chapter2提高采收率原理

1、第二章第二章 聚合物溶液驱油聚合物溶液驱油1.聚合物：由大量结构相同的简单分子经共价键聚合而成的高分子量的化合物。如：聚丙烯酰胺。2.单 体：组成聚合物的简单分子。例：组成聚丙烯酰胺的丙烯酰胺分子。一、基本概念第一节第一节 聚合物的类型及性质聚合物的类型及性质CH3CH2CONH2CH2CHOCNH2n3.链 节：聚合物长链上重复的结构单元。4.聚合度：链节的个数。一、基本概念第一节第一节 聚合物的类型及性质聚合物的类型及性质CH2CHOCNH2n 即聚合物分子的化学结构，包括链节的化学组成、单体的连接方式。它决定着聚合物的物理、化学性质。分子构型分子构型线型支链型网型(可发展为体型)（1）线

2、型或支化度较小的聚合物，物性较柔软，能够溶解；（2）体型聚合物不能溶解。5、聚合物分子构型A.线型分子构型B.支链型分子构型C. 网型分子构型分子构型 特点：特点：有别于构型，构象的转变属于物理现象，主要由热运动引起的，而构型的转变则必须通过化学反应改变分子链上的结构。由于分子中化学键的内旋转所形成的各种立体形态(空间结构)。影响构象的因素影响构象的因素聚合物的构型聚合物分子所处的环境线型聚合物分子的构象千变万化，又称为线型聚合物的柔曲性。线型聚合物分子的构象千变万化，又称为线型聚合物的柔曲性。6、分子的构象1）分子间力大； 2） 构象多(多指线型聚合物)3）多分散性7、与低分子的区别指同种类

3、型的聚合物是由大小不同的同系分子混合而成，它不象低分子有固定的分子量。即：聚合物分子的聚合度是变量。多分散性：多分散性：二、聚合物的性质二、聚合物的性质1、聚合物的平均分子量2、聚合物的溶解性1. 聚合物的平均分子量（1） 数均分子量（2） 重均分子量（3） Z均分子量（4） 粘均分子量（5） 分子量间的关系nMiiiiiiinNNMNNMNM分子量为Mi的聚合物摩尔数；分子量为Mi聚合物的摩尔分数。测量方法：冰点下降法 沸点升高法 渗透压法 端基法（1 1）数均分子量）数均分子量wMiiiiiiiiiiiwwwMwMNMNwMwM2分子量为Mi聚合物的重量；分子量为Mi聚合物的重量分数。测量

4、方法： 光散色法 光扩散法（2 2）重均分子量）重均分子量zM322iiiiiiiiiiiiiiZ Mw MN MM zZw MN MZw M测量方法：超速离心沉淀法（3 3）Z Z均分子量均分子量vM1110 .512iiviivwvwNMMNMMMMM与 粘 度 相 关 的 常 数 ；时 ，时 ，线 型 分 子 ：；棒 型 分 子 ：。测量方法：利用测量粘度的方法。（4 4）粘均分子量）粘均分子量2.聚合物的溶解性 存在三个运动单元：溶剂小分子聚合物链节聚合物分子运动速度较快；速度较快，但链节两端受限制；运动速度较慢。 由于聚合物分子运动速度较慢，且大分子间相互纠缠，聚合物分子不能很快溶于

5、溶剂中。而溶剂小分子运动速度较快，首先进入聚合物线团内，与聚合物大分子表面产生溶剂化作用，形成溶剂化层，使聚合物的体积涨大，此过程称为溶涨过程。随着大分子间距离的增大，分子间引力减小，最后脱离聚合物线团，溶于溶剂中。配制过程：A.聚合物的分子构型聚合物的分子构型 线型分支型网型。B.溶剂的性质溶剂的性质 水质矿化度越高，硬度越大，越不易溶解。D.温度温度 温度增加可减少分子间的内聚力， 有利于溶解。C.平均分子量平均分子量 分子量越小，越有利于溶解。E.杂质的影响杂质的影响1. 聚丙烯酰胺它是由丙烯酰胺单体聚合而成：nCH2CHCONH2CH2CHOCNH2n聚合分子量变化范围由100万几千万

6、不等。3. 聚合物驱常用聚合物部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺长链上的部分酰胺基转化为羧基：聚丙烯酰胺长链上的部分酰胺基转化为羧基：nCH2CHCONH2CH2CHOCNH2xNaOH水解度：酰胺基转化为羧基的百分数，CH2CHC OONay1. 聚丙烯酰胺特点：特点：1.属于人工合成的聚合物；属于人工合成的聚合物；2.长链由长链由C-C键连接，分子链极易变化，构象键连接，分子链极易变化，构象多，具有柔曲性；多，具有柔曲性；3.水溶液中发生水解，是阴离子型聚合物；水溶液中发生水解，是阴离子型聚合物；称为部分水解聚丙烯酰胺，简称称为部分水解聚丙烯酰胺，简称HPAM；4.抗盐能力差；

7、抗盐能力差；5.抗剪切的能力也差；抗剪切的能力也差；6.抗细菌的能力强。抗细菌的能力强。2. 黄原胶黄原胶 ( Xanthan Gum )糖类分子经过发酵过程聚合而成，分子量在200500万左右，其分子结构为：特点：1.属于生物合成的聚合物；2.长链由氧环碳键连接，分子链不易变化，棒型结构，具有刚性；3.属于非离子型，带有较少的侧链结构；4.抗盐能力强；5.抗剪切的能力也强；6.抗细菌的能力差。一、聚合物溶液的流变性一、聚合物溶液的流变性二、聚合物溶液的视粘度二、聚合物溶液的视粘度三、聚合物溶液的稳定性三、聚合物溶液的稳定性第二节第二节 聚合物溶液的性质聚合物溶液的性质 1. 作用在流体上的力

8、3.聚合物溶液的流变模式指流体在外力场作用下发生流动和变形的一种特征。 2. 流体类型一、聚合物溶液的流变性一、聚合物溶液的流变性力剪切力：流体在等径的剪切力：流体在等径的毛管中流动，半径愈大毛管中流动，半径愈大的液面，剪切应力愈大。的液面，剪切应力愈大。在剪切应力的作用下，在剪切应力的作用下，液层以不同速率流动；液层以不同速率流动；拉伸力；流体通过收缩、发散的喉道时，流拉伸力；流体通过收缩、发散的喉道时，流线收缩流动单元在径向上变细，轴向上伸长，线收缩流动单元在径向上变细，轴向上伸长，从而产生拉伸流动。通常小分子不产生拉伸从而产生拉伸流动。通常小分子不产生拉伸流动，而高分子聚合物可产生此运动

9、。流动，而高分子聚合物可产生此运动。r剪切应力作用下，产生剪切流动，除去外力后产生的变形不恢复原来的状态，为粘性流体。拉伸应力作用下，产生拉伸流动，并发生弹性变形，除去外力后产生的变形，可恢复到原来的状态，为弹性流体。流体无粘流体（理想流体）无粘流体（理想流体）牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体粘性非牛顿流体粘性非牛顿流体粘弹性流体粘弹性流体剪切应力与剪切速率成正比（为常数）tg牛顿流体牛顿流体01nKn1nKn粘性非牛顿流体粘性非牛顿流体幂律流体：幂律流体：1nak1nKn室内实验结果剪切速率剪切速率测测量量粘粘度度原油原油水水聚合物溶液聚合物溶液 粘弹性流体粘弹性流体tttF弹性物体在一

10、定的时间内，施加一定的力。弹性物体的形变粘弹性物体的形变粘弹性粘弹性（二） 影响粘度的因素（一） 聚合物溶液粘度二、聚合物溶液的视粘度二、聚合物溶液的视粘度聚合物溶液粘度与浓度有关：32312(1.)wpppa Ca Ca C（一）聚合物溶液粘度（一）聚合物溶液粘度粘度mPa.s聚合物浓度，mg/L=5s-1=100s-1 特性粘度：0limlimpwccocpwc浓度趋近于零时，聚合物溶液黏度减去溶剂黏度，除以溶剂黏浓度趋近于零时，聚合物溶液黏度减去溶剂黏度，除以溶剂黏度与聚合物浓度的乘积。度与聚合物浓度的乘积。（一）聚合物溶液粘度（一）聚合物溶液粘度:表示单个聚合物分子对溶液粘度的贡献；表

11、示单个聚合物分子对溶液粘度的贡献； 特性粘度：0limlimpwccocpwc（一）聚合物溶液粘度（一）聚合物溶液粘度C图5.1 聚合物溶液特性粘度CwpwpC M k 特性粘度特性粘度KMvM（4 4）粘均分子量）粘均分子量（二）影响粘度的因素（二）影响粘度的因素水解度越大，黏度越大。水解度越大，黏度越大。NaCl的浓度（%）35%水解度15%水解度未水解11000101000.00010.011110未水解15%水解度35%水解度CaCl2的浓度（%）0.00010.011100粘度mPa.s聚合物浓度，mg/L=5s-1=100s-1地面配置聚合物溶液的粘度能否在驱油过程中得到保持，此性

12、质为聚合物溶液的稳定性。稳定性的好坏，直接影响到驱油效果。降解：聚合物溶液分子断链，黏度下降的现象。1、剪切降解2、化学降解3、温度降解4、生物降解三、聚合物溶液的稳定性三、聚合物溶液的稳定性 定义：在剪切应力和拉伸应力作用下，聚合物分子链发生断裂的现象。 存在条件：（1）地面设备（阀门）； （2）井下条件（孔眼、水嘴）； （3）砂岩（孔吼）。1 1、剪切降解、剪切降解定义：氧攻击聚合物分子长链上的薄弱环节，发生氧化，从而使分子长链断裂，分子量降低。 条件：有氧存在。如地面配置聚合物溶液时，如果在空气中暴露时间过长就会发生聚合物老化，即化学降解。2 2、化学降解、化学降解 定义：聚合物的化学键

13、受热时发生分子链断裂，分子量降低的现象。 条件：地层温度高于裂解温度。 通常聚合物的裂解温度都高于地层温度。温度降解不是主要因素。3 3、温度降解、温度降解 定义：微生物对聚合物产生作用，生成沉淀或分子链被剪断。4 4、生物降解、生物降解条件：注入水中含有细菌，如硫酸盐还原菌、铁菌等。实验研究表明：聚合物溶液在多孔介质中的流度实际上比预测的小。从聚合物溶液的流度定义分析：pppkppkp由于粘弹性聚合物滞留一、聚合物溶液在孔隙介质中的滞留一、聚合物溶液在孔隙介质中的滞留二、聚合物溶液在孔隙中的流变性二、聚合物溶液在孔隙中的流变性三、聚合物溶液在多孔介质中的粘弹性三、聚合物溶液在多孔介质中的粘弹

14、性第三节第三节 聚合物溶液在孔隙介质中的作用特点聚合物溶液在孔隙介质中的作用特点四、聚合物溶液在多孔介质中的流动参数四、聚合物溶液在多孔介质中的流动参数1.吸附滞留2.机械捕集3.水力滞留滞留一、聚合物溶液在多孔介质中的滞留一、聚合物溶液在多孔介质中的滞留1.吸附滞留概念概念：吸附是一个特定组分在界面上的富集。此界面可以是两种液相间界面、气固界面，也可以是液固界面机理机理：吸附机理可分为物理吸附、化学吸附两种。物理吸附是指界面和被吸附物质之间存在较弱的结合作用力，如静电力等。化学吸附是指吸附剂与吸附质之间发生化学反应。 研究方法研究方法：实验法 （1）静吸附，（2）动吸附； 国外，道米杰兹（D

15、ominguez)曾用不吸附HPAM的聚四氟己烯粉做成非胶结的人造岩心，让聚合物溶液流过它，结果K、都下降了。此现象产生原因之一：机械捕集作用，即大分子在小孔隙入口处的动过滤作用，是由于孔隙尺寸分布不均而引起的。2.机械捕集水力滞留：是因溶液的流速或流动方向改变引起的滞留。3.水力滞留静吸附静吸附：将岩石颗粒置于聚合物溶液中，吸附达到平衡时单位质量砂粒吸附聚合物的量， 。实验方法实验方法：将岩石颗粒在溶液中静置72小时，用离心机将溶液与颗粒分离，测溶液浓度，浓度损失即为吸附量。GVccw/)(0VG单位重量岩石吸附聚合物量，聚合物溶液的初始浓度，吸附后溶液的初始浓度，溶液的体积，岩石颗粒重量。

16、4、静吸附oc0cwcgmg /gmg /影响静吸附因素:(1) 岩石的矿物组成影响：CaCO3粘土石英。(2) 聚合物浓度增加,吸附增加,后趋于平缓。吸附量聚合物浓度吸附达到饱和(3) 溶液含盐量增加,吸附量增加(HPAM)。（4）水解度增加，吸附量下降；分子量增加， 吸附量降低。(HPAM)动吸附动吸附：聚合物溶液通过孔隙介质时产生的吸附。实验方法实验方法：做岩石驱替实验，测出口浓度。5、动吸附（1 1）随特性粘度增加而减小。 Mk 分子量上升，线团密度下降，吸附量降低 。图中曲线平缓段相当于静吸附段，超过某一浓度后分子缠结增加，体积增加，大分子堵塞小孔隙。（2 2）聚合物浓度增加，吸附量

17、急剧增大。动吸附量聚合物浓度二、聚合物溶液在多孔介质中的流变性二、聚合物溶液在多孔介质中的流变性5 . 0)2(431wknnvnK1n1nK三、聚合物溶液在多孔介质中的粘弹性三、聚合物溶液在多孔介质中的粘弹性1）含盐量：渗透率相同，高盐量使聚合物粘弹性增大。2）地层渗透率：渗透率越高，粘弹性愈小。弹性模量G ， 粘性模量G四、聚合物溶液在多孔介质中的流动参数四、聚合物溶液在多孔介质中的流动参数1.不可入孔隙体积2.阻力系数3.残余阻力系数 油层中聚合物分子不能进入的孔隙体积为不可进入孔隙体积（Inaccessible Pore Volume），简称IPV。IPV聚合物分子量岩石的渗透率孔隙度

18、及孔隙大小分布 IPV一般为孔隙体积的15%35% ，若小孔隙被油饱和，一定程度降低了聚合物溶液的驱油效果。1.不可进入孔隙体积不可进入孔隙体积定义：水通过岩心时的流度与聚合物溶液通过岩心时的流度比值。ppwwRpwpwPkFkP 意义：反映了聚合物溶液降低驱动介质流度的能力。2.阻力系数阻力系数定义：聚合物溶液通过岩心前、后盐水流度的比值。w iw iw aw aR Rw aw iw aw ikPFkP 意义：描述聚合物溶液降低多孔介质渗透率的能力。3.残余阻力系数残余阻力系数1.固含量：聚合物干粉除去水分后固体物质的含量，用 % 表示。 第四节第四节 聚合物常规性能测定聚合物常规性能测定2

19、 . 颗 粒 分 布 （ 粒 度 ） 0 . 1 5 1 m m 占 9597%。3.水解度: 2530%4.特性粘度：L/mg 。第四节第四节 聚合物常规性能测定聚合物常规性能测定5.溶解速度： 2h 。 7.残余单体含量：反应中未转化的原料和中间产品。 6.不溶物含量：在规定的条件下，聚合物中没有完全溶解的部分所占的百分数。测定方法：过滤称重法，=0.02 m2 ；F. 地层粘土含量: 低；G. 地层水的矿化度: 不应太高。E. 地层温度: 70 ；（2）选择聚合物）选择聚合物A. 良好的增粘能力；B. 良好的溶解性能；C. 低滞留量，小于20g/g；D. 良好的化学稳定性；E. 抗盐能力

20、强；F. 良好的注入能力；来源广，价格低。（3）油藏描述）油藏描述油藏描述是指对油藏构造（砂体的连通性和非均质性）、原油的分布、某些地质特征如断层、页岩、水层的存在，以及在油层中的位置和影响聚合物驱油的岩石性质描述。油藏描述的准确程度，对高成本的聚合物驱油方法应用具有重要的意义。（4）室内研究）室内研究A.溶解性能B.增粘能力C.短期老化效应D.微孔可滤性E.岩心可滤性F.剪切稳定性A. 滞留和渗透率下降G.静吸附实验B. 在多孔介质中的流变性C. 运移参数的测定（5）数值模拟）数值模拟数值模拟粗评研究数值模拟粗评研究：简化的地质模型基础上进行聚合物驱油效果初步评价。同时，对聚合物溶液段塞的粘度、大小，不同聚合物滞留量影响，聚合物降解速度等进行研究。水驱历史拟合水驱历史拟合：建立精细的地质模型，用此模型可得到良好的水驱历史拟合结果，为详细的聚合物驱数值模拟奠定基础。详细的数值模拟详细的数值模拟：为聚合物驱开发方案的制定提供科学依据，并进行聚合物驱的效果评价。（6）聚合物