聚合物驱的现状及存在的问题及其后续提高采收率技术

聚合物驱存在的问题 及其后续提高采收率技术 提 纲 一、聚合物驱的现状与问题 二、残余聚合物再利用技术 三、注聚后提高采收率技术 人工注水 注气 一次采油 天然能量 依靠 二次采油 物理、机械和力学 等宏观作用 立足 化学驱 混相驱 热力采油 微生物采油 三次采油 (强化采油 ) 化学、物理、热力、生物或联合微观驱油作用 应用 四次采油 1015？ 一、聚合物驱的现状与问题 一、聚合物驱的现状与问题 化学驱油法（化学驱） 聚合物驱油法 （ 聚合物驱 ） 表面活性剂驱油法 （ 表面活性剂驱 ） 碱驱油法 （ 碱驱 ） 混相驱油法 （ 混相驱 ） 烃类混相驱油法 （ 烃类混相驱 ） 非烃类混相驱油法 （ 非控类混相驱 ） 热力采油法 （ 热采 ） 蒸汽驱油法 （ 蒸汽驱 ） 油层就地燃烧法 （ 火烧油层 ） 学驱技术 聚合物驱是油田常用的提高采收率的方法 聚合物水溶液 提高波及系数 提高原油采收率 减小水油流度比 一、聚合物驱的现状与问题 部分水解聚丙烯酰胺（ 相对分子量： 100解度： 1浓度：25;注入量： 热稳定性较好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性较好。 一、聚合物驱的现状与问题 （ 1）高分子量 ：一般驱油用 千万到几千万； （ 2）多分散性 ： 分子量不等的同系聚合物的混合物； （ 3）几何结构多样化 ：聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态； （ 4）物化性能稳定 ： 满足驱油的要求。 一、聚合物驱的现状与问题 (1)溶解速度慢 (水化溶涨，配制需要较长时间）； (2)降解 （热降解、剪切降解和氧化降 ,93 ）； (3)盐敏 （不适合于高矿化度地层）。 一、聚合物驱的现状与问题 （ 1）原油：稀油， 密度 度150; （ 2）水质 : 矿化度 40000(5000)，钙镁离子含量 500(100) ；最好不含三价的金属离子； （ 3）油藏： 温度 93 （最好 70 ），深度 2740m，油田正装，油层较厚，油水井对应关系较好，尚有增产潜力的油藏。 一、聚合物驱的现状与问题 聚合物溶液的配制和注入工艺对聚合物溶液的粘度和驱油效果有很大的影响 。 因此选择合理的配制和注入工艺十分重要 。 聚合物溶液的配制必须考虑水质 、 温度 、 搅拌速度等的影响 ， 注入过程中必须考虑排量 、压力 、 泵 、 管 、 阀 、 混合器及计量仪表等的影响 。 注聚前还必须进行必要的预处理 。 一、聚合物驱的现状与问题 （ 1） 配制母液 ：聚合物一般先用低矿化度的清水配制成高浓度的水溶液 ， 既聚合物母液 ， 为保证聚合物溶液注入地层后达到良好的驱油效果 ， 一般要求地面配制的聚合物母液浓度在5000左右 ， 低温或常温配制 (分散装置 )。 一、聚合物驱的现状与问题 从聚合物的形态上分 ， 聚合物的配制工艺有 干粉 、 乳液和板胶 三种配制方法 ， 常用干粉配制工艺 。 最典型的聚合物配制工艺流程主要有 分散初溶流程和 典型的聚合物配制注入系统工艺有两种：一种是国内的“ 紧凑型 ” 配制注入工艺 ， 既聚合物配制和注入部分配套在一起 ， 流程紧凑 ， 即配既注；另一种是国内在大庆油田首先建成的用于大规模工业化生产的 “ 集中配制 ， 分散注入 ” 的配制注入工艺即一座规模较大的聚合物配制站周围卫星式的布满多座注聚站 ， 由配制站分别给各个注入站供液 ， 这种配制注入工艺的技术经济效益更好 。 一、聚合物驱的现状与问题 （ 2） 熟化 ：聚合物的配制过程中 ， 熟化是很重要的 。 所谓熟化就是聚合物在水中的水解 ， 并充分溶解 ， 以获得所要求的粘度的化学变化和物理变化的综合过程 。 聚合物干粉经分散装置润湿后 ， 仍需悬浮在水中一定时间 ， 经过溶胀阶段 ， 一般 6 现场实际 2小时左右 ， 才能充分溶解若水温过低还需要更长时间 (熟化罐 )。 一、聚合物驱的现状与问题 （ 3） 稀 释 注 入 ： 将 母 液 稀 释 至 一 定 浓 度 （ 800） 后注入 (混合器 、 注聚泵 )。 目前国内聚合物注入工艺主要有两种：一为 单泵单井流程 （ 如大庆油田 ） ， 二是 一泵多井流程 （ 如大港油田 ） 。 单泵单井流程的优点是每台泵与每口井的压力 、流量均互相对应 ， 不需节流 ， 能量利用充分 ， 单井注入方案比较容易改变 ， 缺点是设备多 ， 投资大 ， 维护量也大 。 一泵多井流程的优点是柱塞泵 、 静态混合器等设备少 ， 流程简单 ， 投资少 ， 维护工作量也少 。 缺点是全系统为一个注入压力 ， 注入井单井压力 、 流量调节损失能量 ， 单井注入方案不易调整 ， 增加了流量调节器的成本 。 一、聚合物驱的现状与问题 合物驱存在的主要问题 (1)机理限制 :主要是增大波及系数 (可有限提高洗油效率 ); (2)聚合物限制 :常规驱油用聚合物耐温耐盐性差、易降解 ; (3)环境条件限制 :水质和工艺设备参数对粘度的影响很大； (4)污水处理难度大 :采出污水破乳脱水难度大； (5)残余聚合物： 对地层造成堵塞、地层残余聚合物的利用； (6)后续接替技术： 亟待提高效果和开发后续接替技术。 一、现状及目的意义 提 纲 一、聚合物驱的现状与问题 二、残余聚合物再利用技术 三、 注聚后提高采收率技术 二、残余聚合物再利用技术 的意义 聚合物驱会有大量 聚合物留存在地下 ，只能发挥有限的流度控制作用，在没有更高粘度的驱油体系驱动的情况下，这些聚合物基本失去了提高采收率的作用， 造成浪费的同时还会造成产出液处理的困难 。其次，该技术有效期短。数值模拟结果认为该技术有效期可达 10 15年，但实践证明，在很多区块，注聚后结束恢复水驱不久含水即开始上升，且速度很快，产油量也迅速下降。因此，建立一套有效的聚合物驱后 残余聚合物的利用 与提高原油采收率的方法对原油稳产、增产，提高剩余油采收率有着重要的现实意义。 要技术路线 选定目标井 现场试验 地下聚合物位置的描述 地下聚合物形态的描述 地下聚合物量的统计 油藏物化条件描述 地下聚合物化学组成的描述 再利用剂的制备 再利用剂的筛选 再利用剂的作用机理 再利用剂的应用方法和时机 再利用剂的标准建立 二、残余聚合物再利用技术 二、残余聚合物再利用技术 要研究内容与成果 (1) 油藏条件的描述： 对注聚单元岩石样品、原油样品、注入水产出水样品、注入聚合物样品、产出聚合物样品等进行分析，得到岩石性质、地下水的矿化度、含氧量和微生物情况、原油性质等油藏条件，结合温度条件得到课题研究所遵守的试验条件； (2) 地下聚合物量的研究 ： 统计注聚单元聚合物的累计注入量和产出量，得到地下残留量； (3) 地下聚合物分布位置的研究： 应用室内物模的方法，描述地下聚合物的分布位置； (4) 地下聚合物分布形态的研究： 应用动态法和润湿反转法等测定地下聚合物的吸附量、捕集量和溶解量，分析地下可用聚合物的量。 聚丙烯酰胺在矿物上的吸附主要靠电性和氢键的作用，受到聚合物自身、矿物的特性和共处的介质环境等 3大方面因素影响。聚丙烯酰胺自身包括自身结构、分子量、水解度、浓度等。矿物特性包括矿物种类、表面特性、表面电荷、结构构造、润湿性等。共处的介质环境包括环境温度、压力、以及液相中是否有电解质、电解质的类型、离子强度等。 要研究内容与成果 二、残余聚合物再利用技术 (5) 地下聚合物化学组成的研究： 根据注聚的油藏条件，进行注入聚丙烯酰胺在下降解、水解机理研究，分析注入和产出聚丙烯酰胺的分子量、分子量分布、水解度等指标，并用产出聚合物的分析结果对机理加以验证，大体描述不同注入时间、不同注入位置的地下聚合物的化学组成情况。 二、残余聚合物再利用技术 要研究内容与成果 留聚合物再利用剂的研究 (1)从聚丙烯酰胺絮凝剂、沉淀剂、交联剂以及用聚丙烯酰胺配制的分子内交联体系中选择、复配、合成适合油藏条件的聚合物再利用剂（如堵水调剖剂等）； (2)建立聚合物再利用剂的选择标准，简化聚合物再利用剂的筛选；制定再利用剂的产品质量标准便于进行质量控制； (3)应用室内驱油实验检验聚合物再利用剂的作用效果，用可视化驱油试验研究聚合物再利用剂的作用机理。 要研究内容与成果 二、残余聚合物再利用技术 要研究内容与成果 留聚合物再利用试验方案研究 (1)应用室内物模试验研究应用该技术的区块类型（注聚生产类型）和应用该技术的 最佳时机 ； (2)选定目标井，建立目标井模型，应用物模（数模）技术研究聚合物再利用技术和深部调剖技术、表面活性剂洗油技术的组合应用，制订 试验施工方案 。 二、残余聚合物再利用技术 (1)建立一套完整实用的聚合物驱后残余聚合物再利用的方法； (2)研制出残余聚合物再利用的化学剂； (3)建立聚合物再利用剂的选择标准； (4)确定再利用最佳时机和试验方案。 要技术指标 二、残余聚合物再利用技术 提 纲 一、聚合物驱的现状与问题 二、 残余聚合物在利用技术 三、注聚后提高采收率技术 三、 注聚后提高采收率技术 合物驱的发展趋势 P+N 加合体系 P + 胀体 P+碱 +表活 剂 P 改性 P + 泡沫剂 溶胀 体系 强化 泡沫 P + 交联剂 交联 体系 复合 驱 新型 聚合物 合物驱的发展趋势 耐温耐盐单体的研制 疏水缔合聚合物的研制 多元组合聚合物的研制 梳型聚合物的研制 共混聚合物 三、 注聚后提高采收率技术 研制开发新型或改性聚合物 结构 ，提高它的 热稳定性 ，如 三、 注聚后提高采收率技术 三、 注聚后提高采收率技术 三、 注聚后提高采收率技术 三、 注聚后提高采收率技术 链 ，提高 性 ，从而提高它的 抗剪切能力 ，并通过缔合提高其稠化能力，如 三、 注聚后提高采收率技术 过引入 强亲水基团 的方法，提高 三、 注聚后提高采收率技术 如 G 纤维素经碱化和羟乙基化得到，其的结构式为 三、 注聚后提高采收率技术 两性聚合物 两性聚合物是在聚合物分子链上 同时 引入 阳离子和阴离子基团 。在淡水中由于聚合物分子内的阴、阳离子基团相互吸引，致使聚合物分子发生卷曲。在 盐水 中，由于盐水对聚合物分子内的阴、阳离子的基团相互吸引力的削弱或屏蔽，致使聚合物分子比淡水中更舒展，宏观上表现为在盐水中聚合物的粘度升高或粘度下降幅度小。但由于发生分子内阴、阳离子基团的内盐结构， 溶解性能较差 ，而且，油田三次采油用聚合物要求增粘能力较强，只有丙稀酰胺单体参与共聚，才能达到此目的，且比较经济。含丙稀酰胺的两性聚合物溶液随着老化时间延长，阴离子度（水解度）不断增大，分子链上正负电荷基团数目出现不相等，分子链的卷曲程度随矿化度的增大而增大，溶液粘度大大下降，抗盐性能逐步消失。更值得重视的是，两性聚合物的阳离子基团会造成聚合物在地层中的 吸附量大幅度增加 ，聚合物大量吸附在近井地带，严重影响驱油效率，增加三次采油成本，可见，两性聚合物的抗温抗盐是有条件的，并不是适用于所有油田。 耐温耐盐共聚物 耐温耐盐单体共聚物的研制的主导思想是研制与钙、镁离子不产生沉淀反应，在高温下水解缓慢或不发生水解反应的单体 ，如 2丙稀酰胺基 2甲基丙磺酸钠（ ,N乙烯吡咯烷酮（ 3丙稀酰胺基 3甲基丁酸钠（ N乙烯酰胺（ ，将一种或多种耐温耐盐单体与丙稀酰胺共聚，得到的聚合物在高温高盐条件下的水解将受到限制，不会出现与钙、镁离子发生反应出现沉淀的现象，从而达到耐温耐盐的目的。这类聚合物能够真正做到长期耐温抗盐，但按现在的生产条件得到的耐温抗盐单体 成本太高 ，大规模用于三次采油在经济效益上难以保证，还必须进行大量的攻关研究，降低耐温耐盐单体的生产成本，提高单体的聚合活性。 疏水缔合聚合物 疏水缔合聚合物是指在聚合物亲水性大分子链上有 少量疏水基团 的水溶性聚合物，其溶液特性与一般溶液大相径庭。在水溶液中，此类聚合物的疏水基团由于疏水作用而发生聚集，使大分子链产生 分子内和分子间缔合 。 在稀溶液中大分子主要是以分子内缔合的形式存在 ，使大分子链发生卷曲，流体力学体积减小，特性粘度降低。当聚合物浓度 高于某一临界浓度 后，大分子链通过疏水缔合聚集， 形成分子间缔合为主的超分子结构动态物理交联网络 ，流体力学体积增大，溶液粘度大幅度增高。小分子电介质的加入和升高温度均可增加溶剂的极性，使疏水缔合作用增强。在高剪切作用下，疏水缔合形成的动态物理交联网络被破坏，溶液粘度下降，剪切作用降低或消除后大分子链间的物理交联重新生成，粘度又将恢复， 不发生一般高分子量的聚合物在高剪切速率下的不可逆机械降解 。 综合考虑以上三类聚合物的特性，设计聚合物的分子使其 同时 具有以上 两类或三类 聚合物的特性，即将阳离子单体、阴离子单体、耐温耐盐单体、疏水单体、阳离子疏水单体分别进行组合共聚。这是目前 国内外最热门的研究课题 。这类聚合物比上述单一的两性聚合物、耐温抗盐单体共聚物、疏水缔合聚合物具有优良而独特的性能，应用领域得到进一步的拓宽，但在耐温抗盐机理上仍不能克服两性聚合物、耐温抗盐单体共聚物、疏水缔合聚合物存在的问题， 目前还不能达到油田三次采油的要求。 梳型聚合物 梳型聚合物的研制思路是在高分子的 侧链 同时 带 亲油基团和亲水基团 ，由于亲油基团和亲水基团的相互排斥，使得分子内和分子间的卷曲缠结减少，高分子链在水溶液中排列成梳子形状。经过大量的试验表明此聚合物在盐水中的增稠能力比目前国内外的超高分子量聚丙烯酰胺在盐水中的增稠能力提高 50以上，溶解性与过滤因子均达到油田三次采油用聚合物的要求。 （ 1）新型抗温抗盐聚合物大部分处在室内研究阶段，且成本高，尚未大面积推广应用； （ 2）工艺设备及工艺参数的优化投资较大，有局限性，且效果有限； （ 3）污水改性处理技术一是可以节约大量的清水；二是可以减少采油污水的处理费用，减少对环境的污染；三是可以避免清污水混合不配伍而造成的不良影响等。 合物驱的发展趋势 合驱技术 二元复合驱技术 (P+S) 聚合物驱 +调剖技术 三元复合驱技术 (P+S+A) 聚合物驱 +水膨体 三、 注聚后提高采收率技术 合物驱的发展趋势 聚合物交联体系 冻胶复合体系 弱凝胶复合体系 分散凝胶复合体系 合物交联体系 三、 注聚后提高采收率技术 减少聚合物溶液 粘度损失的研究 交联剂技术 工艺参数优化 水质改性处理 减少聚合物溶液粘度损失研究 驱油聚合物交联技术 胺基团 作用的有机类交联剂 ： 醛类 交联剂 、 有机树脂 交联剂等。常用的有机类交联剂有酚醛树脂、蜜胺树脂、糠醛树脂、脲醛树脂等。最常用的有机交联剂是苯酚 /甲醛的酚醛树脂。 酸基团 作用的过渡金属有机交联剂： 主要是 过渡金属有机交联剂 ，一是高价金属离子：如铝离子、铁离子、铬离子、锆离子、钛离子等；二是鳌合剂：乙酸根、丙酸根、丙二酸根、乳酸根、葡萄糖酸、甘醇酸、柠檬酸根、水杨酸根等有机酸根。 其中， 有机铬 和 有机铝 交联剂得到了应用。目前交联剂的趋势由单一的有机交联剂和含有多价金属离子的交联剂，转向复合型交联剂的使用。有人已经采用有机交联剂之间的复合，过渡金属交联剂之间的复合以及有机交联剂和过渡金属交联剂之间的复合。 影响聚合物溶液粘度的因素 主要包括聚合物的类型、结构、分子量、水解度等； 主要包括溶剂、温度、矿化度（盐含量）、离子组成与含量、剪切速率、氧及细菌等； 主要包括搅拌时间与速度、聚合物的熟化时间、聚合物的加入方式和速度、配注用泵、管线、阀门及注入速度等。 对于特定的聚合物体系而言，主要是温度、矿化度（盐含量）、离子组成与含量、剪切速率和热、氧等影响。 采油污水改性处理 关于污水处理的研究很多 ,但用于聚合物驱油的研究却较少，尚未见有关应用的报道。虽然人们从聚合物的结构、配制和注入参数、加杀菌剂和除氧剂等方面作了大量的研究和尝试，但效果并不太佳，尚未见大规模矿场试验的报导。 中国石油大学 （华东）在污水改性和聚合物水溶液粘度稳定方面做了大量的室内研究工作，从影响聚合物水溶液粘度的因素和程度入手，对水质进行改性，并探讨了粘度的稳定方法，取的了一些有用的数据和进展。并于 2006年 9月在孤东油田开始进行现场试验。 其中， 有机铬 和 有机铝 交联剂得到了应用。目前交联剂的趋势由单一的有机交联剂和含有多价金属离子的交联剂，转向复合型交联剂的使用。有人已经采用有机交联剂之间的复合，过渡金属交联剂之间的复合以及有机交联剂和过渡金属交联剂之间的复合。 凝胶体系油藏深部流体转向技术 (In 胶态分散凝胶驱油技术 ( 母液配制的搅拌时间与搅拌速度、熟化时间以及加入聚合物速度对聚合物溶液的粘度都有很大的影响。配注和设备中影响聚合物溶液粘度的主要因素有泵、管线及阀门等，其中 注聚泵对粘度的影响最大 。因此选择合理的配制和注入工艺十分重要。 胜利油田聚合物驱采用的是一次加药搅拌、二次熟化、清污水混配的配制方法和分段塞、同一浓度注入的方式，即分段塞、分梯次采用相同浓度的注入方式。随着注聚时间或轮次的增加，驱油效果越来越差。虽然对配制和注入工艺参数不断的进行优化，取得了一定的效果，但其效果有限。 工艺参数优化 影响聚合物溶