（油气田开发工程专业论文）聚驱后无碱驱油体系提高采收率机理研究.pdf

a b s t r a c t m e c h a n i s mr e s e a r c ho ne n h a n c i n go i lr e c o v e r yo ff l o o d i n go i ls y s t e m w i t h o u ta l k a l i n ea f t e rp o l y m e rf l o o d i n g a b s t r a c t p o l y m e rf l o o d i n gc a ne n h a n c es w e p tv o l u m ea n do i id i s p l a c e m e n te f f i c i e n c y , o i lr e c o v e r yc a n e n h a n c e da b o v ei o 0 0 1 pa f t e rp o l y m e rf l o o d i n gt h a nt h a to fw a t e rf l o o d i n gb u ta b o u t5 0 o f t h eo i li s r e m a i n e du n d e rt h eg r o u n d a tt h es a m et i m e ，r e s e r v o i r sa f t e rp o l y m e rf l o o d i n ga r em o r ea n dm o r ea f t e r m a j o rr e s e r v o i r sa n dt h ef i r s tc l a s so i lr e s e r v o i r sa r ed e v e l o p e d h o wt od e v e l o pt h er e s e r v o i r se f f i c i e n t l y ? w h e t h e ro i lr e c o v e r yc a nb ee n h a n c e df a r t h e r 7 r e s e a r c h i n ga n dt e s t i n gt e c h n i q u ea n de x p l o r i n gt h ew a y w h i c he a re n h a n c eo i lr e c o v e r yf u r t h e ri sc e r t a i n l yf a c i n ga n dc h a l l e n g i n gf o rp e t r o l e u mi n d u s t r yi no t t r c o u n t r y s oi n t h i sp a p e r , t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo fs u r f a c t a n tf l o o d i n ga n ds u r f a c t a n v l ：i o l y m e r ( s p ) f l o o d i n ga f t e rp o l y m e rf l o o d i n gw a sp r o g r e s s e d ，d i s p l a c e m e n tm e c h a n i s mi sd i s c u s s e d ，t h ef o l l o w i n g w o r k sw e r ef i n i s h e d ： ( i ) t h ed i s p l a c e m e n to i le x p e r i m e n t sw e r ef i n i s h e di na r t i f i c i a lc o r e ，t h ed i s p l a c e m e n to i le f f e c t so f s u r f a e t a n tf l o o d i n ga n ds pf l o o d i n ga f t e rw a t e rf l o o d i n ga r ea n a l y z e dw i t ht h a to fa f t e rp o l y m e rf l o o d i n g t h ep r o b a b i l i t yo fe n h a n c i n go i lr e c o v e r yo fs u r f a c t a n tf l o o d i n ga n ds pf l o o d i n g a r e a n a l y z e d q u a n t i t a t i v e l ya f t e rp o l y m e rf l o o d i n g t h er e s u l t s o fi n v e s t i g a t i o ni n d i c a t e t h a to i lr e c o v e r yc a nb e e n h a n c e db ys u r f a c t a n tf l o o d i n ga n ds pf l o o d i n gf u a h e ra f t e rp o l y m e rf l o o d i n g b u tt h ee f f e c to f e n h a n c i n go i lr e c o v e r yi sn o to b v i o u se s p e c i a l l yb ys u r f a e t a n tf l o o d i n ga f t e rp o l y m e rf l o o d i n g ，t h ee f f e c t o f e n h a n c i a go i lr e c o v e r yi sm o r eo b v i o u sb ys pf l o o d i n ga f t e rp o l y m e rf l o o d i n g ， ( 2 ) t h ed i s p l a c e m e n to i le x p e r i m e n t so fm i c r o s c o p i cm o d e lw e r ep r o g r e s s e d ，t h es e e p a g ef l o w p r o c c s so fd i f f e r e n ti n t e r f a c i a lt e n s i o ns u r f a c t a n tf l o o d i n ga n dd i f f e r e n tv i s c o e l a s t i c i t ya n d i n t e r f a c i a l t e n s i o ns pf l o o d i n gi sa c q u i r e da f t e rp o l y m e rf l o o d i n gi nt h ed e a d - e n dm o d e la n da r t i f i c i a lh o m o g e n e o u s m o d e l t h ed i s t r i b u t i o no fr e m a i n i n go i la r ea n a l y z e d ，s t a r t u pa n dm o v i n gm e c h a n i s mo fk i n d so fr e s i d u a l o i la r ea n a l y z e d t h ep r o b a b i l i t yo f e n h a n c i n go i lr e c o v e r yi sv e r i f i e df u r t h e rb ys u r f a c t a n tf l o o d i n ga n ds p f l o o d i n ga f t e rp o l y m e rf l o o d i n g t h er e s u l t so fi n v e s t i g a t i o n i n d i c a t et h a to i lr e c o v e r yc a l lb ee n h a n c e d f u r t h e rb ys u r f a c t a n tf l o o d i n ga n ds pf l o o d i n ga f t e rp o l y m e rf l o o d i n g t h ea d v a n c i n gv a l u eo f o i lr e c o v e r y a n df i n a lo i lr c c o v e r ya r ee n h a n c e dw i t hi n t e r f a c i a lt e n s i o nd e c r e a s i n g i ns u r f a c t a n tf l o o d i n ga f t e rp o l y m e r f l o o d i n g ，t h ea d v a n c i n gv a l u eo f o i lr e c o v e r ya n df i n a lo i lr e c o v e r ya r ee n h a n c e dw i t hv i s c o e l a s t i c i t yo f p o l y m e rr a i s i n ga n di n t e r r a c i a lt e n s i o nd e c r e a s i n gi ns p f l o o d i n ga f t e rp o l y m e rf l o o d i n g ( 3 ) t h ef l o w a g ep r o c e s so fp o l y m e rs o l u t i o ni sd i s c u s s e di nt h ea s y m m e t r i c a lu n d u l a t i n gt u b eb y n u m e r i c a lc a i c u l a t i o n ，t h ea f f e c to f w ea n da0 1 1f i r s tn o r m a ls t r e s s 如、f i r s tn o r m a ls t r e s sd i f f e r e n c en ia n d 大庆石油学院硕 。研究生学幢论互 s h e a rs t r e s s i sa n a l y z e do nt h ew a l lo fa s y m m e t r i c a lu n d u l a t i n gt u b e ，t h ea c t i o nm e c h a n i s mo fp o l y m e r s o l u t i o no nr e s i d u a lo i lf i l mi sa n a l y z e d k e yw o r d s ：p o l y m e rf l o o d i n g ；s u r f a c t a n tf l o o d i n g ；s pf l o o d i n g ；m i c r o s c o p i cd i s p l a c e m e n t o i l ； d i s p l a c e m e n tm e c h a n i s m ；u n d u l a t i n gt u b em o d e l i l 学位论文独创性说明 本人所呈交的学位论文是在指导教师的指导下进行的研究工作及取于导的研究成果。 据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的 研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示 谢意。 作者签名：垒l 缝 e t 期：塑兰：堡 学位论文使用授权说明 本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论 文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸制版。有权将学位论文用于非 盈利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后 适用本规定。 作者签名：蔓l 堡麴导师签名：兰塑 同期：狃2 ：鉴只期：域，星：邀 创新点摘要 创新点摘要 1 在人造岩心中，聚驱后表面活性剂驱，不同黏弹性的二元驱均能够进一步提高 采收率。表面活性剂驱提高采收率效果不明显，不同黏弹性的二元驱提高采收率效果很 明显，且二元体系黏弹性越高，提高采收率效果越好 2 微观实验中，聚驱后表面活性剂驱和不同黏弹性、不同界面张力的二元驱均能 够迸一步提高采收率。随着表面活性剂体系界面张力的降低，采收率的提高幅度越大， 随着二元体系黏弹性的增强、界面张力的降低，提高采收率的效果越好。特别是当二元 体系界面张力降低到超低( 1 0 一m n m ) ，聚合物质量浓度达到2 e ：, l 时，残余油基本被 驱替干净。 人庆石油学院颂l 硝宄生学位论史 引言 在油田开采史上，利用油层自身所具有的天然能量将原油采出地面的方法( 能量衰 竭法) ，被称为一次采油；利用维持地层压力的方法，如向油层注气、注水，通过补充 的能量，将原油采出地面的方法，被称为二次采油：在二次采油之后，通过向油层注入 非常规物质进行开采的方法，被称为三次采油( t e r t i a r yo i lr e c o v e r y ) ，也叫作提高采收 率或强化采油( e n h a n c e do i lr e c o v e r y ) ，或称为e o r 技术。 目前，三次采油技术已经发展了很多项目，主要的提高采收率方法可分为四大类， 热驱、气驱、微生物驱和化学驱。其中化学驱主要是指通过注入能够降低油水界面张 力或提高波及效率的化学药剂，以采出水驱残余油的方法。包括聚合物驱、表面活性剂 驱、碱驱、泡沫驱和复合驱。复合驱又包括表面活性n 聚合物驱、碱聚合物驱、碱 表面活性剂，聚合物驱等。 一、聚合物驱的发展、应用现状及本文的研究背景 聚合物驱( p o l y m e rf l o o d i n g ) 是指在注入水中加入少量水溶性高分子量的聚合物， 增加水相黏度，同时降低水相渗透率，改善流度比，提高原油采收率的方法。它的机理 是所有提高采收率方法中最简单的一种即降低水相流度，改善流度比，提高波及系数。 一般来说，当油藏的非均质性较大和水驱流度比较高时，聚合物驱可以取得明显的经济 效果。 聚合物驱f 2 l 始于2 0 世纪5 0 年代末和6 0 年代初。美国于1 9 6 4 年进行了第一次聚合 物驱矿场试验，随后在1 9 6 41 9 6 9 年间，进行了6 1 个聚合物驱项目。从7 0 年代到1 9 8 5 年共进行了1 8 3 个聚合物驱项目，且一般都取得了明显的经济效益。那时美国开展如此 多的聚合物驱项目，其原因在于当时美国国内优惠政策以及国际油价的上升。除美国外， 前苏联的阿尔兰油田、加拿大的h o r s e f l yl a k e 油田，r a p d a n 油田、法国的c h a t e m a r d 油田以及德国、阿曼等都进行了聚合物驱工业化试验，原油采收率提高了6 1 7 p j 。 在中国，聚合物驱得到了充分的发展。自1 9 7 2 年在大庆油田开展小井距的聚合物 驱试验以来，特别在“八五”、“九五”期间，在聚合物驱室内研究、数值模拟技术、注 入工艺以及动态监测技术等方面进行了大量的研究和试验，为聚合物驱在中国进入工业 化应用阶段奠定了基础。1 9 8 7 1 9 9 3 年，大庆油田在非均质河流三角洲储层成功地进 行了两次聚合物驱的先导性试验。该储层原油黏度为9 5m p a s ，地层水为淡水，地层 温度4 54 c ，适合于注聚合物。这两次试验成功后大庆油田修建了一座年产5 8 万吨聚合 物的生产厂，以便开始大规模的采用聚合物驱油。据当时预测，在今后2 5 年中，大庆 引言 油嗣将增加l ，5 亿吨的可采储量，年增产油量5 0 0 6 0 0 万吨。 自从人们对聚合物驱可以提高采收率进行研究以来，就开始了对其驱油机理的研 究，早期的关于聚合物驱油机理的研究主要是以毛管数和分流方程为基础用物理模拟 和数值模拟方法进一步认识到聚合物驱油机理是降低油水流度比，抑制注入液突进，扩 大面积波及效率。总之，在此期1 日】，人们主要研究的是聚合物溶液对宏观驱替效率的影 响。 关于聚合物驱油机理，人们的认识还不一致。有人认为，注黏性水与常规注水的最 终残余油饱和度是相同的；也有人认为，聚合物驱不能在波及面积内使残余油饱和度有 很大降低，目前国内外一种普遍的观点认为：聚合物只能提高波及效率，而不能提高微 观驱油效率。实际上，人们对聚合物溶液在地下驱油过程中的渗流特征的认识还不够完 善，特别是其微观物理化学渗流规律，还有待进一步深入。 郭尚平、黄延章【4 i 利用微观渗流模型，在1 9 9 0 年就进行了聚合物驱油微观机理的 研究，认为聚合物提高驱油效率的机理是由于聚合物溶液与油的剪切应力大于水与油的 剪切应力。近几年来，王德民哪l 、夏惠型7 叫0 1 初步探索聚合物溶液的黏弹性对微观驱 油效率的影响。从一些微观驱油实验中发现，黏弹性流体和黏性流体在同样条件下驱替 水驱后的残余油，前者的驱油量大大超过了后者的驱油量，对残余油具有弹性的“拉、 拽”作用。所有这些研究成果，无疑对聚合物驱油理论的研究有了新的认识，产生了质 的飞跃。 虽然聚合物驱能扩大波及体积和提高驱油效率，可以比水驱提高采收率i o 0 0 i p 以上，但聚驱后仍然有约5 0 的原油残留在地下【i ”。同时，随着油田主力油层和一类 油层聚合物驱的不断开展，进入聚合物驱后的区块和油层不断增多，但大部分正在实施 的聚合物驱区块将在5 年内结束，有些区块的聚合物驱已经结束。因此，在聚合物驱之 后如何继续高效地开采这些油藏? 是否还有可能采取措施进一步继续提高采收率? 前 景如何? 这是我国石油工业持续发展必然要面对，且已迫在眉睫的严峻挑战。迫切需要 研究和试验迸一步提高采收率的技术和方法，分析其挖潜机理，探索聚合物驱后进一步 提高采收率的途径。 二、表面活性剂驱的发展及研究现状 1 9 2 6 年h a r k i n s 和z o l l m a n 首先发现在苯水体系中同时加入油酸钠、n a c i 和n a o h ， 苯与水的界面张力可以降低到0 0 4 m n m 。1 9 2 7 年u r e n 和f a l l f y 【1 2 1 提出：原油开采时 水驱原油的采收率与液体界面张力成反比。由于当时生产上尚无迫切要求，也没有好的 测定低界面张力的方法，因此，这些现象得不到很好的解释，更无法深入研究。到了 4 0 年代，v o n n e g u t 1 4 】发展了测定界面张力的旋滴法，6 0 年代应用此法成功地测定出低 达1 0 6 m n m 数量级的低界面张力，同时，提高原油采收率的迫切要求大大促进了对低 人庆石油学院颅 一研究生学位论文 界面张力现象的研究。为使注水采油后剩余油启动并被开采出来，必须使用适当的化学 剂使原油水体系的界面张力降低到1 0 - 3 m n m 甚至更低。这些化学剂主要是表面活性剂 或能够与原油反应( 如碱荆) 生成表面活性剂的物质。这些技术逐渐形成了低界面张力 的化学驱，并先后发展成两种驱油方法【1 5 , 1 6 1 ：大孔隙体积低浓度表面活性剂驱和小孔隙 体积高浓度表面活性剂驱( 胶束驱或微乳液驱) 。两种方法技术上都是成功的，但因当 时经济成本过高而没推广应用。 长期以来，由于受到表面活性剂高成本的限制，表面活性剂驱一直未得到广泛推广。 人们对表面活性齐0 的研究也大多集中在新型表面活性的开发以及适合三次采油的表面 活性荆的优选上【“】，因此对于其驱油机理的研究还有待于迸一步深入。对于机理的研 究现在大致分为两种理论1 2 2 l ：一是毛管数理论，以毛管数的数值来评价表面活性剂 是否能够启动残余油；二是从微观上对各种界面现象进行的力学研究1 2 3 。“国内的郭尚 平 2 7 1 等人首先开展了关于化学驱的微观渗流实验，其中包括对表面活性剂及其复配体 系的驱油机理的初步研究，但无论是哪种理论，要想提高原油采收率，必需具备低的油 水界面张力，这个低界面张力都是通过加入合适的表面活性剂实现的。 下面就目前的研究成果来介绍表面活性剂驱的驱油机理f 2 8 3 1 1 。 ( 1 ) 低界面张力机理 由于引起油在油藏孔隙中被圈捕的主要作用力是黏滞力和毛细管力。若想改善油藏 的微观驱油效率，使被捕集的油流动，必须使毛管数由1 0 4 增至1 0 ，界面张力降低到 1 0 一m n m 。 用低浓度表面活性剂水溶液驱油时，表面活性剂吸附在油水界面上，降低油水界面 张力，增加了毛管数，从而减少了油珠通过狭小孔道移动时界面变形所需功，降低原油 的流动阻力，将岩石中的残余油驱出来，使用适当的表面活性剂体系，大量的滞留油珠 都能移动，这些油滴富集并形成油墙。一般产生这种超低界面张力的最小值对应于开始 形成胶束时而且表面活性剂分配系数接近l 。因此，通过调节表面活性剂的浓度、含盐 量等可形成超低界面张力。 ( 2 ) 润湿反转机理 油湿表面驱油效率差，水湿表面驱油效率好。选择合适的表面活性剂，能选择性地 改变岩石对油和水的润湿性并能产生良好的条件以提高驱油效率。研究表明，表面活性 剂对岩石表面润湿性的改变与降低油水之间界面张力也是密切相关的。油藏流体在岩石 中的分布和流动受岩石的润湿性控制，因此通过改变岩石的润湿性，可以使油水的相对 渗透率向有利于油流动的方向改变。 ( 3 ) 乳化机理 驱油用的表面活性剂的h l b 值一般在7 1 8 范围，它在油水界面上的吸附，可稳 定水包油乳状液。乳化的油在向前移动中不易重新粘湿润湿性地层表面，提高了洗油效 引言 率。而且乳化的油在高渗透层产生叠加的j a m i n 效应，可使水较均匀地在地层推进，提 高了波及系数。 ( 4 ) 提高表面电荷密度机理 当驱油表面活性剂为阴离子型表面活性剂时，它在油珠和地层表面七的吸附可提 高表面的电荷密度，增加油珠与地层表面之阳j 的静电斥力，使油珠易为驱动介质带走， 提高了沈油效率。 ( 5 ) 聚并形成油带机理 若从地层表面洗下的油越来越多，则它们在向前移动时，可发生相互碰撞。当碰撞 的能量克服相斥的能量时，就可聚并。油的聚并可形成油带，油带私：向前移动时又不断 将遇到的分散的油聚并进来，使油带不断扩大，最后从油井采出。 表面活性剂驱虽然可以大幅度的提高采收率，但是由于化学剂用量大，价格昂贵， 整体成本较高。同时，表面活性刺在地层中吸附滞留量大，且易与地层水中二价离子反 应，生成沉淀失效及流度控制等问题，限制了表面活性剂驱的应用。 三、表面活性剂聚合物二元复合驱的发展及研究现状 表面活性剂聚合物二元复合驱( s u r f a t a n t p o l y m e rf o o l d i n g ) 是种充分发挥表面 活性剂和聚合物的复合作用来提高采收率的方法。 最初表面活性剂聚合物二元复合驱是指先注入一段活性水段塞，降低油水间的界 面张力，然后注入聚合物段塞控制流度【3 2 3 6 1 。但是由于活性水驱机理复杂，且表面活 性剂在孔隙介质中的吸附滞留，并且在高温高矿化度的油层容易产生沉淀等种种原因， 再考虑到经济的因素，使得这种二元复合驱成功的实例并不多。 后来提出把一定浓度的表面活性剂加入聚合物溶液中，形成混合溶液，来提高采收 率。其中以表面活性剂胶束微乳液聚合物混相驱的驱油效率最高，因为这种技术方法 属于混相驱【”1 ，所以在表面活性剂胶束微乳液波及到的油层中，几乎1 0 0 的原油可以 被有效地驱替出来，因此，在过去相当长的时间内，石油界的三次采油科学家和工程师 们普遍重视此方法。但是，表面活性剂胶束微乳液聚合物驱由于表面活性剂的用量过 高，表面活性剂商品浓度一般在l 3 之间，且价格昂贵，一般为8 0 0 0 1 0 0 0 0 元 吨，有效含量4 8 5 2 ，这还不包括胶束体系中含有的大量助剂，例如高浓度的碳数 不同的醇类助剂及其它助剂，尽管该方法在国外( 以美国最多) 和国内( 例如大庆油田) 进行过多次矿场试验，在技术上获得了成功，但终因表面活性剂和聚合物等化学剂的成 本过高而不能进入大规模的商业性应用。 因此，三次采油的工程师们从尽量提高油层采收率的角度出发，同时考虑又要大幅 度降低化学剂特别是表面活性剂及助剂的用量和成本，一直在积极寻找新的高效三次采 油方法。 4 人庆石油学院硕i ：o f 究生学位论盅= 美国o r y x 能源公司在德克萨斯州e a s t l a n d 郡r a n g e r 油田m c c l e s k e y 砂层中进行的 低界面张力表面活性n 聚合物先导实验| 3 8 l ，实验在1 6 2k m 2 井距的水淹区中进行，这 一油层渗透率为2 0 0 5 0 0 1 0 m 2 ，渗透率变异系数为o 7 o 8 3 ，孔隙度为1 5 ，采 用单独聚合物所增加的石油产量不能抵消其费用，加入合适的表面活性剂可以获得低的 界面张力，大大降低了残余油饱和度。所增加油量为水驱后剩余油量的2 5 ，经济效 益比较可观。 三元复合驱技术也是三次采油中较为成熟一种驱油技术，该技术利用了三元体系中 的碱、表面活性剂和聚合物三种化学剂的水溶液协同效应驱替原油。它可以在表面活性 剂浓度很低的情况下与原油形成超低界面张力，可以提高采收率2 0 左右。 虽然三元复合驱在提高采收率上起到了很好的效果。然而，在大规模开展三元复合 驱工业化应用中，随之而来也出现一些问题。特别是注入碱能引起地层黏土分散、运移， 导致地层渗透率下降，碱与油层流体及岩石矿物反应，可形成碱垢，如碳酸盐垢、硅铝 盐垢，对地层造成伤害，会引起油井结垢，影响油井正常生产，检泵周期缩短以及采出 液破乳脱水困难等一系列问题 3 9 1 。另外。加入碱能大幅度降低聚合物的黏弹性。不利 的流度比还将导致黏性指迸现象，大大降低了波及体积。这些问题的产生大大限制了三 元复合驱的进一步推广应用。 对于表面活性剂聚合物二元复合驱，由于聚合物的加入能够较好的控制流度，而 表面活性剂的低界面张力性质，能促使残余油启动，因此能够既扩大波及体积，又能提 高微观驱油效率。如果驱油体系选择好的话，能够比聚合物多采出由于界面张力降低而 采出的油，其驱油效果不小于三元复合驱，同时消除了三元复合驱体系中含碱所带来的 结垢等一系列问题。 截至目前为止，国内的学者对表面活性剂聚合物二元体系溶液的性质，界面的流 变性，界面黏度等进行了大量的研究1 4 0 4 7 i ，而对表面活性剂聚合物二元体系微观渗流 机理方面的研究则较少，有待科研人员在这一方面做迸一步的工作。 四、聚驱后进一步提高采收率的方法及研究现状 随着国内聚合物驱工业化应用的开展，现在有很多聚合物驱块已进入含水回升期， 有的甚至已经聚驱结束。而且通常聚合物驱只能提高原油采收率1 3 左右，聚合物驱 后还有4 0 5 0 的原油残留地下，有待于采取进一步措施提高采收率。通过十几年的 研究工作，科研工作者提出了许多聚合物驱后进一步提高采收率的方法，卢祥国1 4 引于 1 9 9 4 年就进行了聚合物驱后进一步提高采收率的实验研究，提出了在实施了一次聚合 物驱之后的油藏，注入分子量更高、浓度更大的聚合物或交联聚合物，可以迸一步扩大 波及体积，提高原油采收率。郭尚平于1 9 9 7 年探讨了聚合物驱后进一步提高采收率 的四次采 油f o l 题，提出了聚合物驱后表面活性剂驱、聚合物驱后液晶体系驱。随后刘晔、 l言 赵福麟、李爱芬等人也提出了很多聚合物驱后进一步提高采收率的方法f 5 0 。5 ”，如聚合 物驱后微生物驱，聚合物驱后调削剂深部调剖、聚合物驱后泡沫驱等方法。这些实验研 究都表明：聚合物驰三次采油后采用适当的方法，还可以迸一步提高采收率，即三次采 油后再进行四次采油是有效果的。 五、本文的主要工作 在本文中，重点研究了聚合物驱三次采油后再利用无碱表面活性剂一元体系和表面 活性剂聚合物二元体系提高采收率的可能性和驱油机理，通过数值计算，探讨了聚合 物溶液对残余油膜的作用机理。 首先，用宏观人造岩心实验证实聚驱后表面活性荆一元体系和表面活性剂聚合物二 元体系提高采收率的可能性和提高幅度。 其次，通过一系列微观实验研究，分析聚合物驱后表面活性剂一元体系和表面活性 剂聚合物二元体系提高采收率的幅度，通过对聚合物驱后表面活性剂一元体系和表面 活性剂，聚合物二元体系微观驱油过程的记录，具体分析聚合物驱后表面活性剂一元体 系和表面活性剂聚合物二元体系的微观驱油机理。 再次，通过数值计算，讨论了聚合物溶液在非对称波纹管中的流动，分析了威森博 格数w e 、波纹度a 对聚合物溶液在非对称波纹管界面处第一法向应力、第一法向应 力差i 和剪切应力死的影响，分析了聚合物溶液对残余油膜的作用机理。 人庆石油学院硕卜研究生学位论立 1 1 实验 第一章室内岩心实验 1 1 1 实验设备、条件、试剂及配方 实验设备：恒温箱、旋转界面张力仪、驱油泵、中间容器，其他一些辅助设备； 实验条件：实验温度为4 5 ，恒速驱油( 6 m l h ) ； 实验试剂：实验中所使用的油是由大庆油盱| 第一采油厂生产的原油和煤油配置的模 拟油，模拟油黏度为i o m p a s ( 4 5 c ) ；实验过程中所用的聚合物均为大庆炼化公司生 产的相对分子质量为1 7 0 0 x 1 0 4 的聚合物；水驱过程中用水和配制溶液用水均为矿化度 为3 7 0 0 m g l 的模拟毓水：聚合物驱过程中聚合物溶液的质量浓度为l g l ；实验中所用 表面活性剂为羧基甜菜碱，是种两性表面活性剂； 实验配方：表面活性剂一元体系( 本文以后如无特殊说明，表面活性剂一元体系 简称为一元体系) 中表面活性剂的质量分数为o 0 3 ，4 5 c 时与模拟油之间的界面张力 为7 4 2 1 0 3 m n m ；表面活性剂聚合物二元体系( 本文以后如无特殊说明表面活性 剂聚合物二元体系简称为二元体系) 中表面活性剂质量分数为o 0 3 ，聚合物质量浓 度为l g l ，4 5 ( 2 时与模拟油之间的界面张力为7 4 9 x 1 0 一m n m ，聚合物质量浓度为2 9 l ， 4 54 c 时与模拟油之间的界面张力为5 7 5 1 0 一m n m 。 1 1 2 实验岩心及方案 实验中使用人造圆柱状岩心，岩心外形尺寸为4 9 c m 2 1 0 c m 的均质岩心。岩心参 数和实验方案见表1 一l 。 表1 1 岩。参数和实验方案 旦! ! ! ! ：! 堡! 婴! ! ! ：! 璺竺! 堕! 竺! 坚! 堕璺! ! 堕! ! ! ! ! 坐 岩心编号渗透率m d d x l 隙体积m l 孔隙度 饱和油量m l含油饱和度 实验方案 卜5 1 0 8 69 7 02 4 0 7 0 57 2 7水驱至不出油 0 5 5 2 0 8 0 41 4 22 8 9 1 0 0 0 4水驱+ 一元体系 22#884 1 3 6 2 7 5 6 9 56 9 8水驱+ 聚驱十一元体系 0 5 5 18 0 3 1 4 02 8 5 9 97 0 7水驱十二元体系( 1 9 l ) 2l#887 1 3 82 7 7 9 56 8 8水驱+ 聚驱+ 二元体系( 1 9 l ) 0 5 5 2 9 7 3 6 1 3 32 7 0 9 67 2 2水驱+ 二元体系( 2 9 l ) ! 塑! ! ! ! ! ：!型型 ! ! ：! 一塑堕墅堑塑塑! 型一 第一带室内岩心实验 1 1 3 实验步骤 为了确定实验中水驱至岩心不出油时注入的p v 数，在进行实验之前，水驱岩心1 5 至不出油为止，采收率与注入p v 数的关系曲线见图1 1 。由图l l 可以看出，水驱前 5 p v 时，采收率增长很快达到了4 8 ，水驱5 2 0 p v 时，采收率又增长了1 5 ，水 驱2 0 3 6 p v 时，采收率增长变得很缓慢，当水驱至3 6 p v 后岩心不再出油。水驱2 0 p v 和3 6 p v 时采收率相差大约三个百分点，考虑实验条件与数据结果，确定水驱、聚驱和 一元、二元体系驱均为2 0 p v 。 图i 1 水驱采收率与注入p v 数关系曲线 f i g i - 1r e l a t i o n s h i pc u r v eb e t w e e nr e c o v e r y e f f i c i e n c y a n dp v i n j e c t e d 具体实验步骤如下： ( 1 ) 测定岩心气测渗透率； ( 2 ) 岩心抽空4 小时后，饱和3 7 0 0 m g l 的人工合成盐水，测量孔隙度： ( 3 ) 将岩心放置在恒温箱内，4 5 条件下恒温1 2 小时： ( 4 ) 岩心饱和油，在同样条件下油驱水至模型出口不出水为止； ( 5 ) 水驱油，以恒定驱替速度水驱油至模型出口不出水，水驱油2 0 p v ； ( 6 ) 聚合物驱油，以恒定驱替速度聚合物驱油至模型出1 3 不出水，聚合物驱油 2 0 p v ； ( 7 ) 表面活性剂一元体系、表面活性剂聚合物二元体系驱油，以恒定驱替速度一 元、二元体系驱油至模型出1 3 不出水，一元、二元体系驱油2 0 p v ； ( 8 ) 计算各阶段采收率。 注：水驱后直接一元、二元体系驱无步骤( 6 ) 。 1 2 实验结果及分析 1 2 1 一元驱实验结果及分析 水驱后和聚驱后一元驱的各阶段的总采收率与注入p v 数的关系见表1 - 2 、表1 - 3 ， 水驱后和聚驱后一元驱采收率与注入p v 数的关系曲线见图l - 2 、图1 3 。 人庆“油学院硕 研究生学位论文 表1 3 聚驱后一元驱实验结果 t a b l e1 - 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa f t e rp o l y m e rf l o o d i n g 压差a n t ip v 致水驱采收事聚驱果收牛一兀驱采收奉总采收率含水率阶段含水拳 0 2 02 0 4 45 26 3 一 一5 2 6 3 9 7 3 01 0 0 05 24 7 3 5 一 1 47 4 6 73 79 8 6 21 0 0 02 27 l6 2 一一0 5 36 79 09 90 81 0 0 7 。 6 0 5 0 暮4 0 萎3 0 2 0 i o f f l 水驱 一l 一 一元驱 一i o2 03 04 0 5 0 6 07 0 p v 图1 2 水驱后一元驱采收率与注入p v 数关系曲线 f i g 1 - 2r e l a t i o n s h i pc u i r v eb e t w e e nr e c o v e r ye f f i c i e n c ya n dp vi n j e c t e d 薹 萎 图1 - 3 聚驱后一元驱采收率与注八p v 数关系曲线 f i g i - 3r e l a t i o n s h i pc u w eb e t w e e nr e c o v e r ye f f i c i e n c ya n dp vi n j e c t e d 由衷i - 2 、表i - 3 、图1 2 和图l 一3 可以看出，水驱后一元驱的提高值约为1 0 ，聚 驱后一元驱仍可进一步提高采收率，但提高幅度不高，仅为0 5 3 ，聚驱后的采收率和 水驱后一元驱采收率相当，可见聚驱后表面活性剂一元驱对采收率的提高贡献不大。 9 0 j 塑堕塑塑l 一 1 2 2 二元驱实验结果及分析 缄fl 水驱后三詈娄：三? 驱。 实验结果见表l 一4 、表1 5 ，水驰后和聚驱后二元 驱( p l ，采收率与注入p v ( 数l g 的l 关) 系曲线见图1 4 、图l 一5 。 ”。一儿 表i _ 4 水驱后二元驱( 1 9 几) 实验结果 表l ，5 聚驱后二元驱( 1 9 l ) 实验结果 妻 藿 图1 _ 4 水驱后二元驱( 1 9 l ) 采收率与注入w 数关系曲线 h 昏1 1 4r e l a l i o n s h i pc u r v eb e t w e e nf e c o v c 叮e 霸c j e n c y a n dp vi n i 二c e d 薹 萎 图i 5 聚驱后二元驱( 1 9 l l ) 采收率与注入p y 数关系曲线 f g l - 5r e l a t i o n s h i pc u i v eb e t w e e nr e c o v e r ye f f i c i e n c ya n dp v i n j e c t e d 大庆石油学院硕i ：i ) i f 究生学位论文 由表l - 4 、表l 一5 、图i - 4 和图1 5 可以看出： ( 1 ) 聚驱后二元驱( 1 l ) 仍可进一步提高采收率提高幅度约为5 3 ，； ( 2 ) 相同聚合物质量浓度条件下，水驱后二元驱( 1 l ) 采收率提高值比水躯后 聚合物驱采收率提高值高，约为1 5 ； ( 3 ) 在水驱后，二元驱( i g l ) 注入0 9 p v 范围内，采收率提高值增加较快， 注入9 p v 以后采收率提高值的增加变的缓慢。 水驱后和聚驱后二元驱( 2 9 l ) 实验结果见表1 - 6 、表1 7 ，水驱后和聚驱后二元 驱( 2 9 l ) 采收率与注入p v 数的关系曲线见图1 6 、图1 7 。 表l - 6 水驱后二元驱( 2 9 l ) 实验结果 t a b l e1 - 6e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa f t e rw a t e rf l o o d i n g 表i 一7 聚驱后二元驱( 2 9 l ) 实验结果 t a b l e1 - 7e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa f t e rp o l y m e rf l o o d i n g 。一。厂 厂 7 一i 厂水驱 一。一 二元驱 图i - 6 水驱后二元驱( 2 9 l ) 采收率与注入p v 数关系曲线 f i g 1 - 6r e l a t i o n s h i pc u r v eb e t w e e nr e c o v e r ye f f i c i e n c ya n dp vi n j e c t e d 帅帅鲫如肋m o 4 毒掣啭 第一章室内岩心实验 图i 7 聚驱后二元驱( 2 9 l ) 采收率与注入p v 数关系曲线 f i g 1 - 7r e l a t i o n s h i p c u r v eb e t w e e nr e c o v e r ye f f i c i e n c ya n dp vi n j e c t e d 由表1 6 、表1 7 、图l ，6 和图1 7 可以看出： ( 1 ) 聚驱后二元驱( 2 l ) 仍可进一步提高采收率，提高幅度为5 9 4 ； ( 2 ) 在水驱后，二元驱( 2 9 l ) 注入o 1 0 p v 范围内，采收率提高值增加较快， 注入i o p v 以后采收率提高值的增加变的缓慢。 由表1 5 、表1 7 、图l 一5 和图1 7 还可以看出： ( 1 ) 聚驱后二元驱( 1 9 l ) 和二元驱( 2 9 l ) 均可进一步提高采收率，二元驱( 2 9 l ) 提高值比二元驱( 1 9 l ) 提高值高出o 7 ，即二元体系黏弹性越高，提高采收率效果 越好； ( 2 ) 聚驱后二元驱( 2 l ) 的最终采收率高于聚驱后二元驱( i g l ) ，约为6 。 由此可见，若想聚驱后采用二元驱进一步提高采收率，选用高质量浓度的聚合物效果较 好。 1 3 小结 ( i ) 水驱后具有超低界面张力的表面活性剂驱和不同黏弹性的二元驱均能够进一 步提高采收率，效果明显。二元驱提高采收率效果要好于一元驱，且二元体系黏弹性越 高，提高采收率效果越好。 ( 2 ) 聚驱后具有超低界面张力的表面活性剂驱和不同黏弹性的二元驱均能够进一 步提高采收率。表面活性剂驱提高采收率效果不明显，二元驱提高采收率效果较为明显， 且二元体系黏弹性越高，提高采收率效果越好。 帅加卸船们柚m o 妻苷噬 人庆“油学院硕l 研究生学位论文 第二章表面活性剂驱油实验及驱油机理 本章通过微观模型驱油实验，采集了具有不同界面张力的表面活性剂一元驱在盲端 孔隙模型和仿真孑l 隙模型中的微观渗流过程，分析了实验过程中剩余油的分布、各类残 余油的启动和运移机理，进一步验证了聚驱后表面活性剂一元驱提高采收率的可能性， 探讨了表面活性剂一元驱的微观驱油机理。 2 1 实验设备、材料、方案及基本步骤 利用玻璃刻蚀的孔隙模型进行驱油实验，通过图像采集系统将驱油过程的图像转化 为计算机的数值信号，采用图像分析技术研究表面活性剂一元体系的微观驱油特性。实 验设备及流程见图2 1 。 徽量泵 图2 - 1 实验装置图 f i g2 - li n s t a l l a t i o nd r a w i n go f e x p e r i m e n te q u i p m e n t 2 1 1 实验材料 实验中所使用的油是由大庆油