国内外聚合物驱油应用发展与现状

国内外聚合物驱油应用发展与现状一、聚合物驱油机理聚合物驱(PolymerFlooding)是三次采油(TertiaryRecovery)技术中的一种化学驱油技术。聚合物有两种驱油机理，一是地层中注入的高粘度聚合物溶液降低了油水流度比，减小了注入水的指进，提高了波及系数（图1和图2），从而提高原油采收率[1-6]。二是由于聚合物溶液属于非牛顿流体，因此具有一定的粘弹性，提高了微观驱油效率[7-13]，从而提高采收率。常使用两种类型的聚合物[14]，一种是合成聚合物类，如聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺等；另一种是生物作用生产的聚合物，如黄胞胶。在长达30年的聚合物驱室内研究和现场试验中，使用最为广泛的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物黄胞胶两种。由于生物聚合物黄胞胶的价格比较昂贵且易造成井底附近的井筒堵塞，除了在高矿化度和高剪切的油藏使用外，油田现场都使用人工合成的部分水解聚丙烯酰胺作为聚合物驱的驱剂。图1平面上水驱与聚驱示意图图2纵向上水驱与聚驱示意图国内外驱油用聚合物现状及发展趋势2.1国外驱油用聚合物的发展由于经济政策和自然资源的原因，国外对聚合物驱油做了细致的理论及实验研究，但未作为三次采油的主要作业手段。驱油用聚合物的理论自80年代成熟以来，并未有较大突破，而其发展主要受限于成本因素。理论上，在油气开采用聚合物中，可以选用的聚合物有部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物、生物聚合物(黄胞胶)、纤维素醚化合物、聚乙烯毗咯烷酮等[15]。但己经大规模用于油田三次采油的聚合物驱油剂仅有HPAM和黄胞胶两类。人工合成的驱油用聚合物仍主要以水解聚丙烯酰胺为主。已产业化的HPAM产品包括日本三菱公司的MO系列，第一制药的ORP系列，三井氰胺的Accotrol系列；美国Pfizer的Flopaam系列，DOW的Pusher系列；英国联合胶体的Alcoflood系列；国SNF的AN系列HPAM聚合物。其中，Accotrol、Alcoflood较早在我国进行了油田实验，而大庆的最初的5万吨/年聚驱用HPAM装置是引进SNF的技术[16]。驱油用聚合物目前在国外的消耗量不多，这主要是由于不同地区对三次采油的作业手段选择造成的。根据斯坦佛研究院统计2006年西欧用于聚合物驱油的HPAM消费量为2000吨，除中、美、日及西欧意外的其他地区消费量合计1000吨[17]。对于提高聚合物的耐温抗盐性能，国外目前主要集中在聚合物的分子设计方面，主要思路如下:（1）通过选用碳链高分子和分子主链中加入可增加分子链刚性的环状结构来提高聚合物主链的热稳定性；（2）引入大侧基或刚性基团，引入大侧基或刚性基团可使聚合物具有较高的热稳定性；（3）引入抗盐的结构单元，如AMPS；可抑制酰胺基团水解的亲水结构单元，如NVP；耐水解的结构单油项目逐年减少，自1990年后，聚合物驱基本处于停止状态，但室内研究一直在开展，而低油价下CO2混相驱一直稳定增加，成本大幅度下降，这与美国有丰富的CO2资源有关。除美国之外，前苏联的奥尔良、阿尔兰、罗马什金等大油田，加拿大的HorseflyLake油田和Rapdan油田，法国的Chatearenard油田和Courtenay试验区以及德国、罗马尼亚和阿曼等国都进行了聚合物驱的矿场试验[16]，均取得了一定的效果，原油采收率提高幅度是6～17%。从20世纪60年代至今，全世界有200多个油田或区块进行了聚合物驱油试验，但由于油价的因素，目前国外聚合物驱的研究应用比较少，大部分处于室内实验研究和现场小规模试验阶段，还没有形成聚合物驱技术的现场规模化推广应用。我国是聚合物驱技术应用规模最大的国家，聚合物驱现场应用取得了良好的开发效果，而且应用规模不断扩大，并形成综合配套技术，成为三次采油中的主要技术。大庆油田自1972年以来，开展了小井距特高含水期注聚合物、喇嘛甸油田南块的工业性聚合物驱等试验，都取得了比较好的效果。截止2005年12月,大庆油田已投入聚合物驱工业化区块35个[30],面积314.41km2，动用地质储量5.1888×108t，2005年大庆油田工业化聚合物驱全年产油量超过1000×104t，占全油田总产量的14%。大庆油田聚合物驱从六十年代开始探索，经过30年的室内研究、先导试验和工业试验，于1995年规模化推广，解决了10项技术难题，获得了重大理论突破，逐步形成了驱油机理及油藏适应性、注入参数及方式优化、聚驱过程中跟踪调整等配套技术。大庆油田聚合物驱在应用规模、技术水平和经济效益方面居世界领先水平，截止2014年底，动用面积660.0平方公里（图3），动用地质储量超过97000万吨，累积生产原油18000万吨以上，累积增油10000万吨以上，已成为大庆油田持续稳产的支撑技术。

图3大庆油田聚合物应用区块分布图胜利油田自20世纪60年代以来，开展了三次采油技术的探索研究，1992年开展了孤岛油田中一区Ng3层聚合物驱矿场先导试验，取得了明显的增油降水效果，提高采收率12%，累积增油19.8×104t，吨聚增油143t/t。1994年又在孤岛中一区Ng3和孤东七区西Ng52+3分别开展了40个井组的注聚扩大试验[31]，证实了一类油藏开展化学驱的技术经济可行性。1997年聚合物驱油技术在I类油藏实现工业化推广，此后，开展了Ⅱ类油藏的提高采收率技术研究。截至2006年3月，胜利油田共投入化学驱单元30个，覆盖地质储量3.18×108t，年增产原油达169.3×104t，累计增产原油1150×104t，取得了显著的经济效益和社会效益[32]。河南油田在“六五”末至“七五”期间，开展了三采方法的筛选和可行性研究，确定了以聚合物驱为三采主体技术的方向，并进行了潜力分析评价和技术准备。“八五”期间开展了厚油层聚合物驱油技术的系统攻关研究，解决了聚合物的热氧稳定性技术、减少水中溶解进氧的地面注入工艺等关键技术[33]，使聚合物溶液在地层中的粘度达到或大于地下原油粘度。“九五”期间河南油田聚合物驱技术进入了工业化推广应用阶段，在双河和下二门油田的10个区块开展了聚合物驱工业化应用[34]，动用地质储量3081.2×104t，控制地质储量1966.4×104t，注聚井数105口，对应油井207口，聚合物区块对应采油井见效141口，占总井数的68.1%，年增油15.98×104t，累积增油72.3×104t，取得了较显著增油效果，聚合物驱技术已成为河南油田主导技术之一。此外，大港油田和渤海油田也都进行聚合物驱的研究和矿场应用[35-38]，取得了较好开发效果。四、聚合物应用的发展趋势随着聚合物应用规模的逐渐扩大，I类油藏聚驱基本已经进入到后续水驱阶段，大量的地质状况较差储层应用聚合物驱提高采收率的需求提到日程上来。低品味储量的动用，使驱油用聚合物的发展出现了新情况、新问题，同时也对其研发应用提出了新的要求，其中主要是面对占资源总量过半的II、III类油藏的开采问题。目前II、III类油藏资源地层温度在70～95℃，地层矿化度在10000～30000mg/L，二价离子800mg/L，常用的水解聚丙烯酰胺（HPAM）在该条件下会出现严重的热降解、水解度增加、遇高价离子结合析出等问题，增粘效果变差。因此，适用于温度90℃，矿化度30000mg/L，二价离子800mg/L油藏条件下能满足粘度要求，并且性价比高，溶解性、稳定性、驱油性能好的产品，即耐温抗盐聚合物是国际上该领域科研机构的主要科研方向[39]。参考文献[1]C.G.Zhang.EffectsofPolymerAdsorptionandFlowBehavioronTow-PhaseFlowinPorousMedia.SPE39632,Oklahoma,1998.31-36.[2]Barrufet,A.,Ali,L..ModificationofRelativePermeabilityCurvesbyPolymerAdsorption.SPE27015,Buenos,1994.27-29.[3]BayoumiN,El-Emam,KamalO,etal.TheEffectofPolymersontheDisplacementofNubiaCrudeOil(OctoberField).JCPT,1997,36(2):42-48.[4]BarreauP,LasseuxD,BertinH.PolymerAdsorptionEffectonRelativePermeabilityandCapillaryPressure:InvestigationofaPoreScaleScenario.SPE37303,1997.[5]DonaldsonEC.Enhanced0ilrecovery.Elsevier，1989.[6]张贤松，郭兰磊，屈智坚，等.孤岛油田中一区聚合物驱先导试验效果评价及驱油特征[J].石油勘探与开发，1996，23(6)：54-57.[7]HanXian-Qing,WangWei-Ying.TheViscoelasticBehaviorofHPAMSolutionsinPorousMediaandIt’sEffectsonDisplacementEfficiency.SPE30013.[8]岳湘安，张立娟，刘中春，等.聚合物溶液在油藏孔隙中的流动及微观驱油机理[J].油气地质与采收率，2002,9(3)：4-6.[9]AllenE，BogerDV.theInfluenceofRheologicalPropertiesonMobilityControlinPolymer-AugmentedWaterflooding[J].SPE18097,1988.inDal1as，Texas，6-9October1991.[10]WangDemin，XiaHuifen，LiuZhonghun，andYangQingyan.StudyoftheMechanismOfPolymerSolutionWithVisco-ElasticBehaviorIncreasingMicroscopicOilDisplacementEfficiencyandtheFormingofSteady“OilThread”FlowChannels.SPE68723，2001.[11]XiaHuifen,WANGDemin,WuJunzheng,etal.ElasticityofHPAMsolutionsincreasesdisplacementefficiencyundermixedwettabilityconditions[C].SPE88456,2004:1-8.[12]HanXianqing.ViscoelasticBehavoirofPolymerMoleculesRetainedinPorousMedia,SPE20301.[13]AliA.Garrouch.AViscoelasticModelforPolymerFlowinReservoirRocks,SPE54379.[14]王克亮，王凤兰，李群，等.改善聚合物驱油技术研究.北京：石油工业出版社，1997.[15]刘玉章，聚合物驱提高采收率技术，石油工业出版社，北京，2006，1～71.[16]严瑞瑄，水溶性高分子，化学工业出版社，北京，1998，84～171.[17]RayK.Will，Water-SolublePolymers，SpecialtyChemicals2007，SRIConsulting，85～86.[18]张玉平，耐温抗盐型丙烯酰胺共聚物的研究进展，应用化工，2005，34（10），598～560.[19]BrunoDrochon，IsabelleCouillet，ThermoviscoelasticSystemFluidandWellTreatmentMethod，USP20070281869.[20]RayK.Will，Resins-Water-Soluble，ChemicalEconomicsHandbook2007，SRIConsulting，582.0002X.[21]陈鹏，大庆炼化公司发展战略研究，哈尔滨工程大学，2005.[22].罗健辉，国内外水溶性抗温抗盐聚合物研究方向分析，工业表面活性剂技术经济文集，大连出版社，辽宁大连，2000，370.[23]罗健辉，卜若颖，驱油用抗盐聚合物KYPAM的应用性能，油田化学，2002，19（1），164～67.[24]罗健辉，卜若颖，白凤鸾，精细与专用化学品，2001，(增刊)，131～133.[25].罗健辉，卜若颖，王平美等，精细与专用化学品，2001，(增刊)，6～9.[26].王贵江，欧阳坚，可用油田污水配液的MTS和TS系列驱油用聚合物，油田化学，2003，20(1)，32～341.[27].欧阳坚,孙广华,耐温抗盐聚合物TS－45流变性及驱油效率研究，油田化学，2004，21（4），330～332.[28]张邵东，束青林，张本华，等.河道砂常规稠油油藏特高含水期聚合物驱研究与实践.北京：石油工业出版社，2005.[29]张邵东.孤岛