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聚合物驱油机理及高质量浓度聚合物驱油方法的研究

杨付林  
【摘要】:本文在国内外有关聚合物驱基础理论文献的基础上,对聚合物驱油过程中的流变学、渗流力学和提高采收率机理等方面内容进行了系统的研究。同时,结合这些聚合物驱油理论进行了高质量浓度聚合物驱油方法的研究。本文的研究成果对完善聚合物驱油基础理论、工程实践和丰富流变学、渗流力学理论,具有重要的学术理论意义和工程实际应用意义。 全文的研究共分四个部分,下面分别作简要叙述: 1. 聚合物溶液的粘弹特性 用流变仪测定了聚丙烯酰胺(HPAM)和黄原胶(XA)溶液的粘滞特性和粘弹特性,分析了影响聚合物溶液粘滞和粘弹特性的因素,通过对比揭示了这两种聚合物溶液在粘弹特性上的差别。稳态剪切实验的结果表明,HPAM 溶液的第一法向应力差(N1),随着剪切速率的增加而增加,分子量越大,质量浓度越高,矿化度越小,N1 及表观粘度也越大。XA 溶液的N1,随着剪切速率的增加而减小,质量浓度对N1 影响较小。Maxwell 模型可以很好地描述应力松弛实验和动态力学实验,也可以用分子理论对聚合物溶液的松弛时间进行计算。动态力学实验的结果表明,HPAM 溶液的粘弹性随质量浓度的增加、分子量的增加或矿化度的减小而增加;黄原胶溶液的粘弹性也随着质量浓度的增加而增加;两种类型聚合物溶液的损耗模量和储存模量差别不大。通过对比具有相同粘度的这两种聚合物溶液的储存模量和N1,XA 溶液是具有储存模量而没有第一法向应力差或低法向应力差的粘弹性流体; 2. 聚合物溶液在孔隙介质中的流变性和粘弹性 通过岩心渗流实验,测定了各种条件下HPAM 和XA 溶液流经多孔介质时岩心两端压差随流速的变化曲线。实验结果表明:HPAM 溶液和XA 溶液的渗流特性曲线表明,HPAM 溶液在低流速下,表现剪切变稀,超过一定流速后,表现为剪切增稠,而XA 溶液则为剪切变稀;HPAM 溶液在多孔介质中的流变性受聚合物溶液浓度、分子量、矿化度的影响;弹性粘度/剪切粘度与剪切速率之间具有较好的线性关系;在油层流速条件下,聚合物溶液出现拉抻流动。 3. 聚合物溶液驱油机理 通过微观可视岩心模型实验,研究了水驱后各种类型残余油的存在形式,分析和解释了HPAM溶液对各类残余油的作用机理。实验结果证明,粘弹性驱替液可降低不同润湿性岩心的残余油饱和度。室内岩心驱油实验结果表明,HPAM 和XA 驱的采收率,随着质量浓度和粘度的增加而增加,但XA 驱在人造岩心获得的采收率达到8.64%OOIP 时,XA 驱的采收率不再增加;在较高的质量浓度下,HPAM 驱能够获得超过20%OOIP 采收率,质量浓度越高,采收率越高;毛管数存在一个临界值,其数量级在10-3~10-2范围内,毛管数大于临界值时,可以大幅度提高原油采收率和降低残余油饱和度;在毛管数相同的条件下,驱替液体系的弹性越高,其驱油效率越高,残余油饱和度越低。 4. 高质量浓度聚合物驱油方法的室内实验和矿场试验研究 本文首先对影响高质量浓度聚合物驱注入能力的因素进行了研究,然后提出了解决注入压力难的措施。室内岩心驱油实验结果表明,高质量浓度聚合物驱转注时机越早;或质量浓度越高;或分子量越高,都能够使采收率比水驱提高接近或超过20%OOIP。增加采收率的幅度与三元复合驱相当,但其费用比三元复合驱低。2002 年8 月,在大庆油田6 口注聚井(3 口高渗井, 3 口低渗井)进行高质量浓度聚合物注入能力试验,其油层有效渗透率范围0.354~1.06μm2。试验结果表明:高渗透率油层(K≥0.890μm2 )可以实现高质量浓度(2000mg/L ~2500mg/L,粘度200 ~ 250 mPa.S)聚合物的连续有效注入。2003 年9 月, 6 口分散注聚井周围油井平均单井日产液94.2 吨,平均单井日产油


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