化學(xué)驅(qū)室內(nèi)評價技術(shù)

化學(xué)驅(qū)室內(nèi)評價技術(shù)第一頁，共六十六頁，2022年，8月28日聚合物驅(qū)室內(nèi)評價技術(shù)一、常規(guī)性能評價二、特殊性能評價三、注入性能評價四、驅(qū)油效果評價五、聚合物驅(qū)油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)六、礦場經(jīng)驗七、室內(nèi)評價技術(shù)的局限性ASP復(fù)合驅(qū)室內(nèi)評價技術(shù)特點一、粘濃關(guān)系二、粘度—堿濃度關(guān)系三、粘度—表面活性劑濃度關(guān)系四、老化穩(wěn)定性五、界面張力六、配伍性七、抗剪切性、阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)八、驅(qū)油效果九、物理化學(xué)作用實驗（吸附、化學(xué)反應(yīng)、擴散彌散）十、相態(tài)實驗匯報提綱第二頁，共六十六頁，2022年，8月28日室內(nèi)評價準(zhǔn)備工作溫度：實際油層溫度，水浴或恒溫箱控制。水質(zhì)礦化度：清水或污水（實際地層污水或模擬地層水）巖芯：天然巖芯或油層砂。原油：目標(biāo)區(qū)域原油，用煤油稀釋到油層粘度。各類化學(xué)試劑。配聚合物母液：濃度一般5000mg/L，均勻分散，熟化備用。電子天平（精確到0.0001g）粘度計整套流動實驗裝置相關(guān)實驗儀器與設(shè)備第三頁，共六十六頁，2022年，8月28日

根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)和美國石油學(xué)會（API）標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合大慶等油田實際應(yīng)用情況，主要包括：常規(guī)性能評價特殊性能評價注入性能評價驅(qū)油效果評價聚合物驅(qū)油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)礦場經(jīng)驗室內(nèi)評價技術(shù)的局限性聚合物驅(qū)室內(nèi)評價技術(shù)包括第四頁，共六十六頁，2022年，8月28日

固含量分子量水解度溶解速度不溶物粘濃關(guān)系粘溫關(guān)系粘鹽關(guān)系老化穩(wěn)定性一.常規(guī)性能評價第五頁，共六十六頁，2022年，8月28日

固含量：指聚合物干粉或者膠狀聚合物中除去水份等揮發(fā)性物質(zhì)后聚合物固體物質(zhì)的含量，通常以百分?jǐn)?shù)表示。測定方法：在105±2℃下烘5小時，稱量試樣干燥前后的質(zhì)量，精確到0.001g,m—干燥后的試樣質(zhì)量，gmo—干燥前的試樣質(zhì)量，gS—試樣的固含量，%。產(chǎn)品有膠體（25%）和干粉（90%），大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用一般要求在90%以上。第六頁，共六十六頁，2022年，8月28日分子量：一般在9.5×106—20.5×106之間。測定方法：粘度法，滲透壓法，光散射法，沉降法。常用粘度法，即由Mark-Houwink經(jīng)驗方程表示：[η]—特性粘數(shù)，K，α—Mark-Houwink常數(shù)，M—分子量第七頁，共六十六頁，2022年，8月28日水解度：指PAM在NaOH作用下酰胺基轉(zhuǎn)變?yōu)轸肉c基的百分?jǐn)?shù)。一般在25-30%左右。測定方法：部分水解聚丙烯酰胺是強堿弱酸性鹽，它與鹽酸反應(yīng)形成大分子弱酸，體系的pH值由弱堿性轉(zhuǎn)變?yōu)槿跛嵝?。用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，選用基橙—靛藍(lán)二磺酸鈉為指示劑，用所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積計算試樣的水解度。第八頁，共六十六頁，2022年，8月28日HD—水解度，%C—鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/LV—試樣溶液消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)，mlm—試樣的質(zhì)量，gs—試樣的固含量，%23—丙烯酸鈉與丙烯酰胺鏈節(jié)質(zhì)量的差值71—與1.00ml鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液[C（HCl)=1.00mol/L]相當(dāng)?shù)谋０锋湽?jié)的質(zhì)量。第九頁，共六十六頁，2022年，8月28日溶解方式與速度水聚合物干粉

聚合物的溶解是一溶脹過程：溶劑分子(水)滲入到大分子線團中，使大分子體積脹大的過程。完全溶脹需半小時以上。實驗室配制：在攪動的水旋渦中慢慢加入干粉，必須均勻分散，防止出現(xiàn)“魚眼”?，F(xiàn)場上簡易方法：從循環(huán)水上的漏斗中加入。第十頁，共六十六頁，2022年，8月28日大慶油田自動化配聚合物溶液方法母液罐水流聚合物干粉過篩鼓風(fēng)機噴嘴噴嘴示意圖：母液出口水入口聚合物干粉入口第十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日溶解速度測定方法：

電導(dǎo)法，陰離子型聚丙烯酰胺在水溶液中離解成離子，隨著其不斷地溶解，溶液的電導(dǎo)值不斷增大，全部溶解后，電導(dǎo)值恒定。陰離子型聚丙烯酰胺在其合成過程中不可避免地引入電解質(zhì)，當(dāng)其溶解時釋放出電解質(zhì)，使溶液的電導(dǎo)值增大，電導(dǎo)值達(dá)到恒定所需的時間，為試樣的溶解時間。要求5000mg/l（0.5%）的聚合物母液在2h內(nèi)溶解。溶解速度取決于分子結(jié)構(gòu)、固含量、顆粒大小和溶劑。第十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日不溶物：在一定溶解時間后聚合物不溶物所占的百分?jǐn)?shù)。目前無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。大慶油田用600目的濾網(wǎng)過濾（何種壓力下），將濾出不溶物在105℃±2℃下烘干5小時，mo—濾網(wǎng)干燥后的質(zhì)量，gm—濾網(wǎng)與不溶物干燥后的質(zhì)量，gmp—聚合物溶液所用試樣的質(zhì)量，gS—試樣的固含量，%第十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日粘濃關(guān)系：在油層條件（溫度、水質(zhì)礦化度和剪切速率）下，測定不同濃度下的聚合物溶液的粘度，找出設(shè)計粘度下的濃度，即為聚合物驅(qū)的主體段塞濃度。45℃

，7.34s-1第十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日

粘溫關(guān)系：在油層水質(zhì)礦化度條件下，測定一定濃度的聚合物溶液在不同溫度下的粘度，評價聚合物的抗溫性能。HPAM溶液的粘度隨著溫度的升高而直線降低。NAPs的溶液粘度表現(xiàn)出良好的抗溫性，在高濃度區(qū)（3000ppm）還表現(xiàn)出熱增粘性。第十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日粘鹽關(guān)系：在油層溫度條件下，測定一定濃度的聚合物溶液在不同礦化度下的粘度，評價聚合物的抗鹽性能。

當(dāng)聚合物的濃度為國為800mg/L時，在所有礦化度范圍內(nèi)，新型締合聚合物NAPs溶液的粘度遠(yuǎn)高于部分水解聚丙烯酰胺HPAM的粘度，甚至具有鹽增粘性。

（45℃，7.34s-1）

第十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日老化穩(wěn)定性：在油層溫度與礦化度條件下，目標(biāo)濃度聚合物溶液的粘度隨老化時間的變化關(guān)系，要求評價3—9個月。實驗條件：70℃，7.34s-1，勝利油層污水（TDS6500mg/L），加入穩(wěn)定劑VS200ppm

第十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日

在常規(guī)性能滿足要求的基礎(chǔ)上，進一步進行特殊性能評價：篩網(wǎng)系數(shù)過濾因子抗剪切性殘余單體含量<0.05%聚合物溶液的流變性、粘彈性生物、化學(xué)穩(wěn)定性二.特殊性能評價第十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日篩網(wǎng)系數(shù)（ScreenFactor）SF—篩網(wǎng)系數(shù)，無因次tp—聚合物溶液流經(jīng)粘度計的時間，s。ts—溶劑（鹽水）流經(jīng)粘度計的時間，s。

在相同條件下，一定體積的聚合物溶液流經(jīng)孔隙粘度計的時間與相同體積的溶劑的流經(jīng)時間之比。第十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日過濾因子(FilterFactor)t500，t400

，t200

，t100———分別為累計過濾500ml，400ml，200ml，100ml聚合物溶液所需的時間，s。

通過測定過濾一定體積的聚合物溶液所需時間來計算，過濾膜孔徑2.0μm，外壓0.125MPa，濃度1000mg/l。第二十頁，共六十六頁，2022年，8月28日抗剪切穩(wěn)定性：評價聚合物通過炮眼后的粘度損失。

高速攪拌，(礦化度：4000mg/L,45℃,7.34s-1)

高速攪拌或巖心剪切后，NAPs具有更高的粘度保留值和保留率。第二十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日殘余單體含量：

殘余丙烯酰胺單體有毒，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，應(yīng)該<0.05%。測定方法：溴化法液相色譜法氣相色譜法等第二十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日生物、化學(xué)穩(wěn)定性微生物、細(xì)菌導(dǎo)致降解，尤其是黃原膠類生物聚合物。應(yīng)該使用實際地層水進行老化實驗，必要時應(yīng)加入殺菌劑。在各配注環(huán)節(jié)存在的化學(xué)劑或離子，對溶液粘度產(chǎn)生負(fù)面影響（如鐵離子）。第二十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日三.注入性能評價吸附/滯留(PolymerRetention)有效粘度(effectiveviscosity)阻力系數(shù)（resistancefactor)殘余阻力系數(shù)（residualresistancefactor)粘彈效應(yīng)系數(shù)(viscoelasticeffectfactor)不可入孔隙體積（InaccessiblePoreVolume)孔隙介質(zhì)中的流變性注入性濃度剖面測定與分析第二十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日吸附(Adsorption)

將巖石顆粒置于聚合物溶液中，直到達(dá)到吸附平衡。C72小時C0第二十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日

W=（C0-C）V/G

W：吸附量，μg/g巖石

C0：聚合物溶液原始濃度，mg/l C：吸附后聚合物溶液濃度，mg/l V：聚合物溶液體積，l G：巖石顆粒重量，g第二十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日溶液濃度C(mg/L)吸附規(guī)律：一般滿足Langmuir吸附等溫式。吸附量W（μg/g巖石)吸附量一般幾十—幾百μg/g巖石。第二十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日大慶HPAM和NAPs在大慶油砂上的靜態(tài)吸附量的實驗對比

Cp，mg/L100200300400500600700800吸附量μg/gHPAM26.767.392.5125.8136.6141.1151.9168.7NAPs31.475.4105.3138.6145.6149.8163.2188.3第二十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日

聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中流動時的實際粘度（達(dá)西粘度）。有效粘度ef(effectiveviscosity)巖芯PL泵聚合物溶液第二十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日Kp用注聚合物后相同礦化度的鹽水在相同速度下沖洗時的滲透率Kf代替。保持水沖洗時的孔隙結(jié)構(gòu)與聚合物溶液通過時的孔隙結(jié)構(gòu)相同。Q：水沖洗流量，等于注聚流量，△Pw：水沖洗壓差。Q，A，L，△Pp已知，Kp=?第三十頁，共六十六頁，2022年，8月28日NAPs及大慶HPAM的有效粘度(mPa.s)(Cp=1000mg/L)流速，m/d0.9792.937NAPs11.257.165大慶HPAM5.1854.336（大慶測）第三十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日殘余阻力系數(shù)FRR（residualresistancefactor)

實驗：巖芯抽空飽和水→測原始水測滲透率Kw→注聚→水沖測Kf。（1）FRR（2）意義：表示聚合物溶液降低巖石滲透率的能力，F(xiàn)RR>1。第三十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日阻力系數(shù)FR（residualresistancefactor)(1)FR是水通過巖芯的流度與聚合物溶液通過巖芯的流度之比。 (2)意義：表示聚合物溶液降低巖石流度的能力，F(xiàn)R>1。阻力系數(shù)是殘余阻力系數(shù)與有效粘度之積，殘余阻力系數(shù)小表示滯留少，有效粘度大表示波及更遠(yuǎn)。第三十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日NAPs及大慶HPAM串聯(lián)巖芯的阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)對比(Cp=1000mg/L)NAPs1#巖芯NAPs2#巖芯HPAM1#巖芯HPAM2#巖芯分段阻力系數(shù),FR38.654.422.8620.16分段殘余阻力系數(shù),FRR5.267.784.294.0分段有效粘度，mPa.s7.346.995.335.04分段取樣粘度，mPa.s48.239.1//第三十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日

（1）實驗：抽空飽和，測Kw，注聚，水沖洗測Kf(Q0，△

P0)，降壓水沖，測降壓后的水沖洗滲透率Kf1(Q1，△

P1)?！鱌QKf1Kf△P1Q0Q1’Q1△P0Kf1<Kf降壓后巖芯滲透率產(chǎn)生附加降低。粘彈效應(yīng)系數(shù)Rve(viscoelasticeffectfactor)第三十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日（2）現(xiàn)象解釋ε0ε1

聚合物分子形變回復(fù)，封堵孔喉，使巖芯滲透率產(chǎn)生附加降低?！鱌0△P1第三十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日（3）粘彈效應(yīng)系數(shù)（4）意義：表示滯留聚合物分子的粘彈回復(fù)效應(yīng)降低滲透率的程度。Rve>1。第三十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日不可入孔隙體積（IPV）

用于判斷哪些孔隙中聚合物大分子可以到達(dá)。不可入孔隙：巖石中所有直徑小于聚合物分子流體力學(xué)等價球直徑的孔隙。

IPV：聚合物分子不可入孔隙的體積占巖石孔隙體積(PV)的百分比。 第三十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日IPV范圍1-30%，取決于聚合物和孔隙介質(zhì)。不可入孔隙對聚合物分子不可入，但小分子（如水）是可入的。

IPV的存在使得驅(qū)油過程中聚合物分子推進速度比水分子快，因而聚合物分子在出口端提前突破。第三十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日不可入孔隙體積的確定方法（1）確定聚合物分子尺寸將聚合物溶液通過不同直徑（由大到?。┑暮丝缀Y過濾，測出不同孔徑下的C/C0。C0C核孔篩第四十頁，共六十六頁，2022年，8月28日246810d,μmC/C01.00.80.60.40.2a.不存在d>2μm的分子。b.當(dāng)d由2μm→0.4μm時，C/C0急劇下降→每一級篩網(wǎng)有若干大分子不能通過。c.d<0.4μm的分子極少。分子直徑在0.4μm

→2μm之間。第四十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日（2）確定巖石孔隙尺寸（油層物理知識）。d，μm孔隙大小累計百分?jǐn)?shù)，%100225第四十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日注入性隨著注入的聚合物溶液體積增加，填砂柱壓力急劇上升，反映了聚合物的阻力系數(shù)明顯上升。當(dāng)注入量增加到一定程度時，注入壓力趨于平穩(wěn)，表明無表面堵塞現(xiàn)象。累計注入量（PV數(shù)）壓力（MPa)第四十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日四.驅(qū)油效果評價配制原油選擇孔隙介質(zhì)抽空，飽和，測水測滲透率用油飽和水驅(qū)油聚合物段塞驅(qū)后續(xù)水驅(qū)基本步驟：第四十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日巖心K空md段塞PV總注入量

PV.ppm原始油飽和度%水驅(qū)

采收率%OOIP聚驅(qū)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實驗條件：NAPs為大慶油層污水溶液，HPAM為清水溶液，Cp=1000mg/L。巖心長度：30.5cm；面積：2；孔隙度24~26%;Vk：0.72；

油相粘度：10.5mPa.s；第四十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日

應(yīng)評價濃度、分子量、注入段塞尺寸及組合、及注入時機等對驅(qū)油效果的影響。應(yīng)進行微觀驅(qū)油機理研究，不能只認(rèn)識結(jié)果，還要認(rèn)識過程，并建立相互關(guān)系。第四十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日1.流度比或原油粘度流度比M應(yīng)避免相當(dāng)高（>50）或相當(dāng)?shù)停?lt;1.0）,沒有資料時，用原油粘度：5-125mPa.s。2.油藏溫度

HPAM：<93℃

黃原膠：<71℃NAPs:<100℃3.礦化度

HPAM<10000mg/lNAPs<150000mg/l五.聚合物驅(qū)油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)第四十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日4.可動油飽和度

>10%5.油藏滲透率

>20×10-3μm2,6.油藏非均質(zhì)變異系數(shù)

7.油層深度過小，易壓裂地層過大，溫度高8.其它限制一般要求無氣頂，底水，大水道，裂縫等。第四十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日1.注入濃度與注入量濃度Cp：1000mg/L左右，段塞尺寸：左右。

Cp×PV：200mg/L·PV左右。

——注入低濃度大段塞的聚合物溶液。水HPAM200ppmHPAM600ppmHPAM1000ppm濃度增大方向待波及區(qū)Cost-effectivemethod六.礦場經(jīng)驗第四十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日 V太大，壓力高，設(shè)備承受不了。油層速度V<1-3m/d。大慶油田注入速度：0.14PV/年。壓力梯度：15MPa/150m=0.1MPa/m。進行室內(nèi)評價實驗時，應(yīng)該將壓力梯度控制在合理的范圍內(nèi)，否則只有理論意義。2.注入速度與壓力梯度第五十頁，共六十六頁，2022年，8月28日

非均質(zhì)性太嚴(yán)重→即使使用HPAM溶液驅(qū)也只能沿著Kh推進→Kl未得到開發(fā)（此時凍膠調(diào)剖）非均質(zhì)性太小→水驅(qū)油均勻推進，水驅(qū)徹底→注聚合物驅(qū)效果不太明顯。

——非均質(zhì)性應(yīng)適中。3.地層非均質(zhì)性影響第五十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日

水驅(qū)到fw=98%→效果差。水驅(qū)fw<70%→沒必要?！诙尾捎湍硞€階段實施HPAM驅(qū)效果和效益都比較好，需要通過室內(nèi)評價和數(shù)值模擬提供依據(jù)。4.注入時機第五十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日1噸聚合物干粉可增油150噸左右，提高η=5—12%OOIP。聚合物配注等施工費用有時占總成本的2/3。效益取決于油價和聚合物價格因素。5.增產(chǎn)潛力與經(jīng)濟效益6.環(huán)保問題聚合物殘余單體有毒產(chǎn)出液處理第五十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日七.室內(nèi)評價技術(shù)的局限性(1)物理模擬實驗的合理性，如巖芯大?。?）室內(nèi)流動實驗結(jié)果多,但隨機性大。

(3)對微觀上各種物理化學(xué)現(xiàn)象的研究不深入，發(fā)展趨勢是：宏觀→微觀，定性→定量，靜態(tài)→動態(tài)。

(4)對驅(qū)油機理認(rèn)識不足:

可提高Ev，能否提高ED(如粘彈性,界面粘度等機理)？

(5)對驅(qū)油過程的數(shù)學(xué)語言描述不夠?；瘜W(xué)驅(qū)過程中的多組分孔隙輸運機理。如何通過優(yōu)化的注入工藝與過程，實現(xiàn)最佳效果？第五十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日

ASP復(fù)合驅(qū)室內(nèi)評價技術(shù)特點第五十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日

在聚合物滿足ASP三元復(fù)合驅(qū)要求的基礎(chǔ)上，還需進行ASP體系的特殊性能評價：粘濃關(guān)系粘度—堿濃度關(guān)系粘度—表面活性劑濃度關(guān)系老化穩(wěn)定性界面張力配伍性抗剪切性、阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)驅(qū)油效果物理化學(xué)作用實驗（吸附、化學(xué)反應(yīng)、擴散彌散）相態(tài)實驗第五十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日ASP體系粘堿關(guān)系：在油層溫度和礦化度條件下，測定一定ASP體系粘度隨堿濃度的變化關(guān)系，評價體系的耐堿性能。第五十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日粘度—表面活性劑濃度關(guān)系：在油層溫度和礦化度條件下，測定ASP體系粘度隨表面活性劑濃度的變化關(guān)系，評價體系與表面活性劑的相互作用關(guān)系。（45℃，大慶污水）ORS41濃度，mg/L02550751002003001000mg/L聚合物+表活劑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)第五十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日

聚合物濃度

mg/L時間,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體系老化穩(wěn)定性第五十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日聚合物濃度對ASP（塔底油表活劑）體系與大慶原油界面張力的影響聚合物濃度，mg/L200400600801000NAPs體系IFT

mN/m2.13610-21.91510-21.86410-22.10610-21.83910-2大慶HPAM體系IFT

mN/m2.55910-21.98710-22.52410-22.25810-22.11310-2第六十頁，共六十六頁，2022年，8月28日ASP體系的配伍性表A聚合物濃度對ASP體系穩(wěn)定性的影響單位：mg/L聚合物濃度1923855777699621天√√√√