水效果的时间与注采井距平方呈正比，与注采井间油层平均渗透率呈反比，并有较好的相关关系。,港西四区聚合物驱油井见效时间与d2/K的关系,聚合物驱注入时机的选择,根据国外从1964年到1981年期间，共进行了29个有参考价值的聚合物驱现场试验,聚合物驱注入时机的选择,注聚合物时的水油比越低，

16、聚合物的利用率越高。,注聚时机对聚合物驱油效果的影响,段塞结构研究,前缘段塞主力段塞流度保护段塞,聚合物注入速度,聚合物溶液通过多孔介质时会被剪切降解，使其粘度或筛网因子下降，其下降程度和多孔介质的渗透率及流速有关。,在渗透率一定的条件下，孔隙流速越大，剪切降解愈严重；在孔隙流速一定的条件下，渗透率越大，剪切降解愈小；流速对降解的影响是聚合物分子由拉伸形变逐渐发展到拉伸变形和拉伸断裂并存，最后进入到拉伸断裂。,大港油田港西四区先导试验区注入聚合物分子量为900万，而产出液中聚合物分子量为16万400万。,聚合物注入速度确定原则,根据实验室所做的不同渗透率下孔隙流速与粘度损失百分数关系曲线图版为

17、依据，选择该油层渗透率条件下的降解起始速率点，做为注聚合物溶液注入井的配注参数。,式中：Qp 注入并注聚合物溶液量，m3d；V 聚合物溶液在油层中经炮眼时的孔隙流速，md，由目的层岩心试验结果得出；H 注入井射开厚度，m；油层孔隙度，小数；n 每米油层射孔数；d 射孔孔眼直径，m；L 射孔弹穿透深度，m。,聚合物驱的注入设备及工艺技术,聚合物溶液配制装置应具备的条件及流程；注入反排试验。,配制装置应具备的条件,混配的聚合物溶液无“鱼眼”；聚合物配制过程中聚合物溶液的粘度和筛网因子的保留率应在90以上；配好的聚合物溶液在进入配水间前溶液中的含氧量应小于油层条件下承受氧对聚合物溶液粘度的降解值；能

18、够具备加示踪剂、杀菌剂的条件；能按设计浓度自动运行，而且有安全保护的自动化控制系统。,注入反排试验,排试验的目的设计原则步骤,注入反排试验的目的,了解室内试验所确定的聚合物溶液驱油最佳浓度时的注入压力和注入能力；了解聚合物溶液在不同注入速度下通过近井底地带的剪切降解情况，为注聚井单井配注提供依据；了解聚合物溶液在地层中的实际吸附量及所形成的阻力系数及残余阻力系数。,试验方案的设计原则,注入速度一般按原注水时的注入速度进行，为了研究注入速度对聚合物溶液降解的影响，应选择三个以上的注入速度进行试验。注入浓度由低到高依次试验，注入试验的聚合物溶液最高浓度应超过或等于注聚合物驱油的最高浓度。试验时首先

19、测定油层对聚合物的吸附量，为了解聚合物溶液反排时的浓度和不同反排阶段及反排程度，注完每个聚合物溶液段塞后注示踪剂。,试验步骤,第一次注入浓度较低的聚合物溶液，注入示踪剂；关井测压降曲线；反排，在井下及地面取样；第二次注入浓度较高的聚合物溶液，注入示踪剂；关井测压降曲线；反排，在井下及地面取样。,反排试验资料的整理与应用,计算不同注入速度下的聚合物溶液粘度保留率；计算聚合物在地层中的滞留量。,聚合物驱油效果评价方法,递减曲线法计算油藏或油井的增产油量霍尔曲线法判断聚合物驱的有效性水驱特征曲线和含水率曲线评价聚合物驱油效果用油井产出水矿化度的变化计算新增加的波及体积井间监测资料评价聚合物驱的平面波及效果,