化学驱室内评价技术课件.ppt

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1、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,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

2、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,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,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,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1052下烘5小时，称量试样干燥前后的质量，

3、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。,分子量：一般在9.510620.5106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：,特性粘数，K，Mark-Houwink常数，M分子量,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

4、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。,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。,溶解方式与速度,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。,大庆油田自动化配聚合物溶液方法,母液罐,水流,聚合物干

5、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,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。,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

6、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，%,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 ，7.34 s-1,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。,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

7、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）,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39个月。,实验条件：70，7.34s-1，胜利油层污水（TDS 6500mg/L），加入稳定剂VS 200ppm,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,筛网系数（Screen Factor）,SF筛

8、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。,过滤因子(Filter Factor),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2.0m，外压0.125MPa，浓度1000mg/l。,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，

9、NAPs具有更高的粘度保留值和保留率。,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,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）。,三.注入性能评价吸附/滞留(Polymer Retention)有效粘度(effective viscosity)阻力系数（resistance factor)残余阻力系数（residual resistance factor)粘弹效应系数(viscoe

10、lastic effect factor)不可入孔隙体积（Inaccessible Pore Volume)孔隙介质中的流变性注入性浓度剖面测定与分析,吸附 (Adsorption) 将岩石颗粒置于聚合物溶液中，直到达到吸附平衡。,C,72小时,C0,W=（C0 - C）V / GW：吸附量，g/g岩石C0：聚合物溶液原始浓度，mg/lC：吸附后聚合物溶液浓度，mg/lV：聚合物溶液体积，lG：岩石颗粒重量，g,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（g/g岩石),吸附量一般几十几百g/g岩石。,大庆HPAM和NAPs在大庆油砂上的静态吸附量的实验对

11、比,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(effective viscosity),岩芯,P,L,泵,聚合物溶液,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=?,NAPs及大庆HPAM的有效粘度(mPa.s) (Cp=1000mg/L),残余阻力系数FRR（residual resistance factor),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

12、物溶液降低岩石渗透率的能力，FRR1。,阻力系数FR（residual resistance factor),(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，FR1。 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。,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),（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)。,P,Q,Kf1,Kf,P1,Q0,Q1,Q1,P0,Kf1Kf降压后

13、岩芯渗透率产生附加降低。,粘弹效应系数Rve(viscoelastic effect factor),（2）现象解释,0,1,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,（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。Rve1。,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。,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

14、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。,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。,C0,C,核孔筛,2 4 6 8 10,d,m,C/C0,1.00.80.60.40.2,a.不存在d2m的分子。b.当d由2m 0.4m时，C/C0急剧下降每一级筛网有若干大分子不能通过。c.d0.4m的分子极少。,分子直径在0.4m 2 m之间。,（2）确定岩石孔隙尺寸（油层物理知识）。,d，m,孔隙大小累计百分数，%,100,2,25,注入性 随着注入的聚合物溶液

15、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),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：,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2426%;Vk：0.72；油相粘度：10.5 mPa.s；,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

16、识过程，并建立相互关系。,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:1003.矿化度 HPAM10000mg/l NAPs150000mg/l,五.聚合物驱油藏筛选标准,4.可动油饱和度 10%5.油藏渗透率 2010-3m2,6.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。,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。 CpPV：2

17、00mg/LPV左右。 注入低浓度大段塞的聚合物溶液。,水,HPAM200ppm,HPAM600ppm,HPAM1000ppm,浓度增大方向,待波及区,Cost-effective method,六.矿场经验,V太大，压力高，设备承受不了。油层速度V1-3m/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,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。

18、 非均质性应适中。,3.地层非均质性影响,水驱到fw=98%效果差。水驱fw70%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,1吨聚合物干粉可增油150吨左右， 提高=512%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,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。

19、(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？,ASP复合驱室内评价技术特点,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,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。,

20、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）,ASP体系老化稳定性,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,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,表B NaOH浓度对ASP体系稳定性的影响 注：体系0.3%ORS41+769 mg/L，（地层模拟水，45）,表C 表面活性剂ORS41浓度对ASP体系稳定性的影响Cp均为769mg/L，NaOH浓度1.2% ，（地层模拟水，45）,抗剪切性,配方：1.2%NaOH+0.3%ORS41+769mg/L NAPs 1.2%NaOH+0.3%ORS41+1667mg/L HPAM-1430 条件：45，转速2000转/分，剪切时间15分钟。,结果：24小时后，粘度恢复到36.1mPa.s。,ASP体系驱油实验,相态实验,复合驱过程中的相态变化规律（单相、两相、三相，油包水、水包油，增溶参数的计算），化学驱数值模拟时用到，测试工作十分繁琐，请参阅有关资料。,