1.2　化学驱技术现状及发展趋势

1.2.1　聚合物驱技术

聚合物驱技术是化学驱中比较可行的一种提高采收率的技术。早期聚合物驱理论认为，聚合物驱只是通过增加注入水黏度，改善水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积来提高原油采收率。基于毛管数与驱油效率关系认为，聚合物驱不能提高驱油效率和降低残余油饱和度。因此，有人把聚合物驱称为改性水驱，即二次采油。国外对聚合物驱油技术作用机理认识程度不高。美国20世纪70～80年代在现场实施了很多聚合物驱油区块，但平均采收率增幅只有4.9%（大庆油田认为提高6%～7%采收率是经济下限），经济效益差。我国大庆油田室内研究和矿场应用结果表明，聚合物驱是一种大幅度提高原油采收率的有效方法。聚合物驱油过程中，由于聚合物分子在多孔介质中的滞留作用，使高渗透层渗流阻力增加，注入压力提高，扩大了平面和纵向波及体积，进而提高了原油采收率。

聚合物的种类和用途很多，驱油用聚合物主要有两种，一种是应用较为广泛的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），另一种是黄原胶，二者主要应用在高矿化度溶剂水的聚合物驱。相比较而言，人们更为关注HPAM溶液的特性和应用。

聚合物溶液的流变特性和黏弹特性是聚合物溶液在多孔介质中流动性研究的基础。关于聚合物特性的专著有很多，这些专著基本都是从高分子物理化学、结构流变学或力学性能角度研究聚合物稀溶液或熔体的性能，所得结论不能直接用于驱油用聚合物溶液。在石油工程领域，聚合物溶液的黏滞特性和流变特性研究已经开展多年，形成了比较成熟的测试方法和行业标准。这些研究都是借助实验方法，用各种流变模型对聚合物溶液的流变特性进行描述，这些模型包括Meter、Gross、Garreau、Ellis和幂律模型，其中最简单的、也是最便于应用的幂律模型得到了广泛应用，这是因为尽管聚合物溶液流变曲线中存在第一和第二牛顿区，聚合物溶液驱油时，它在多孔介质中流动一般处于幂律段上。

近年来，聚合物溶液黏弹特性的研究引起了石油界的关注。对聚合物溶液黏弹性描述，可借助于多种实验方法或分子理论。通过实验可测定出储能模量、损耗模量及第一法向应力差等参数，用这些参数能比较不同聚合物溶液的弹性效应，但实验结果往往依赖于测定仪器或测定的工作制度，并且聚合物溶液在流变仪中的流动与在多孔介质中的流动有很大区别，所以将测试结果直接应用于多孔介质时存在一定困难。由Rouse、Buech和Zimm提出的分子理论认为，可以从高分子的结构特点出发来研究高分子的力学松弛过程，虽然实验结果依赖于聚合物的结构参数，但可用于描述聚合物溶液的黏弹性效应作用机理，可尝试用分子理论解释聚合物溶液在多孔介质中流动时出现的一些规律。

HPAM溶液在多孔介质中流动时，当流速达到一定程度后，随着速度的增加，表观黏度增加，表现出黏弹特性，这一现象已被许多研究人员所证实。Moam（1978），Jones和walte（1989）认为，由于多孔介质存在收缩-发散通道，聚合物溶液通过这些通道时发生变形，产生拉伸流动，增加了流动阻力，导致表观黏度上升。

关于多孔介质中黏弹效应的描述，已有过许多报道。Christopher（1965）通过幂律流体在充填床中的流动实验，把Blake-kozeng方程进行修正，提出了幂律流体在多孔介质中流动时摩擦因子和雷诺数的计算方法。Marshall（1967）定义了一个用于描述黏弹性流动特征的重要参数——德博拉数（Deborah）。Haas和Durst（1982），Heemsketk（1984），Gupta和soidhar（1985），咚曼丽（1987）等人对德博拉数做了测量和计算。Chakrabarti（1991），Vorwek和Brunn（1991），张玉亮（1984）等人研究了综合阻力系数和德博拉数的关系，发现对于HPAM溶液，在德博拉数达到临界值后，综合阻力系数随德博拉数增加而急剧增加。黏弹性存在条件下的表观黏度一般被认为由剪切黏度和弹性黏度两部分组成。Baijial（1978）和夏惠芬（1999）认为，阻力系数和流速之间为线形关系。Masuda（1992）和Flew（1993）则认为，弹性黏度与剪切黏度之比与剪切黏度之间为指数关系，Aadnoy（1994）和Carrington（1996）给出了更为复杂的关系式。韩显卿用升压和降压实验对滞留在多孔介质中的聚合物溶液进行了研究，定义了一个黏弹效应系数，并进行了测定，提出了利用黏弹性效应调整吸水剖面的方法。蒲万芬（2000）在不同多孔介质模型中测定了压力突然变化时聚合物溶液的蠕变回复，并且研究了蠕变回复与驱油效率之间的关系。Southwick（1988）和Heste（1994）把高速条件下的黏弹性效应应用于井眼周围压降的计算，Ramjhar（1992）认为不同水解度和过滤速度下聚合物溶液的黏弹性不同，驱油效率也不同。马广彦（1996）和伶斯琴（2000）尝试计算考虑黏弹性效应的油藏压力分布。

传统理论认为，聚合物驱不能提高驱油效率，原因是依据残余油饱和度与毛管数的关系，聚合物引起的水相黏度增加使毛管数增加幅度有限，不足以明显降低残余油饱和度。近年来，王德民等人（2000）研究证实，具有黏弹性的聚合物溶液可以提高驱油效率，而且认为残余油饱和度降低的原因来自于多孔介质中平行于流动方向的拉力，而拉力是由黏弹性效应引起的，上述现象已在微观玻璃蚀刻模型中被观察到。

黄延章（1990）也在微观模型中观察到了聚合物溶液可以提高微观驱油效率。汪伟英（1996）测定了不同驱替速度下岩心中的驱油效率，并根据不同速度下聚合物溶液黏弹性的不同，提出了最佳驱油速度的概念。吴文祥（1996）和程杰成（2000）通过实验研究了聚合物分子量对驱油效率的影响。

“聚合物溶液可以提高波及系数”曾被作为聚合物溶液提高驱油采收率的主要机理，理由是聚物溶液可以增加水相黏度，降低流度比。文献中关于聚合物驱波及系数的研究主要集中于以下几个方面。

Sorbie和blunt（1984），Allen（1988）计算了幂律流体在多孔介质中的黏性指标。Mahfoudhi（1990），王新海（1994），Saad（1995）和 Thompson（1998）对层状非均质模型中聚合物溶液波及系数进行了数值计算，卢祥国（1995）用实验测定了纵向非均质岩心的采收率。张玉亮（1995）在平面均质模型中用交联聚合物进行了调剖实验。田根林（1998）把分形理论应用于聚合物波及系数的描述。Gleasure（l990）也用聚合物溶液进行了驱油实验。

1993年黄延章等人将核磁成像技术应用于岩心驱替过程中饱和度的测定，使实时、无损测定岩心中的波及情况成为可能，但这种方法成本太高，不能作为系统地研究黏弹性对波及系数影响的方法。

数值模拟技术已广泛地应用于聚合物驱油的方案设计和动态调整，但在聚合物驱的软件中只考虑了聚合物溶液黏度的作用，没有黏弹性效应机理的描述，研究黏弹性效应下的聚合物溶液在多孔介质中的流动规律，并把所得模型加入到聚合物驱数值模拟软件中，将使数值模拟结果更接近实际。

随着对黏弹性聚合物驱的实验室研究不断取得进展，人们发现高分子量、高浓度聚合物可提高采收率高达20%以上。在提高采收率幅度上，这些研究结果与三元复合驱的结果完全相似。如果解决注入压力过高问题，优选注聚方案，用黏弹性聚合物驱取代三元复合驱，就可以进一步挖掘聚合物驱油技术的增油潜能，大大提高油田的经济效益。最佳注入条件及方案的优选是指针对地质条件已经确定的油层对象，优选出能够顺利注入油层，并能取得最佳技术和经济效益的聚合物的分子量、用量（mg/L，PV数）及注入浓度等。姜言里（1993）在实验数据的基础上对聚合物的分子量、用量（mg/L，PV数）、注入浓度等因素与聚合物驱采收率提高值的关系做了总结说明，并对聚合物驱注入能力的影响因素和最佳注入条件的优选做了分析；韩培慧（1999）利用聚合物驱经济模型计算了不同用量（mg/L，PV数）下的聚合物驱的经济指标，指出了油层非均质变异系数对聚合物用量的影响；隋军（1999）研究了大庆油田聚合物驱油的动态特征和驱油效果的影响因素，对注入速率、分子量、黏度等因素做了说明；程杰成（2000）研究了聚合物分子量对聚合物溶液黏度、阻力系数和残余阻力系数、原油采收率及机械降解的影响，提出了聚合物分子量的优选方法；王德民（2001）对聚合物黏弹性提高驱油效率的机理做了全面的阐述，并提出了进一步提高聚合物驱采收率的主要措施。

综上所述，采用高分子量和高浓度聚合物溶液的方法是进一步挖掘聚合物驱增油潜能、提高原油采收率的重要措施之一，目前国内尚未有公开研究报道，国外研究也仅限于低浓度、低分子量聚合物溶液。尤其重要的是，在驱油效果与二元复合驱相当的情况下，高分子量、高浓度聚合物驱的经济合理性优于三元复合驱。因此，研究高分子量、高浓度聚合物提高采收率的方法，同时优化注入方案，并结合现场实际，把研究结果用于指导生产实践，将会有十分重要的意义。