多孔介質中聚合物驅的驅油機理，得到廣泛認可的理論是對於一定的液體一岩 石係統，驅油效率由驅替液的粘滯壓力梯度和殘餘油上滯留力的比值決定，前者與驅替 液的粘度和流速成正比，後者主要取決於界麵張力，二者的比值定義為毛管數。根據該 理論，聚合物溶液與原油間的界麵張力與水驅相近，宏觀壓力梯度相同，兩種驅替液的 毛管數相近，因此聚合物驅的驅油效率與水驅相同，這與聚合物驅的室內和現場實驗數 據不符。此時，無法用宏觀力解釋聚合物溶液粘彈性對驅油效率的影響，聚合物驅時驅 油效率的提高隻能是不增加宏觀壓力梯度的微觀力引起的。本文通過對不同種類聚合物 溶液粘彈性的測試，係統的對比了不同聚合物溶液的粘彈特性，找出了適合本實驗的定 量表征聚合物溶液粘度和彈性的方法；從殘餘油的微觀受力分析出發，提出了驅替液的 彈性性質會改變孔隙中的微觀流線，從而增加作用於殘餘油團突出部位的微觀作用力， 使突出部位移動這一微觀驅油機理；通過宏觀岩心驅替實驗驗證了微觀力對不同類型殘 餘油的作用，及粘彈性和毛管數對驅油效率的影響。
本研究中采用的聚合物包括聚丙烯酰胺類聚合物、梳形聚合物和締合聚合物三種。 通過動態力學實驗和穩態剪切實驗分別測試了三種聚合物溶液的粘彈特性，分析了聚合 物相對分子質量、質量濃度等對溶液粘彈性的影響。通過測試結果的對比分析，揭示了 三種不同分子結構的聚合物溶液的粘彈性特點。結果顯示，聚丙烯酰胺類聚合物溶液的 粘度和彈性隨分子量和聚合物質量濃度的增加而增加，在動態力學試驗和穩態剪切實驗 中都觀察到了相同的結果，粘度對質量濃度更為敏感而彈性對分子量更為敏感；與同分 子量的聚丙烯酰胺類聚合物相比，梳形聚合物溶液在質量濃度相同時具有更高的粘度， 但彈性較低，當聚合物種類不同時，動態力學實驗的結果在粘彈性的對比中往往不如穩 態剪切實驗的結果準確，利用穩態剪切實驗中第一法向應力差隨剪切速率變化直線的斜 率可以定量表征不同聚合物體係的彈性大小；締合聚合物在低濃度時體現出的粘彈性質 與普通聚丙烯酰胺相同，濃度達到一定程度後溶液的粘度急劇上升，該濃度為締合聚合 物溶液的臨界締合濃度，實驗結果顯示，高於臨界締合濃度後的締合聚合物溶液具有比 高分子量聚丙烯酰胺溶液更高的粘度，締合作用對彈性貢獻不大，彈性仍然取決於聚合 物的分子量。
分析了不同孔隙介質條件下微觀殘餘油的狀態及分步，對穩定狀態下殘餘油團的應 力分步進行了分析，研究發現，殘餘油團在綜合驅動力的作用下必然會在沿流動方向的 後段形成一個突起部位以提供足夠的毛管力平衡前方的驅動力，使殘餘油團平衡。因嚴 驅替液的流線在突起部位變化最大，微觀流速的改變會產生微觀的慣性力，對殘餘油I 的突出部位產生推動力。粘彈性流體由於具有法向應力效應，流線改變的幅度大於牛頓 流體；另外，粘彈性流體在毛細管中的速度剖麵更均勻，靠近殘餘油團處的流速更大， 所以粘彈性流體可以產生更大的微觀驅動力，並且彈性越高，微觀力越大。微觀力是粘 彈性流體提高驅油效率的主要原因。
在親油和親水人造均質岩心上研究了不同聚合物溶液驅時粘彈性及毛管數對驅油 效率和殘餘油飽和度的影響。利用驅替過程中岩心兩端的壓力梯度計算毛管數值，有效 的避免了驅替液粘度和滲透率等因素的影響。對於聚丙烯酰胺類聚合物、梳形聚合物和 締合聚合物等不同類型的聚合物驅，增加體係的毛管數和增加溶液的彈性都可以有效的 提高驅油效率、降低殘餘油飽和度。對具有不同粘彈性特點的聚合物溶液的驅油效果進 行對比，發現驅油效率與聚合物溶液彈性的對應關係具有很好的規律性，證明了彈性對 驅油效率的作用。梳形聚合物和締合型聚合物由於彈性低於同分子量的聚丙烯酰胺溶 液，所以驅油效率較低，粘度對驅油效率沒有影響。合理的提高驅替液的彈性，可以獲 得與超低界麵張力同樣的驅油效果。高濃度聚合物驅的現場試驗結果顯示，提高驅油效 率的幅度達到20%OOIP以上，為普通聚合物驅的二倍，且聚合物溶液前緣更加平緩， 波及效率更高。
綜上所述，聚合物溶液的彈性性質，在不增加驅替壓力梯度的情況下，可以提高多 孔介質中的驅油效率。粘彈性驅替液提高驅油效率的主要機理是：驅替液的彈性性質會 改變孔隙中的微觀流線，從而增加作用於殘餘油團突出部位的微觀作用力，使突出部位 移動。這一機理可以比較好地解釋聚合物驅在微觀實驗和宏觀試驗中所見到的現象，有 助於化學驅化學劑的設計、合成與篩選，有助於化學驅驅油方案的設計和優選、化學驅 數模的發展和微觀滲流力學的發展。
“三次采油”是指在二次采油後通過向油層中注入非常規物質開采石油的方法。根 據油氣藏類型和油氣藏驅動方式，一次采油的采收率變化範圍可能為0〜50%。二次采 油是利用維持地層壓力（如注氣或注水）的方式開采原油，二次采油通常是指水驅，其 采收率值對於輕質油藏為20%〜50%;對於油砂為零，對於稠油油藏隻有百分之幾，這 種開采方式的優點是流程簡單，容易實施，但相應的控製程度及采收率都難達到令人滿 意的水平。三次采油（EOR，也叫強化采油）通常是指二次采油以後的開采。
三次采油技術可歸納為四種不同類型的采油方法：（1)化學驅油法：又可分為聚合 物驅、表麵活性劑驅、泡沫驅、堿驅及二元複合驅（堿/聚合物驅、聚合物/表麵活性劑、 堿/表麵活性劑）和三元複合驅（堿/表麵活性劑/聚合物）等；（2)混相驅油法：如C02 驅、煙道氣驅、N2驅等；（3)熱力采油法：如蒸氣驅、熱水驅等；（4)微生物驅油法。 由於油藏條件不同，原油、水質、岩石的性質各異，所用的三次采油的方法具有很強的 針對性。
在以上三次采油方法中，化學驅中的聚合物驅是一類非常有效的提高采收率方法。 聚合物驅是上世紀中期發展起來的一項三次采油技術，由於該方法具有技術簡單、成本 較低等特點，比較適合我國大多數油田的實際情況，逐漸得到了廣泛的應用。目前，我 國大部分油田都處於水驅二次采油階段，部分地區進入高含水階段，但水驅後仍有大約 65%的礦藏原油仍留在地下。為此，已有相當部分的油田區塊進入了聚合物驅階段。聚 合物驅可以把水驅後的原油采收率再提高1〇%OOIP以上。
聚合物驅是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過增加水相粘度和降低水 相滲透率來改善流度比、提高波及係數，從而提高原油采收率。當油藏的非均質性比較 嚴重或水驅流度比較高時，聚合物驅可以取得明顯效果。由於聚合物驅油技術在三次采 油中扮演著重要的角色，因此多年來，國內外許多研究者一直都在致力於聚合物驅油機 理的研究。
1.1本文研究的目的和意義
聚合物驅始於二十世紀五十年代末和六十年代初。美國於1964年進行了第一次聚 合物驅礦場試驗，隨後在1964~1969年間，實施了 61個聚合物驅項目。從二十世紀七 十年代到1985年共實施了 183個聚合物驅項目，大多沒有取得明顯的效果；前蘇聯的 阿爾蘭油田、加拿大的Horsefly Lake油田、Rapdan油田、法國的Chaterenard油田以及 其他各國相繼進行了聚合物驅礦場試驗[1]，原油采收率提高了 6%〜17%。我國自19' 年大慶油田開展小井距的聚合物驅試驗以來，聚合物驅得到了迅速發展。特別是在'
五”、“九五”期間，在聚合物驅室內研究、數值模擬技術、注入工藝以及動態監測技術 等方麵進行了大量的研究和試驗，為聚合物驅進入工業化應用階段奠定了基礎[2_3]。 1987〜1993年，大慶油田成功地進行了兩次聚合物驅先導性試驗[4]。這兩次試驗的成功 使大慶油田聚合物驅提高采收率技術進入工業化應用階段。目前，聚合物驅在我國的大 慶、大港、河南、吉林、勝利等油田已進入工業化階段，大慶油田的聚合物驅己成為世 界上最大的聚合物驅項目。
由於聚合物驅的迅速發展，相應的關於聚合物驅提高采收率機理的研究逐漸受到全 世界石油科技工作者的重視。通過室內物理模擬實驗及先導性礦場試驗，人們對聚合物 提高原油采收率機理的認識逐漸加深。大部分人認為，聚合物的驅油機理是降低油水流 度比，抑製注入水的突進，擴大麵積波及效率，所以注入聚合物溶液與常規注水的最終 殘餘油飽和度是相同的[5_1()]。但是，近年來的研究表明，粘彈性流體和粘性流體在同樣 條件下驅替岩心後，前者的最終殘餘油飽和度明顯低於後者，這說明，具有粘彈性的聚 合物溶液不但能夠提高宏觀波及係數，而且能夠較大幅度地提高微觀驅油效率[11_14]，這 一觀點目前已得到廣泛的支持。
要想弄清聚合物溶液的粘彈性對驅油效率的影響規律，就必須進行以下方麵的研 究：（1)給出適合描述聚合物溶液流變性的本構方程及流動控製方程；（2)給出粘彈性 流體在微觀孔隙空間中流動的數學模型；（3)給出不同彈性流體在同一毛管數條件下驅 替殘餘油後含油飽和度降低及驅油效率的增加情況及同一彈性流體在不同毛管數條件 下驅替殘餘油後含油飽和度降低及驅油效率的增加情況；（4)給出不同粘彈性流體在可 視岩心中驅替水驅後殘餘油的驅油效率及殘餘油的變化規律等。本文通過大量理論研究 及室內實驗，針對以上部分內容進行了大量的研究工作，並著重進行了多種聚合物體係 在不同介質中的物理模擬驅替實驗，涉及聚合物種類包括常規聚丙烯酰胺、高分子量聚 丙烯酰胺、締合型聚合物及梳形聚合物等等，同時拓寬了所研究聚合物的分子量範圍； 所采用人造岩心分別模擬了弱親油地層及親水地層的情況。通過係統的的實驗取得了大 量聚合物溶液粘彈性對驅油效率影響規律的數據。研究結論有助於進一步理解聚合物驅 的驅油機理，並為化學驅化學劑的選擇及現場試驗設計提供了理論基礎。