Very low stability
15M
20M
25M
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Molecular weight (10^6 Daltons)
Final viscosity
• The mechanical degradation is generated directly at the injection point • The chemical degradation happens a few hours after injection and polymer solution is then stable
14
现用聚合物面临的挑战（1）：高温高盐油藏
三采目前常用聚合物为部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），由于其阴离子聚电解质特性，其在淡水中 具有很强的增粘能力。
Zaitoun et al, 1983
NaCl Ca2+, Mg2+
Viscosity loss upon increasing T
HPAM溶液粘度随温度升高而急剧降低
Shear flow
(G. Chauveteau)
The faster the flow rate, the higher the extension rate
(Maeker, 1975; Seright, 1981, 1982; Martin, 1981, 1984)
M Gτ
& (
Low stability for high MW
• The stability of high molecular weight molecules is very low
Very high stability
Number of molecules
stability
Poor stability
Low stability
30多年来，在油气田勘探、开发、集输用高分子材料的应用技术 与应用基础理论研究方面开展了大量的研究工作，取得了一批重 要的研究成果。1991年以来，在有关油田开发用高分子材料的研 究成果中，被评为国际先进水平的成果14项，获部级科技进步二 等奖2项、部级科技进步三等奖3项、获局级科技进步一等奖3项、 二等奖2项、三等奖1项。23项成果投入了矿场应用，取得了良好 的技术经济效益。
200--400 > 400
0.269 0.510 0.114
0.235 0.172 1.605
High permeability streaks
T: 90--120C; K: 50---10010-3µm2 off-shore fields Total
Class I: laboratory study, 1960s; field trial, 1992; field extension, 1997 Class II: laboratory study, 1996; field trial, 1998; field scaled-up, 2005 Class III, Ⅳ, V and off-shore fields: R&D under way
黄光速教授 朱家骅教授
冯玉军团队研究方向
油气开采用软材料
智能软材料（聚合物，凝胶，表面活性剂……） 极端环境下油气开采用聚合物及表面活性剂 高温 高矿化度 低渗
或
中低渗油藏化学驱用聚合物的研究
Polymers used for EOR in Medium- & Low-K Oil Reservoirs: a story of 6 years of study
Factors Brine (TDS) Temperature Oxydo reduction equilibrium Oxydo reduction reactions Flow Differential pressure, Shear Permeability Precipitation (salts, sulfur, SRB, Fe) Viscosity of injection Viscosity at different steps of degradation
聚合物驱提高采收率原理
kd / d M ko / o
降低水（驱替液）油流度比，M<1 扩大波及体积
水驱
聚驱
聚合物驱对于稳定我国原油产量发挥了极大的作用
Mainly polymer flooding
Shengli Oilfield, Sinopec
现用聚合物面临的挑战（1）：高温高盐油藏
Dagang Bohai Huabei Shengli Zhongyuan Nanyang JIangsu
Challenges of CEOR in Shengli Oilfield, Sinopec
• • • •
Reserve class I
Abundant resources to be recovered High temperature High salinity, high divalent-cation content Strong heterogeneity
2015国际三次采油技术进展交流会 黄岛 2015年7月16日
中低渗油藏化学驱用聚合物的研究
Polymers used for EOR from Medium- & Low-permeability Oil Reservoirs
冯玉军
四川大学高分子研究所 高分子材料工程国家重点实验室
四川大学主办的 与石油相关的两本刊物
高分子材料工程国家重点实验室 的研究方向
经过长期积累，形成了有特色的五个研究方向： 1．通用高分子材料高性能化新技术和新原理的研究 2．聚合物成型理论和技术的研究 3. 高性能和功能高分子材料的研究 4. 废弃高分子材料再生利用与环境友好高分子材料 5．油田开发用高分子材料的研究
四川大学油气开采用高分子材料 研究概况
中低渗油藏聚合物驱的两个核心问题：可注入性，机械降解
1.54nm
长链：以2000万分子量为例，含28 万个链节；如果全部伸直，约43m
n+1 n
线性：无支化 柔性：形成线团，自回避行走（考
2RH
虑排斥体积） 均方旋转半径RG 持续长度（persistence length）lp 总长度（countour length）l
现状 2013年2月逝世 已退休
已退休，《油田化学》副主编 郑邦乾教授已退休 李惠林教授已退休 重点实验室副主任、《油田化 学》主编
油田化学，钻井、压裂、酸化、三采、 高分子研究所所长、 集输用高分子材料及表面活性剂 《Journal of Surfactants and Detergents》副主编 三次采油用高分子材料 钻井废水处理、原油降凝降粘 承担国家重大专项 在岗，多项成果转化
四川大学从事油田化学研究的 相关团队
团队负责人 徐僖院士 何勤功教授
黄荣华教授 郑邦乾教授 王克教授 李惠林教授 曹亚教授 张熙教授 冯玉军教授
研究方向 钻井、采油用高分子材料，总牵头人 川大油田高分子材料的创建者之一
川大油田高分子材料的创建者之一， 钻井、采油用高分子 原油输送减阻、降凝、降粘用高分子 材料 三采用高分子表面活性剂 油田化学，钻井、压裂、酸化、三采 用高分子材料
2nm for HPAM
水动力学体积半径RH 意义：RG与孔喉的匹配性决定低渗
油层的可注入性
中低渗油藏聚合物驱面临的挑战（1）：可注入性
Injectivity criterion: rh / RG > 5
Core hydrodynamic radius: rh = [K(1-)2/C]0.5 (Kozeny-Cavman)
H CH2 C
Long linear polyelectrolyte
Flexible random coil Shear+elonggation
M, MWD,
Example of mechanical degradation
• Low MW polymers are less sensitive to shearing
= 15 19 106 g/mol，RG = 0.50 m，Rh / RG 3 < 10 106 g/mol，RG = 0.30 m，Rh / RG 5
2RG
2rH
Hi- or ultra-hi MW polymer cannot be injected into low-K reservoirs
现用聚合物面临的挑战（2）：中低渗油藏
表外储层 7.20亿吨 27.9% 19.3%
有效厚度≥0.5m 13.63亿吨
52.8%
PetroChina
有效厚度0.2~0.4m 大庆III类地质储量 4.99亿吨
Daqing
Still CEOR ?
JIangsu
现用聚合物面临的挑战（2）：中低渗油藏
中低渗油藏聚合物驱面临的挑战（2）：机械降解
Elongational (extensional) —velocity gradient &
F—internal tensile force Lc—countour length
2F & pm 86400 Dp
HPAM
δ
1 3n 4 p ) 4n 8K
CH2 CH C O ONa x
The higher the MW, the easier the degration The lower the K, the higher the &
y C O NH2
(Hamielec, 1973) (Sorbie, 1991)