多孔介质中聚合物驱的驱油机理，得到广泛认可的理论是对于一定的液体一岩 石系统，驱油效率由驱替液的粘滞压力梯度和残余油上滞留力的比值决定，前者与驱替 液的粘度和流速成正比，后者主要取决于界面张力，二者的比值定义为毛管数。根据该 理论，聚合物溶液与原油间的界面张力与水驱相近，宏观压力梯度相同，两种驱替液的 毛管数相近，因此聚合物驱的驱油效率与水驱相同，这与聚合物驱的室内和现场实验数 据不符。此时，无法用宏观力解释聚合物溶液粘弹性对驱油效率的影响，聚合物驱时驱 油效率的提高只能是不增加宏观压力梯度的微观力引起的。本文通过对不同种类聚合物 溶液粘弹性的测试，系统的对比了不同聚合物溶液的粘弹特性，找出了适合本实验的定 量表征聚合物溶液粘度和弹性的方法；从残余油的微观受力分析出发，提出了驱替液的 弹性性质会改变孔隙中的微观流线，从而增加作用于残余油团突出部位的微观作用力， 使突出部位移动这一微观驱油机理；通过宏观岩心驱替实验验证了微观力对不同类型残 余油的作用，及粘弹性和毛管数对驱油效率的影响。
本研究中采用的聚合物包括聚丙烯酰胺类聚合物、梳形聚合物和缔合聚合物三种。 通过动态力学实验和稳态剪切实验分别测试了三种聚合物溶液的粘弹特性，分析了聚合 物相对分子质量、质量浓度等对溶液粘弹性的影响。通过测试结果的对比分析，揭示了 三种不同分子结构的聚合物溶液的粘弹性特点。结果显示，聚丙烯酰胺类聚合物溶液的 粘度和弹性随分子量和聚合物质量浓度的增加而增加，在动态力学试验和稳态剪切实验 中都观察到了相同的结果，粘度对质量浓度更为敏感而弹性对分子量更为敏感；与同分 子量的聚丙烯酰胺类聚合物相比，梳形聚合物溶液在质量浓度相同时具有更高的粘度， 但弹性较低，当聚合物种类不同时，动态力学实验的结果在粘弹性的对比中往往不如稳 态剪切实验的结果准确，利用稳态剪切实验中第一法向应力差随剪切速率变化直线的斜 率可以定量表征不同聚合物体系的弹性大小；缔合聚合物在低浓度时体现出的粘弹性质 与普通聚丙烯酰胺相同，浓度达到一定程度后溶液的粘度急剧上升，该浓度为缔合聚合 物溶液的临界缔合浓度，实验结果显示，高于临界缔合浓度后的缔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，缔合作用对弹性贡献不大，弹性仍然取决于聚合 物的分子量。
分析了不同孔隙介质条件下微观残余油的状态及分步，对稳定状态下残余油团的应 力分步进行了分析，研究发现，残余油团在综合驱动力的作用下必然会在沿流动方向的 后段形成一个突起部位以提供足够的毛管力平衡前方的驱动力，使残余油团平衡。因严 驱替液的流线在突起部位变化最大，微观流速的改变会产生微观的惯性力，对残余油I 的突出部位产生推动力。粘弹性流体由于具有法向应力效应，流线改变的幅度大于牛顿 流体；另外，粘弹性流体在毛细管中的速度剖面更均勻，靠近残余油团处的流速更大， 所以粘弹性流体可以产生更大的微观驱动力，并且弹性越高，微观力越大。微观力是粘 弹性流体提高驱油效率的主要原因。
在亲油和亲水人造均质岩心上研究了不同聚合物溶液驱时粘弹性及毛管数对驱油 效率和残余油饱和度的影响。利用驱替过程中岩心两端的压力梯度计算毛管数值，有效 的避免了驱替液粘度和渗透率等因素的影响。对于聚丙烯酰胺类聚合物、梳形聚合物和 缔合聚合物等不同类型的聚合物驱，增加体系的毛管数和增加溶液的弹性都可以有效的 提高驱油效率、降低残余油饱和度。对具有不同粘弹性特点的聚合物溶液的驱油效果进 行对比，发现驱油效率与聚合物溶液弹性的对应关系具有很好的规律性，证明了弹性对 驱油效率的作用。梳形聚合物和缔合型聚合物由于弹性低于同分子量的聚丙烯酰胺溶 液，所以驱油效率较低，粘度对驱油效率没有影响。合理的提高驱替液的弹性，可以获 得与超低界面张力同样的驱油效果。高浓度聚合物驱的现场试验结果显示，提高驱油效 率的幅度达到20%OOIP以上，为普通聚合物驱的二倍，且聚合物溶液前缘更加平缓， 波及效率更高。
综上所述，聚合物溶液的弹性性质，在不增加驱替压力梯度的情况下，可以提高多 孔介质中的驱油效率。粘弹性驱替液提高驱油效率的主要机理是：驱替液的弹性性质会 改变孔隙中的微观流线，从而增加作用于残余油团突出部位的微观作用力，使突出部位 移动。这一机理可以比较好地解释聚合物驱在微观实验和宏观试验中所见到的现象，有 助于化学驱化学剂的设计、合成与筛选，有助于化学驱驱油方案的设计和优选、化学驱 数模的发展和微观渗流力学的发展。
“三次采油”是指在二次采油后通过向油层中注入非常规物质开采石油的方法。根 据油气藏类型和油气藏驱动方式，一次采油的采收率变化范围可能为0〜50%。二次采 油是利用维持地层压力（如注气或注水）的方式开采原油，二次采油通常是指水驱，其 采收率值对于轻质油藏为20%〜50%;对于油砂为零，对于稠油油藏只有百分之几，这 种开采方式的优点是流程简单，容易实施，但相应的控制程度及采收率都难达到令人满 意的水平。三次采油（EOR，也叫强化采油）通常是指二次采油以后的开采。
三次采油技术可归纳为四种不同类型的采油方法：（1)化学驱油法：又可分为聚合 物驱、表面活性剂驱、泡沫驱、碱驱及二元复合驱（碱/聚合物驱、聚合物/表面活性剂、 碱/表面活性剂）和三元复合驱（碱/表面活性剂/聚合物）等；（2)混相驱油法：如C02 驱、烟道气驱、N2驱等；（3)热力采油法：如蒸气驱、热水驱等；（4)微生物驱油法。 由于油藏条件不同，原油、水质、岩石的性质各异，所用的三次采油的方法具有很强的 针对性。
在以上三次采油方法中，化学驱中的聚合物驱是一类非常有效的提高采收率方法。 聚合物驱是上世纪中期发展起来的一项三次采油技术，由于该方法具有技术简单、成本 较低等特点，比较适合我国大多数油田的实际情况，逐渐得到了广泛的应用。目前，我 国大部分油田都处于水驱二次采油阶段，部分地区进入高含水阶段，但水驱后仍有大约 65%的矿藏原油仍留在地下。为此，已有相当部分的油田区块进入了聚合物驱阶段。聚 合物驱可以把水驱后的原油采收率再提高1〇%OOIP以上。
聚合物驱是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通过增加水相粘度和降低水 相渗透率来改善流度比、提高波及系数，从而提高原油采收率。当油藏的非均质性比较 严重或水驱流度比较高时，聚合物驱可以取得明显效果。由于聚合物驱油技术在三次采 油中扮演着重要的角色，因此多年来，国内外许多研究者一直都在致力于聚合物驱油机 理的研究。
1.1本文研究的目的和意义
聚合物驱始于二十世纪五十年代末和六十年代初。美国于1964年进行了第一次聚 合物驱矿场试验，随后在1964~1969年间，实施了 61个聚合物驱项目。从二十世纪七 十年代到1985年共实施了 183个聚合物驱项目，大多没有取得明显的效果；前苏联的 阿尔兰油田、加拿大的Horsefly Lake油田、Rapdan油田、法国的Chaterenard油田以及 其他各国相继进行了聚合物驱矿场试验[1]，原油采收率提高了 6%〜17%。我国自19' 年大庆油田开展小井距的聚合物驱试验以来，聚合物驱得到了迅速发展。特别是在'
五”、“九五”期间，在聚合物驱室内研究、数值模拟技术、注入工艺以及动态监测技术 等方面进行了大量的研究和试验，为聚合物驱进入工业化应用阶段奠定了基础[2_3]。 1987〜1993年，大庆油田成功地进行了两次聚合物驱先导性试验[4]。这两次试验的成功 使大庆油田聚合物驱提高采收率技术进入工业化应用阶段。目前，聚合物驱在我国的大 庆、大港、河南、吉林、胜利等油田已进入工业化阶段，大庆油田的聚合物驱己成为世 界上最大的聚合物驱项目。
由于聚合物驱的迅速发展，相应的关于聚合物驱提高采收率机理的研究逐渐受到全 世界石油科技工作者的重视。通过室内物理模拟实验及先导性矿场试验，人们对聚合物 提高原油采收率机理的认识逐渐加深。大部分人认为，聚合物的驱油机理是降低油水流 度比，抑制注入水的突进，扩大面积波及效率，所以注入聚合物溶液与常规注水的最终 残余油饱和度是相同的[5_1()]。但是，近年来的研究表明，粘弹性流体和粘性流体在同样 条件下驱替岩心后，前者的最终残余油饱和度明显低于后者，这说明，具有粘弹性的聚 合物溶液不但能够提高宏观波及系数，而且能够较大幅度地提高微观驱油效率[11_14]，这 一观点目前已得到广泛的支持。
要想弄清聚合物溶液的粘弹性对驱油效率的影响规律，就必须进行以下方面的研 究：（1)给出适合描述聚合物溶液流变性的本构方程及流动控制方程；（2)给出粘弹性 流体在微观孔隙空间中流动的数学模型；（3)给出不同弹性流体在同一毛管数条件下驱 替残余油后含油饱和度降低及驱油效率的增加情况及同一弹性流体在不同毛管数条件 下驱替残余油后含油饱和度降低及驱油效率的增加情况；（4)给出不同粘弹性流体在可 视岩心中驱替水驱后残余油的驱油效率及残余油的变化规律等。本文通过大量理论研究 及室内实验，针对以上部分内容进行了大量的研究工作，并着重进行了多种聚合物体系 在不同介质中的物理模拟驱替实验，涉及聚合物种类包括常规聚丙烯酰胺、高分子量聚 丙烯酰胺、缔合型聚合物及梳形聚合物等等，同时拓宽了所研究聚合物的分子量范围； 所采用人造岩心分别模拟了弱亲油地层及亲水地层的情况。通过系统的的实验取得了大 量聚合物溶液粘弹性对驱油效率影响规律的数据。研究结论有助于进一步理解聚合物驱 的驱油机理，并为化学驱化学剂的选择及现场试验设计提供了理论基础。