化学驱室内评价技术

化学驱室内评价技术第1页，共66页，2023年，2月20日，星期一聚合物驱室内评价技术一、常规性能评价二、特殊性能评价三、注入性能评价四、驱油效果评价五、聚合物驱油藏筛选标准六、矿场经验七、室内评价技术的局限性ASP复合驱室内评价技术特点一、粘浓关系二、粘度—碱浓度关系三、粘度—表面活性剂浓度关系四、老化稳定性五、界面张力六、配伍性七、抗剪切性、阻力系数、残余阻力系数八、驱油效果九、物理化学作用实验（吸附、化学反应、扩散弥散）十、相态实验汇报提纲第2页，共66页，2023年，2月20日，星期一室内评价准备工作温度：实际油层温度，水浴或恒温箱控制。水质矿化度：清水或污水（实际地层污水或模拟地层水）岩芯：天然岩芯或油层砂。原油：目标区域原油，用煤油稀释到油层粘度。各类化学试剂。配聚合物母液：浓度一般5000mg/L，均匀分散，熟化备用。电子天平（精确到0.0001g）粘度计整套流动实验装置相关实验仪器与设备第3页，共66页，2023年，2月20日，星期一

根据部颁标准和美国石油学会（API）标准，结合大庆等油田实际应用情况，主要包括：常规性能评价特殊性能评价注入性能评价驱油效果评价聚合物驱油藏筛选标准矿场经验室内评价技术的局限性聚合物驱室内评价技术包括第4页，共66页，2023年，2月20日，星期一

固含量分子量水解度溶解速度不溶物粘浓关系粘温关系粘盐关系老化稳定性一.常规性能评价第5页，共66页，2023年，2月20日，星期一

固含量：指聚合物干粉或者胶状聚合物中除去水份等挥发性物质后聚合物固体物质的含量，通常以百分数表示。测定方法：在105±2℃下烘5小时，称量试样干燥前后的质量，精确到0.001g,m—干燥后的试样质量，gmo—干燥前的试样质量，gS—试样的固含量，%。产品有胶体（25%）和干粉（90%），大规模工业化应用一般要求在90%以上。第6页，共66页，2023年，2月20日，星期一分子量：一般在9.5×106—20.5×106之间。测定方法：粘度法，渗透压法，光散射法，沉降法。常用粘度法，即由Mark-Houwink经验方程表示：[η]—特性粘数，K，α—Mark-Houwink常数，M—分子量第7页，共66页，2023年，2月20日，星期一水解度：指PAM在NaOH作用下酰胺基转变为羧钠基的百分数。一般在25-30%左右。测定方法：部分水解聚丙烯酰胺是强碱弱酸性盐，它与盐酸反应形成大分子弱酸，体系的pH值由弱碱性转变为弱酸性。用盐酸标准溶液滴定，选用基橙—靛蓝二磺酸钠为指示剂，用所消耗的盐酸标准溶液的体积计算试样的水解度。第8页，共66页，2023年，2月20日，星期一HD—水解度，%C—盐酸标准溶液的浓度，mol/LV—试样溶液消耗的盐酸标准溶液的毫升数，mlm—试样的质量，gs—试样的固含量，%23—丙烯酸钠与丙烯酰胺链节质量的差值71—与1.00ml盐酸标准溶液[C（HCl)=1.00mol/L]相当的丙烯酰胺链节的质量。第9页，共66页，2023年，2月20日，星期一溶解方式与速度水聚合物干粉

聚合物的溶解是一溶胀过程：溶剂分子(水)渗入到大分子线团中，使大分子体积胀大的过程。完全溶胀需半小时以上。实验室配制：在搅动的水旋涡中慢慢加入干粉，必须均匀分散，防止出现“鱼眼”。现场上简易方法：从循环水上的漏斗中加入。第10页，共66页，2023年，2月20日，星期一大庆油田自动化配聚合物溶液方法母液罐水流聚合物干粉过筛鼓风机喷嘴喷嘴示意图：母液出口水入口聚合物干粉入口第11页，共66页，2023年，2月20日，星期一溶解速度测定方法：

电导法，阴离子型聚丙烯酰胺在水溶液中离解成离子，随着其不断地溶解，溶液的电导值不断增大，全部溶解后，电导值恒定。阴离子型聚丙烯酰胺在其合成过程中不可避免地引入电解质，当其溶解时释放出电解质，使溶液的电导值增大，电导值达到恒定所需的时间，为试样的溶解时间。要求5000mg/l（0.5%）的聚合物母液在2h内溶解。溶解速度取决于分子结构、固含量、颗粒大小和溶剂。第12页，共66页，2023年，2月20日，星期一不溶物：在一定溶解时间后聚合物不溶物所占的百分数。目前无统一标准。大庆油田用600目的滤网过滤（何种压力下），将滤出不溶物在105℃±2℃下烘干5小时，mo—滤网干燥后的质量，gm—滤网与不溶物干燥后的质量，gmp—聚合物溶液所用试样的质量，gS—试样的固含量，%第13页，共66页，2023年，2月20日，星期一粘浓关系：在油层条件（温度、水质矿化度和剪切速率）下，测定不同浓度下的聚合物溶液的粘度，找出设计粘度下的浓度，即为聚合物驱的主体段塞浓度。45℃

，7.34s-1第14页，共66页，2023年，2月20日，星期一

粘温关系：在油层水质矿化度条件下，测定一定浓度的聚合物溶液在不同温度下的粘度，评价聚合物的抗温性能。HPAM溶液的粘度随着温度的升高而直线降低。NAPs的溶液粘度表现出良好的抗温性，在高浓度区（3000ppm）还表现出热增粘性。第15页，共66页，2023年，2月20日，星期一粘盐关系：在油层温度条件下，测定一定浓度的聚合物溶液在不同矿化度下的粘度，评价聚合物的抗盐性能。

当聚合物的浓度为国为800mg/L时，在所有矿化度范围内，新型缔合聚合物NAPs溶液的粘度远高于部分水解聚丙烯酰胺HPAM的粘度，甚至具有盐增粘性。

（45℃，7.34s-1）

第16页，共66页，2023年，2月20日，星期一老化稳定性：在油层温度与矿化度条件下，目标浓度聚合物溶液的粘度随老化时间的变化关系，要求评价3—9个月。实验条件：70℃，7.34s-1，胜利油层污水（TDS6500mg/L），加入稳定剂VS200ppm

第17页，共66页，2023年，2月20日，星期一

在常规性能满足要求的基础上，进一步进行特殊性能评价：筛网系数过滤因子抗剪切性残余单体含量<0.05%聚合物溶液的流变性、粘弹性生物、化学稳定性二.特殊性能评价第18页，共66页，2023年，2月20日，星期一筛网系数（ScreenFactor）SF—筛网系数，无因次tp—聚合物溶液流经粘度计的时间，s。ts—溶剂（盐水）流经粘度计的时间，s。

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相同体积的溶剂的流经时间之比。第19页，共66页，2023年，2月20日，星期一过滤因子(FilterFactor)t500，t400

，t200

，t100———分别为累计过滤500ml，400ml，200ml，100ml聚合物溶液所需的时间，s。

通过测定过滤一定体积的聚合物溶液所需时间来计算，过滤膜孔径2.0μm，外压0.125MPa，浓度1000mg/l。第20页，共66页，2023年，2月20日，星期一抗剪切稳定性：评价聚合物通过炮眼后的粘度损失。

高速搅拌，(矿化度：4000mg/L,45℃,7.34s-1)

高速搅拌或岩心剪切后，NAPs具有更高的粘度保留值和保留率。第21页，共66页，2023年，2月20日，星期一残余单体含量：

残余丙烯酰胺单体有毒，对环境造成严重污染，应该<0.05%。测定方法：溴化法液相色谱法气相色谱法等第22页，共66页，2023年，2月20日，星期一生物、化学稳定性微生物、细菌导致降解，尤其是黄原胶类生物聚合物。应该使用实际地层水进行老化实验，必要时应加入杀菌剂。在各配注环节存在的化学剂或离子，对溶液粘度产生负面影响（如铁离子）。第23页，共66页，2023年，2月20日，星期一三.注入性能评价吸附/滞留(PolymerRetention)有效粘度(effectiveviscosity)阻力系数（resistancefactor)残余阻力系数（residualresistancefactor)粘弹效应系数(viscoelasticeffectfactor)不可入孔隙体积（InaccessiblePoreVolume)孔隙介质中的流变性注入性浓度剖面测定与分析第24页，共66页，2023年，2月20日，星期一吸附(Adsorption)

将岩石颗粒置于聚合物溶液中，直到达到吸附平衡。C72小时C0第25页，共66页，2023年，2月20日，星期一

W=（C0-C）V/G

W：吸附量，μg/g岩石

C0：聚合物溶液原始浓度，mg/l C：吸附后聚合物溶液浓度，mg/l V：聚合物溶液体积，l G：岩石颗粒重量，g第26页，共66页，2023年，2月20日，星期一溶液浓度C(mg/L)吸附规律：一般满足Langmuir吸附等温式。吸附量W（μg/g岩石)吸附量一般几十—几百μg/g岩石。第27页，共66页，2023年，2月20日，星期一大庆HPAM和NAPs在大庆油砂上的静态吸附量的实验对比

Cp，mg/L100200300400500600700800吸附量μg/gHPAM26.767.392.5125.8136.6141.1151.9168.7NAPs31.475.4105.3138.6145.6149.8163.2188.3第28页，共66页，2023年，2月20日，星期一

聚合物溶液在孔隙介质中流动时的实际粘度（达西粘度）。有效粘度ef(effectiveviscosity)岩芯PL泵聚合物溶液第29页，共66页，2023年，2月20日，星期一Kp用注聚合物后相同矿化度的盐水在相同速度下冲洗时的渗透率Kf代替。保持水冲洗时的孔隙结构与聚合物溶液通过时的孔隙结构相同。Q：水冲洗流量，等于注聚流量，△Pw：水冲洗压差。Q，A，L，△Pp已知，Kp=?第30页，共66页，2023年，2月20日，星期一NAPs及大庆HPAM的有效粘度(mPa.s)(Cp=1000mg/L)流速，m/d0.9792.937NAPs11.257.165大庆HPAM5.1854.336（大庆测）第31页，共66页，2023年，2月20日，星期一残余阻力系数FRR（residualresistancefactor)

实验：岩芯抽空饱和水→测原始水测渗透率Kw→注聚→水冲测Kf。（1）FRR（2）意义：表示聚合物溶液降低岩石渗透率的能力，FRR>1。第32页，共66页，2023年，2月20日，星期一阻力系数FR（residualresistancefactor)(1)FR是水通过岩芯的流度与聚合物溶液通过岩芯的流度之比。 (2)意义：表示聚合物溶液降低岩石流度的能力，FR>1。阻力系数是残余阻力系数与有效粘度之积，残余阻力系数小表示滞留少，有效粘度大表示波及更远。第33页，共66页，2023年，2月20日，星期一NAPs及大庆HPAM串联岩芯的阻力系数与残余阻力系数对比(Cp=1000mg/L)NAPs1#岩芯NAPs2#岩芯HPAM1#岩芯HPAM2#岩芯分段阻力系数,FR38.654.422.8620.16分段残余阻力系数,FRR5.267.784.294.0分段有效粘度，mPa.s7.346.995.335.04分段取样粘度，mPa.s48.239.1//第34页，共66页，2023年，2月20日，星期一

（1）实验：抽空饱和，测Kw，注聚，水冲洗测Kf(Q0，△

P0)，降压水冲，测降压后的水冲洗渗透率Kf1(Q1，△

P1)。△PQKf1Kf△P1Q0Q1’Q1△P0Kf1<Kf降压后岩芯渗透率产生附加降低。粘弹效应系数Rve(viscoelasticeffectfactor)第35页，共66页，2023年，2月20日，星期一（2）现象解释ε0ε1

聚合物分子形变回复，封堵孔喉，使岩芯渗透率产生附加降低。△P0△P1第36页，共66页，2023年，2月20日，星期一（3）粘弹效应系数（4）意义：表示滞留聚合物分子的粘弹回复效应降低渗透率的程度。Rve>1。第37页，共66页，2023年，2月20日，星期一不可入孔隙体积（IPV）

用于判断哪些孔隙中聚合物大分子可以到达。不可入孔隙：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：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。 第38页，共66页，2023年，2月20日，星期一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快，因而聚合物分子在出口端提前突破。第39页，共66页，2023年，2月20日，星期一不可入孔隙体积的确定方法（1）确定聚合物分子尺寸将聚合物溶液通过不同直径（由大到小）的核孔筛过滤，测出不同孔径下的C/C0。C0C核孔筛第40页，共66页，2023年，2月20日，星期一246810d,μmC/C01.00.80.60.40.2a.不存在d>2μm的分子。b.当d由2μm→0.4μm时，C/C0急剧下降→每一级筛网有若干大分子不能通过。c.d<0.4μm的分子极少。分子直径在0.4μm

→2μm之间。第41页，共66页，2023年，2月20日，星期一（2）确定岩石孔隙尺寸（油层物理知识）。d，μm孔隙大小累计百分数，%100225第42页，共66页，2023年，2月20日，星期一注入性随着注入的聚合物溶液体积增加，填砂柱压力急剧上升，反映了聚合物的阻力系数明显上升。当注入量增加到一定程度时，注入压力趋于平稳，表明无表面堵塞现象。累计注入量（PV数）压力（MPa)第43页，共66页，2023年，2月20日，星期一四.驱油效果评价配制原油选择孔隙介质抽空，饱和，测水测渗透率用油饱和水驱油聚合物段塞驱后续水驱基本步骤：第44页，共66页，2023年，2月20日，星期一岩心K空md段塞PV总注入量

PV.ppm原始油饱和度%水驱

采收率%OOIP聚驱提高

采收率

%OOIP1-59940.38HPAM38068.1841.439.522-310700.38NAPs38065.6142.1611.271-410800.57HPAM57072.7545.0912.694-310440.57NAPs57067.7642.2316.693-19930.70HPAM70065.5842.9714.874-29900.70NAPs70066.8842.8618.721-29260.80HPAM80070.0045.7116.194-49930.80NAPs80064.4742.6819.39实验条件：NAPs为大庆油层污水溶液，HPAM为清水溶液，Cp=1000mg/L。岩心长度：30.5cm；面积：19.5-20.5cm2；孔隙度24~26%;Vk：0.72；

油相粘度：10.5mPa.s；第45页，共66页，2023年，2月20日，星期一

应评价浓度、分子量、注入段塞尺寸及组合、及注入时机等对驱油效果的影响。应进行微观驱油机理研究，不能只认识结果，还要认识过程，并建立相互关系。第46页，共66页，2023年，2月20日，星期一1.流度比或原油粘度流度比M应避免相当高（>50）或相当低（<1.0）,没有资料时，用原油粘度：5-125mPa.s。2.油藏温度

HPAM：<93℃

黄原胶：<71℃NAPs:<100℃3.矿化度

HPAM<10000mg/lNAPs<150000mg/l五.聚合物驱油藏筛选标准第47页，共66页，2023年，2月20日，星期一4.可动油饱和度

>10%5.油藏渗透率

>20×10-3μm2,6.油藏非均质变异系数

0.52-0.847.油层深度过小，易压裂地层过大，温度高8.其它限制一般要求无气顶，底水，大水道，裂缝等。第48页，共66页，2023年，2月20日，星期一1.注入浓度与注入量浓度Cp：1000mg/L左右，段塞尺寸：0.2-0.5PV左右。

Cp×PV：200mg/L·PV左右。

——注入低浓度大段塞的聚合物溶液。水HPAM200ppmHPAM600ppmHPAM1000ppm浓度增大方向待波及区Cost-effectivemethod六.矿场经验第49页，共66页，2023年，2月20日，星期一 V太大，压力高，设备承受不了。油层速度V<1-3m/d。大庆油田注入速度：0.14PV/年。压力梯度：15MPa/150m=0.1MPa/m。进行室内评价实验时，应该将压力梯度控制在合理的范围内，否则只有理论意义。2.注入速度与压力梯度第50页，共66页，2023年，2月20日，星期一

非均质性太严重→即使使用HPAM溶液驱也只能沿着Kh推进→Kl未得到开发（此时冻胶调剖）非均质性太小→水驱油均匀推进，水驱彻底→注聚合物驱效果不太明显。

——非均质性应适中。3.地层非均质性影响第51页，共66页，2023年，2月20日，星期一

水驱到fw=98%→效果差。水驱fw<70%→没必要。——在二次采油某个阶段实施HPAM驱效果和效益都比较好，需要通过室内评价和数值模拟提供依据。4.注入时机第52页，共66页，2023年，2月20日，星期一1吨聚合物干粉可增油150吨左右，提高η=5—12%OOIP。聚合物配注等施工费用有时占总成本的2/3。效益取决于油价和聚合物价格因素。5.增产潜力与经济效益6.环保问题聚合物残余单体有毒产出液处理第53页，共66页，2023年，2月20日，星期一七.室内评价技术的局限性(1)物理模拟实验的合理性，如岩芯大小（2）室内流动实验结果多,但随机性大。

(3)对微观上各种物理化学现象的研究不深入，发展趋势是：宏观→微观，定性→定量，静态→动态。

(4)对驱油机理认识不足:

可提高Ev，能否提高ED(如粘弹性,界面粘度等机理)？

(5)对驱油过程的数学语言描述不够。化学驱过程中的多组分孔隙输运机理。如何通过优化的注入工艺与过程，实现最佳效果？第54页，共66页，2023年，2月20日，星期一

ASP复合驱室内评价技术特点第55页，共66页，2023年，2月20日，星期一

在聚合物满足ASP三元复合驱要求的基础上，还需进行ASP体系的特殊性能评价：粘浓关系粘度—碱浓度关系粘度—表面活性剂浓度关系老化稳定性界面张力配伍性抗剪切性、阻力系数、残余阻力系数驱油效果物理化学作用实验（吸附、化学反应、扩散弥散）相态实验第56页，共66页，2023年，2月20日，星期一ASP体系粘碱关系：在油层温度和矿化度条件下，测定一定ASP体系粘度随碱浓度的变化关系，评价体系的耐碱性能。第57页，共66页，2023年，2月20日，星期一粘度—表面活性剂浓度关系：在油层温度和矿化度条件下，测定ASP体系粘度随表面活性剂浓度的变化关系，评价体系与表面活性剂的相互作用关系。（45℃，大庆污水）ORS41浓度，mg/L02550751002003001000mg/L聚合物+表活剂17.2/19.5(8h)10.3/11.2(8h)29.5/31.5(8h)22.6/25.4(8h)12.2/14.9(8h)15.6/17.6(8h)19.1/20.3(8h)第58页，共66页，2023年，2月20日，星期一

聚合物浓度

mg/L时间,天192385577769962CDCDCDCDCD04.15.15.813.211.330.316.265.831.3>10074.26.45.117.412.152.815.3>10028.9>100266.15.17.117.319.758.324.2>100/>100增加百分率48.8022.431.074.392.449.4///ASP体系老化稳定性第59页，共66页，2023年，2月20日，星期一聚合物浓度对ASP（塔底油表活剂）体系与大庆原油界面张力的影响聚合物浓度，mg/L200400600801000NAPs体系IFT

mN/m2.13610-21.91510-21.86410-22.10610-21.83910-2大庆HPAM体系IFT

mN/m2.55910-21.98710-22.52410-22.25810-22.11310-2第60页，共66页，2023年，2月20日，星期一ASP体系的配伍性表A聚合物浓度对ASP体系稳定性的影响单位：mg/L聚合物浓度1923855777699621天√√√√√