1.2　化學(xué)驅(qū)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.2.1　聚合物驅(qū)技術(shù)

聚合物驅(qū)技術(shù)是化學(xué)驅(qū)中比較可行的一種提高采收率的技術(shù)。早期聚合物驅(qū)理論認(rèn)為，聚合物驅(qū)只是通過(guò)增加注入水黏度，改善水油流度比，擴(kuò)大注入水在油層中的波及體積來(lái)提高原油采收率。基于毛管數(shù)與驅(qū)油效率關(guān)系認(rèn)為，聚合物驅(qū)不能提高驅(qū)油效率和降低殘余油飽和度。因此，有人把聚合物驅(qū)稱(chēng)為改性水驅(qū)，即二次采油。國(guó)外對(duì)聚合物驅(qū)油技術(shù)作用機(jī)理認(rèn)識(shí)程度不高。美國(guó)20世紀(jì)70～80年代在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施了很多聚合物驅(qū)油區(qū)塊，但平均采收率增幅只有4.9%（大慶油田認(rèn)為提高6%～7%采收率是經(jīng)濟(jì)下限），經(jīng)濟(jì)效益差。我國(guó)大慶油田室內(nèi)研究和礦場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，聚合物驅(qū)是一種大幅度提高原油采收率的有效方法。聚合物驅(qū)油過(guò)程中，由于聚合物分子在多孔介質(zhì)中的滯留作用，使高滲透層滲流阻力增加，注入壓力提高，擴(kuò)大了平面和縱向波及體積，進(jìn)而提高了原油采收率。

聚合物的種類(lèi)和用途很多，驅(qū)油用聚合物主要有兩種，一種是應(yīng)用較為廣泛的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），另一種是黃原膠，二者主要應(yīng)用在高礦化度溶劑水的聚合物驅(qū)。相比較而言，人們更為關(guān)注HPAM溶液的特性和應(yīng)用。

聚合物溶液的流變特性和黏彈特性是聚合物溶液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)性研究的基礎(chǔ)。關(guān)于聚合物特性的專(zhuān)著有很多，這些專(zhuān)著基本都是從高分子物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)流變學(xué)或力學(xué)性能角度研究聚合物稀溶液或熔體的性能，所得結(jié)論不能直接用于驅(qū)油用聚合物溶液。在石油工程領(lǐng)域，聚合物溶液的黏滯特性和流變特性研究已經(jīng)開(kāi)展多年，形成了比較成熟的測(cè)試方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些研究都是借助實(shí)驗(yàn)方法，用各種流變模型對(duì)聚合物溶液的流變特性進(jìn)行描述，這些模型包括Meter、Gross、Garreau、Ellis和冪律模型，其中最簡(jiǎn)單的、也是最便于應(yīng)用的冪律模型得到了廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)楸M管聚合物溶液流變曲線(xiàn)中存在第一和第二牛頓區(qū)，聚合物溶液驅(qū)油時(shí)，它在多孔介質(zhì)中流動(dòng)一般處于冪律段上。

近年來(lái)，聚合物溶液黏彈特性的研究引起了石油界的關(guān)注。對(duì)聚合物溶液黏彈性描述，可借助于多種實(shí)驗(yàn)方法或分子理論。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可測(cè)定出儲(chǔ)能模量、損耗模量及第一法向應(yīng)力差等參數(shù)，用這些參數(shù)能比較不同聚合物溶液的彈性效應(yīng)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往依賴(lài)于測(cè)定儀器或測(cè)定的工作制度，并且聚合物溶液在流變儀中的流動(dòng)與在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)有很大區(qū)別，所以將測(cè)試結(jié)果直接應(yīng)用于多孔介質(zhì)時(shí)存在一定困難。由Rouse、Buech和Zimm提出的分子理論認(rèn)為，可以從高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)來(lái)研究高分子的力學(xué)松弛過(guò)程，雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果依賴(lài)于聚合物的結(jié)構(gòu)參數(shù)，但可用于描述聚合物溶液的黏彈性效應(yīng)作用機(jī)理，可嘗試用分子理論解釋聚合物溶液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的一些規(guī)律。

HPAM溶液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，當(dāng)流速達(dá)到一定程度后，隨著速度的增加，表觀黏度增加，表現(xiàn)出黏彈特性，這一現(xiàn)象已被許多研究人員所證實(shí)。Moam（1978），Jones和walte（1989）認(rèn)為，由于多孔介質(zhì)存在收縮-發(fā)散通道，聚合物溶液通過(guò)這些通道時(shí)發(fā)生變形，產(chǎn)生拉伸流動(dòng)，增加了流動(dòng)阻力，導(dǎo)致表觀黏度上升。

關(guān)于多孔介質(zhì)中黏彈效應(yīng)的描述，已有過(guò)許多報(bào)道。Christopher（1965）通過(guò)冪律流體在充填床中的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，把Blake-kozeng方程進(jìn)行修正，提出了冪律流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)摩擦因子和雷諾數(shù)的計(jì)算方法。Marshall（1967）定義了一個(gè)用于描述黏彈性流動(dòng)特征的重要參數(shù)——德博拉數(shù)（Deborah）。Haas和Durst（1982），Heemsketk（1984），Gupta和soidhar（1985），咚曼麗（1987）等人對(duì)德博拉數(shù)做了測(cè)量和計(jì)算。Chakrabarti（1991），Vorwek和Brunn（1991），張玉亮（1984）等人研究了綜合阻力系數(shù)和德博拉數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)對(duì)于HPAM溶液，在德博拉數(shù)達(dá)到臨界值后，綜合阻力系數(shù)隨德博拉數(shù)增加而急劇增加。黏彈性存在條件下的表觀黏度一般被認(rèn)為由剪切黏度和彈性黏度兩部分組成。Baijial（1978）和夏惠芬（1999）認(rèn)為，阻力系數(shù)和流速之間為線(xiàn)形關(guān)系。Masuda（1992）和Flew（1993）則認(rèn)為，彈性黏度與剪切黏度之比與剪切黏度之間為指數(shù)關(guān)系，Aadnoy（1994）和Carrington（1996）給出了更為復(fù)雜的關(guān)系式。韓顯卿用升壓和降壓實(shí)驗(yàn)對(duì)滯留在多孔介質(zhì)中的聚合物溶液進(jìn)行了研究，定義了一個(gè)黏彈效應(yīng)系數(shù)，并進(jìn)行了測(cè)定，提出了利用黏彈性效應(yīng)調(diào)整吸水剖面的方法。蒲萬(wàn)芬（2000）在不同多孔介質(zhì)模型中測(cè)定了壓力突然變化時(shí)聚合物溶液的蠕變回復(fù)，并且研究了蠕變回復(fù)與驅(qū)油效率之間的關(guān)系。Southwick（1988）和Heste（1994）把高速條件下的黏彈性效應(yīng)應(yīng)用于井眼周?chē)鷫航档挠?jì)算，Ramjhar（1992）認(rèn)為不同水解度和過(guò)濾速度下聚合物溶液的黏彈性不同，驅(qū)油效率也不同。馬廣彥（1996）和伶斯琴（2000）嘗試計(jì)算考慮黏彈性效應(yīng)的油藏壓力分布。

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，聚合物驅(qū)不能提高驅(qū)油效率，原因是依據(jù)殘余油飽和度與毛管數(shù)的關(guān)系，聚合物引起的水相黏度增加使毛管數(shù)增加幅度有限，不足以明顯降低殘余油飽和度。近年來(lái)，王德民等人（2000）研究證實(shí)，具有黏彈性的聚合物溶液可以提高驅(qū)油效率，而且認(rèn)為殘余油飽和度降低的原因來(lái)自于多孔介質(zhì)中平行于流動(dòng)方向的拉力，而拉力是由黏彈性效應(yīng)引起的，上述現(xiàn)象已在微觀玻璃蝕刻模型中被觀察到。

黃延章（1990）也在微觀模型中觀察到了聚合物溶液可以提高微觀驅(qū)油效率。汪偉英（1996）測(cè)定了不同驅(qū)替速度下巖心中的驅(qū)油效率，并根據(jù)不同速度下聚合物溶液黏彈性的不同，提出了最佳驅(qū)油速度的概念。吳文祥（1996）和程杰成（2000）通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了聚合物分子量對(duì)驅(qū)油效率的影響。

“聚合物溶液可以提高波及系數(shù)”曾被作為聚合物溶液提高驅(qū)油采收率的主要機(jī)理，理由是聚物溶液可以增加水相黏度，降低流度比。文獻(xiàn)中關(guān)于聚合物驅(qū)波及系數(shù)的研究主要集中于以下幾個(gè)方面。

Sorbie和blunt（1984），Allen（1988）計(jì)算了冪律流體在多孔介質(zhì)中的黏性指標(biāo)。Mahfoudhi（1990），王新海（1994），Saad（1995）和 Thompson（1998）對(duì)層狀非均質(zhì)模型中聚合物溶液波及系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，盧祥國(guó)（1995）用實(shí)驗(yàn)測(cè)定了縱向非均質(zhì)巖心的采收率。張玉亮（1995）在平面均質(zhì)模型中用交聯(lián)聚合物進(jìn)行了調(diào)剖實(shí)驗(yàn)。田根林（1998）把分形理論應(yīng)用于聚合物波及系數(shù)的描述。Gleasure（l990）也用聚合物溶液進(jìn)行了驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

1993年黃延章等人將核磁成像技術(shù)應(yīng)用于巖心驅(qū)替過(guò)程中飽和度的測(cè)定，使實(shí)時(shí)、無(wú)損測(cè)定巖心中的波及情況成為可能，但這種方法成本太高，不能作為系統(tǒng)地研究黏彈性對(duì)波及系數(shù)影響的方法。

數(shù)值模擬技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于聚合物驅(qū)油的方案設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)調(diào)整，但在聚合物驅(qū)的軟件中只考慮了聚合物溶液黏度的作用，沒(méi)有黏彈性效應(yīng)機(jī)理的描述，研究黏彈性效應(yīng)下的聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)規(guī)律，并把所得模型加入到聚合物驅(qū)數(shù)值模擬軟件中，將使數(shù)值模擬結(jié)果更接近實(shí)際。

隨著對(duì)黏彈性聚合物驅(qū)的實(shí)驗(yàn)室研究不斷取得進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)高分子量、高濃度聚合物可提高采收率高達(dá)20%以上。在提高采收率幅度上，這些研究結(jié)果與三元復(fù)合驅(qū)的結(jié)果完全相似。如果解決注入壓力過(guò)高問(wèn)題，優(yōu)選注聚方案，用黏彈性聚合物驅(qū)取代三元復(fù)合驅(qū)，就可以進(jìn)一步挖掘聚合物驅(qū)油技術(shù)的增油潛能，大大提高油田的經(jīng)濟(jì)效益。最佳注入條件及方案的優(yōu)選是指針對(duì)地質(zhì)條件已經(jīng)確定的油層對(duì)象，優(yōu)選出能夠順利注入油層，并能取得最佳技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的聚合物的分子量、用量（mg/L，PV數(shù)）及注入濃度等。姜言里（1993）在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)聚合物的分子量、用量（mg/L，PV數(shù)）、注入濃度等因素與聚合物驅(qū)采收率提高值的關(guān)系做了總結(jié)說(shuō)明，并對(duì)聚合物驅(qū)注入能力的影響因素和最佳注入條件的優(yōu)選做了分析；韓培慧（1999）利用聚合物驅(qū)經(jīng)濟(jì)模型計(jì)算了不同用量（mg/L，PV數(shù)）下的聚合物驅(qū)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，指出了油層非均質(zhì)變異系數(shù)對(duì)聚合物用量的影響；隋軍（1999）研究了大慶油田聚合物驅(qū)油的動(dòng)態(tài)特征和驅(qū)油效果的影響因素，對(duì)注入速率、分子量、黏度等因素做了說(shuō)明；程杰成（2000）研究了聚合物分子量對(duì)聚合物溶液黏度、阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)、原油采收率及機(jī)械降解的影響，提出了聚合物分子量的優(yōu)選方法；王德民（2001）對(duì)聚合物黏彈性提高驅(qū)油效率的機(jī)理做了全面的闡述，并提出了進(jìn)一步提高聚合物驅(qū)采收率的主要措施。

綜上所述，采用高分子量和高濃度聚合物溶液的方法是進(jìn)一步挖掘聚合物驅(qū)增油潛能、提高原油采收率的重要措施之一，目前國(guó)內(nèi)尚未有公開(kāi)研究報(bào)道，國(guó)外研究也僅限于低濃度、低分子量聚合物溶液。尤其重要的是，在驅(qū)油效果與二元復(fù)合驅(qū)相當(dāng)?shù)那闆r下，高分子量、高濃度聚合物驅(qū)的經(jīng)濟(jì)合理性?xún)?yōu)于三元復(fù)合驅(qū)。因此，研究高分子量、高濃度聚合物提高采收率的方法，同時(shí)優(yōu)化注入方案，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，把研究結(jié)果用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，將會(huì)有十分重要的意義。