多孔介质中滞留聚合物分子的粘弹效应模型

本文对三种不同的人造岩心用部分水解聚丙烯跳胺溶液进行了流动试脸,发现在水泥和环衷树脂胶结的不均质石英砂岩心中具有粘弹效应;而在致密的磷酸铝烧结的刚玉砂岩心中未发现粘弹效应。根据测出的残余效应系数分析,认为这可能与岩心的孔隙结构、渗透率等因素有关。对存在粘弹效应的岩心,基于开尔文模型,作者提出了多孔介质中滞留聚合物分子产生回复形变的教学模型。对于试脸曲线,用最小二乘法拟合出流量与时间的关系式,它与聚合物分子回复形变的数学模型具有一致形式,于是本文从理论上论证了滞留有聚合物分子的多孔介质中,在降低水的流动压差至稳定后,流量随时间呈指数变化的规律是滞留聚合物分子的粘弹性造成的。     

孔隙介质中滞留聚合物分子的粘弹效应系数

本文在文献[1]的基础上做了进一步的试验研究,发现慢速降压过程流速对时间的依赖关系呈指数曲线形式,同时进行了慢速升压试验,同样发现流速与时间的指数关系。文中对文献[1]定义的附加残余效应系数提出了修改,重新定义为滞留分子粘弹效应系数,对降压过程和升压过程的粘弹效应系数进行了对比。通过岩心出口液浓度数据,证实了文中描述的粘弹效应机理和分子构象改变的物理模型的可靠性。     

不同分子量聚合物溶液在多孔介质中的渗流特性研究

通过岩心流动实验,探讨了部分水解聚丙烯酰胺溶液(HPAM)在多孔介质中流动时聚合物分子量和孔隙特征参数对流动行为的影响,得到了一组反映流动参数变化规律的关系曲线。结果表明,在消除黏度效应条件下,高分子量聚合物比低分子量聚合物降低水相渗透率的能力强;聚合物分子量越高,多孔介质渗透率越低,阻力系数和残余阻力系数越大,聚合物越早突破多孔介质;当平均孔隙半径与聚合物分子尺寸之比大于4时,多孔介质的孔隙通道一般不会发生聚合物堵塞.     

聚合物溶液在多孔介质中渗流的附加残余效应

摘要本文着重介绍了在实验测定聚合物溶液残余阻力系数(FRR)时所发现的一种特殊现象—FRR的时间相关性。可以认为这是滞留在多孔介质中聚合物分子当注入水流速变化时产生的附加残余效应。本文定义了附加残余效应系数(FARE)。根据部分水解聚丙烯酞胺(HPAM)水溶液在力场作用下分子构象的变化,分析了粘弹性可能是产生附加残余效应的根本原因,岩心渗透率是影响FARE的一种因素。作者认为存在着利用这种效应进一步改善流度控制的可能性。     

缔合聚合物溶液的粘弹性实验研究

在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度变化过程中缔合聚合物溶液的动态粘弹性,结果表明：浓度和矿化度对其溶液粘弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;HPAM溶液的粘弹性是由分子链间的缠结作用引起的,而缔合聚合物溶液的粘弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的,因此缔合聚合物溶液在比较低的浓度下就表现出了明显的弹性;在低而宽的频率范围内,缔合聚合物溶液的弹性明显大于HPAM溶液的弹性,说明缔合聚合物溶液在多孔介质中流动时,在比较小的剪切速率下就表现出弹性。这就意味着不需要很高的注入速度,就可以达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的。     

两类典型非牛顿驱油剂的渗流特性

为考察不同流变性质的驱油剂在油藏中的渗流规律,基于孔喉作为实际油藏多孔介质最基本的流通单元和孔隙尺度随机分布的特点,提出了多孔介质的微观简化模型--二维随机变截面微管束.采用数值方法研究了粘弹型驱油剂和幂律型驱油剂在单个孔喉和多孔介质微观简化模型中的流动特性.结果表明,对于粘弹型驱油剂,只有当注入强度达到一定值时,粘弹效应才能明显地体现出来,渗流阻力随粘弹性的增强而增加,随孔隙尺度和非均匀程度的减小而增加.对于幂律型驱油剂,其渗流阻力随流体非牛顿性的增强而降低,随孔隙尺度和非均匀程度的变化规律与粘弹型驱油剂大体一致,但是在数值上远小于后者.对比分析驱油剂在岩心中的渗流规律发现,二维随机变截面微管束可作为多孔介质的简化模型,以此作为研究驱油剂渗流机理的基础模型可以避免岩心试验中多因素的综合作用,体现单一因素如流变性、孔隙介质结构和非均质性对驱油剂渗流特性的影响.     

两类典型非牛顿驱油剂的渗流特性

为考察不同流变性质的驱油剂在油藏中的渗流规律,基于孔喉作为实际油藏多孔介质最基本的流通单元和孔隙尺度随机分布的特点,提出了多孔介质的微观简化模型--二维随机变截面微管束.采用数值方法研究了粘弹型驱油剂和幂律型驱油剂在单个孔喉和多孔介质微观简化模型中的流动特性.结果表明,对于粘弹型驱油剂,只有当注入强度达到一定值时,粘弹效应才能明显地体现出来,渗流阻力随粘弹性的增强而增加,随孔隙尺度和非均匀程度的减小而增加.对于幂律型驱油剂,其渗流阻力随流体非牛顿性的增强而降低,随孔隙尺度和非均匀程度的变化规律与粘弹型驱油剂大体一致,但是在数值上远小于后者.对比分析驱油剂在岩心中的渗流规律发现,二维随机变截面微管束可作为多孔介质的简化模型,以此作为研究驱油剂渗流机理的基础模型可以避免岩心试验中多因素的综合作用,体现单一因素如流变性、孔隙介质结构和非均质性对驱油剂渗流特性的影响.     

粘弹性聚合物溶液提高驱油效率机理研究

为了了解聚合物溶液的粘弹性在多孔介质中对残余油的作用机理,描述油藏条件下以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性,采用上随体Maxwell本构方程,对粘弹性聚合物溶液在油藏孔隙模型--波纹管模型中的流动及其驱替残余油膜的机理进行了油藏工程方法分析,在理论上从力学的角度提出了聚合物驱提高驱油效率的机理.研究结果表明,粘弹性聚合物溶液产生的第一法向应力和剪切应力对油膜的携带作用大于相同粘度的牛顿流体,从而可携带部分残余油膜流动;聚合物溶液的粘弹性越强,作用于残余油膜的第一法向应力越大,对残余油膜的携带力越强,驱油效率越高;多孔介质越不规则,产生的第一法向应力越大,越有利于聚合物发挥粘弹性效应.     

HPAM溶液在油藏岩石中的物化参数测定方法研究

针对某油藏,用配方研究中筛选出来的聚合物,用岩心流动实验方法评价了聚合物的注入性,提出的“串联岩心实验法”对评价聚合物溶液的注入性比传统的“多测压点长岩心实验法”简洁、方便。实验研究了聚合物在油藏岩石中的静态吸附规律,发现在低浓度段与Langmuir等温吸附规律存在明显偏差。用“双段塞法”测定了聚合物在油藏岩石中的不可入孔隙体积和滞留量,为CMG-STAR模拟器提供了相关参数,并为该油藏实施弱交联聚合物调驱可行性研究和矿场试验提供了重要依据。     

粘弹性聚合物溶液对残余油膜的作用机理

针对水驱后残余油膜的存在形式,及油藏孔隙内聚合物溶液粘弹特性,选取具有相继收数和扩张特性的波纹管模型和广泛用于数值计算粘弹性流体的上随体M~U本构方程,建立了由连续性方程、运动方程和上随体Maxwell本构方程、流函数、涡量函数及边界条件组成的较完整的数学模型。通过有效的数值求解,从力学的角度提出聚合物驱在理论上提高驱油效率的机理是:(l)粘弹性聚合物溶液产生的第一法向应力和剪切应力对油膜的携带作用大于相同粘度的牛顿流体产生的剪切应力对油膜的携带作用,从而可携带部分残余油膜流动;(2)粘弹性聚合物溶液与牛顿流体相比,相同流函数值的流线位置发生改变,其波及范围大于相同粘度的牛顿流体。     

聚合物溶液在波纹管中的流动规律

采用上随体Maxwell本构方程描述聚合物溶液的流变性,用数值方法研究了黏弹性聚合物溶液在油藏孔隙模型——波纹管模型中的流动.分析了具有不同黏弹性质的聚合物溶液在油藏多孔介质中的流动规律.研究结果表明聚合物溶液在波纹管中心线处的流速最大且黏弹性对此处速度的的影响较大;黏弹性聚合物的第一法向应力随威森伯格数(We)的增大而增大,且越靠近壁面处,第一法向应力越大,受We的影响越大;与第一法向应力相比,剪切应力随We的增大变化非常小.     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

各向同性多孔介质中Kozeny-Carman常数的分形分析

Kozeny-Carman(KC)方程是多孔介质渗流领域最著名的半经验公式,长期以来,KC方程及其推广形式被广泛用于估算多孔介质的渗透率.但是,方程中的KC常数是一个没有确切物理意义的经验常数,且被证明并非一个常数值.天然多孔介质中的孔隙分布往往表现出自相似的分形标度律.因此,根据多孔介质的分形特征利用微观几何模型计算了各向同性多孔介质的有效渗透率,并进一步推导了KC常数的解析表达式.结果表明,KC常数是由多孔介质的微结构决定的,是孔隙率和分形维数的函数,且随着孔隙率的增加而增大.     

高速下聚合物溶液阻力系数的研究

本文回顾了前人关于聚合物溶液在孔隙介质中流动的研究。早期的研究者认为,聚合物溶液在高流速条件下呈膨胀性。未有人就残余阻力系数和有效粘度对阻力系数的贡献提出意见。作者重复了流动试验,根据测试的FR一V和FRr一V曲线,计算了有效粘度,对比了残余阻力系数和有效粘度对阻力系数的贡献,并提出,高速条件下,高盐度的聚合物溶液呈膨胀性,低盐度的溶液仍可能呈假塑性。溶液的盐度愈高,高速下的有效粘度愈大。     

考虑吸附影响的凝析气井压力降落试井分析

凝析气井的试井解释,基本上仍沿用干气井的单相拟压力方法,或在解释中根本就没有考虑多孔介质对凝析油、气的吸附影响。大量实验与理论研究表明,多孔介质吸附对凝析油、气的渗流具有较大的影响,在考虑吸附影响的凝析气井渗流微分方程的基础上,建立了不稳定试井解释数学模型,将多孔介质吸附影响直接纳入了模型之中。提出了多种外边界条件下的压力降落试井分析方法。实例分析表明,与不考虑多孔介质吸附影响的情况相比,因多孔介质吸附的影响,试井解释有效渗透率将降低,表皮系数增大,气井有效泄流半径与单井控制储量亦将降低。对于重烃含量较高和孔隙度较低的凝析气藏,多孔介质吸附的影响将更加明显。研究表明,多孔介质界面现象对凝析气井的渗流特征与试井解释的影响不应忽视。     

低渗透油藏聚合物驱启动压力梯度研究

为了描述低渗透油藏聚合物驱的渗流规律及启动压力梯度特征,借鉴水驱启动压力梯度的试验测定方法,将压差-流量法和毛细管平衡法相结合,在不同储层渗透率和体系黏度下开展低渗透储层聚合物驱渗流试验;在此基础上,基于非线性渗流理论量化表征聚合物驱启动压力梯度,建立聚合物驱非线性渗流系数与体系黏度、储层渗透率和流度的量化关系。结果表明,随着储层渗透率的降低或体系黏度的增大,相同渗流速度下聚合物驱的渗流阻力增加、压力梯度增大;聚合物渗流曲线用非线性方法表征吻合较好,且随着储层渗透率降低、体系黏度增大或流度降低,聚合物驱非线性渗流系数均增大;流态图版包含对不流动区、非线性渗流区和拟线性渗流区的定量描述。