用有限体积法对粘弹性流体的扩张流动进行数值模拟

采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程,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.利用有限体积法对粘弹性聚合物溶液在突扩孔道内的流动特征进行数值模拟;绘制了流函数和速度等值线图、轴向距离与中心线速度图;研究了粘弹性的变化对微观波及效率的影响.数值模拟结果表明,聚合物溶液的粘弹性是影响波及效率的主要因素.凸角处的流动区域随着弹性的增加而不断增大,因此滞留区域不断减小,微观波及效率不断增大;具有粘弹特性的聚合物溶液相比于纯粘性的牛顿流体更利于提高驱油效率.     

盲端孔道内粘弹性聚合物驱油两相渗流规律

已有的聚合物溶液单相渗流理论与实验研究均已证实聚合物的弹性特征能够扩大其在多孔介质内的波及效率。在黏弹性聚合物溶液单相渗流理论的基础上,针对黏弹性聚合物溶液、原油两相流动中弹性对两相渗流的作用机制问题,建立了黏弹性流体、牛顿流体的两相渗流控制方程,用VOF方法进行两相界面追踪,以OpenFOAM为平台,运用有限体积法对控制方程组数值求解,研究了黏弹性聚合物溶液在盲端孔道内的流动规律。从饱和度分布、速度分布、驱替压差和第一法向应力差变化特征方面,揭示了黏弹性聚合物溶液的微观渗流机理。结果表明：随着松弛时间的增加,即聚合物溶液弹性的增大,两相界面向盲端内部扩展越深,驱油效率越高;当驱替时间达23.0s时,松弛时间为0.100s的聚合物溶液驱油效率,比松弛时间为0.001、0.010s时分别高19.0%、9.2%;聚合物溶液的弹性越大,附加压降越大,其第一法向应力差也越大,在一定程度上可提高驱油效率。研究结果为油田三次采油聚合物驱油体系设计、筛选提供了重要理论支持,同时有益于丰富黏弹性聚合物溶液的驱油机理。     

聚合物溶液黏弹性驱油微观机理

采用力学分析方法,针对被毛管力束缚在孔喉处的残余油,突扩孔隙空间的残余油以及盲端残余油,理论上分析了聚合物溶液黏弹性驱油微观机理,分别得到了聚合物溶液黏弹性作用下微观残余油动用增量表达式。当考虑黏弹性时,孔喉处可动油的临界半径要大于单考虑聚合物溶液黏性时的临界半径,这使得一部分原来不流动的孔喉残余油滴会发生流动,原来可动的油滴更容易动起来,提高了残余油动用程度。分析结果表明,单依靠聚合物溶液的黏性几乎不可能把盲端残余油驱替出来。当考虑聚合物溶液黏弹性的挤出胀大效应时,会进一步将突扩孔隙空间内、盲端残余油驱替出来。提出了表示毛管力和重力相对大小的无量纲量,当该无量纲量越大时,理论推导的突扩孔隙空间及盲端残余油动用量表达式就越准确。     

SPTT黏弹性流体在突缩流道内的流动

采用Simplified Phan-Thien-Tanner(SPTT)本构方程描述黏弹性流体流变特性,利用数值计算方法模拟了SPTT黏弹性流体在突缩流道中的流动特征.建立了由连续性方程、运动方程和SPTT本构方程、流函数、涡量函数及边界条件组成的完整数学模型.绘制了黏弹性流体在突缩流道中的流场和速度场的等值线图.分析了黏弹性流体的黏弹性对流场的影响.在突缩流道中,随着黏弹性的增强,即威森博格数的增大,流体的波及体积增加,波及效率增大.     

黏弹性流体在油藏孔隙中的流动特性

针对油藏孔隙中黏弹性流体的流动特性，选取了黏弹性流体中的上随体Maxwell本构方程描述以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性，同时使用计算流体有限元分析软件Polyflow对收缩流道内的黏弹性聚合物溶液流动过程进行等温数值模拟分析。从理论上研究了不同雷诺数（Re）和韦森博格数（We）条件下聚合物溶液黏弹性对孔隙内速度场和应力场的影响规律。确定当成数和耽数较大时，流体在收缩流道中流动时，流体的流速和应力随韦森博格数的增大而增大；第一法向应力随耽的增大而增大，且在出口窄流道内最大，而在入口宽流道处最小；越靠近壁面，耽数对第一法向应力的影响越大；黏弹性对流速的影响在靠近中心线处较大，靠近壁面处影响较小。     

一类油层聚驱后高浓度驱和二元驱的室内评价

室内实验表明,提高聚合物溶液浓度能提高其黏弹性,弹性越大则驱油效率越高.加入表面活性剂可以使聚合物溶液的黏弹性得到改善,更有助于提高体系的波及体积;同时表活剂能与原油形成较低的界面张力,能有效地启动残余油的运移,也能借助高浓度聚合物缓慢向前推进,形成"油墙",提高驱油效率.室内岩心驱油试验结果表明:在恒速注入条件下,聚驱后采用高浓度聚合物驱和高浓度聚合物/表活剂的二元体系,采收率均能提高10%左右.     

黏弹性聚合物溶液对盲端类残余油的微观作用机理

通过实验研究了黏弹性聚合物溶液对盲端类残余油的微观作用机理,得出了在油湿状态下,随着聚合物浓度的增加,即随着聚合物溶液弹性的增加,盲端类残余油的驱油效率有所提高;在水湿状态下,聚合物溶液不能提高不可动残余油的驱替效率,但能够提高可动油的驱油效率,即亲水岩心盲端状残余油若要流动,它必须先转变为可动油.     

粘弹性聚合物溶液能够提高岩心的微观驱油效率

人们普遍认为,聚合物驱不能提高微观驱油效率。而新近的大量研究成果不再支持这一观点。通过实验室岩心驱油实验,对水驱后的不同残余油类型进行了研究,并将残余油的类型划分为:①岩石表面的油膜;②“盲端”状残余油;③毛管力作用下的孔喉残余油;④岩心微观非质部分未被波及的残余油。研究表明,粘弹性的聚合物溶液驱替后,所有类型的微观残余油均减少。而且其在孔隙中的速度分布与牛顿流体有很大不同,在驱替不同类型的残余油时,表现出很强的“拉、拽”作用。研究证实了微观驱油效率的提高与聚合物溶液的弹性有关。不同性质的聚合物溶液具有不同的弹性。选用不同的聚合物驱油时,其提高采收率幅度的差异可高达6%OOIP以上。大庆油田工业规模聚合物驱开发区块的密闭取心资料也证实了这一观点。研究较全面地阐述了:①一些聚合物驱成功与失败的原因;②开展聚合物驱油时应考虑的因素;③如何进一步提高聚合物驱油的采收率。粘弹性的流体在孔隙介质中的流变性还需进一步做大量的研究工作。研究牛顿流体所得到的许多结论在用于粘弹性流体时,还有待于重新评价。     

海上油田不同种类聚合物黏弹性能实验研究

随着三次采油技术应用规模的不断扩大,聚合物驱油技术己成为油田开发的必然选择.聚合物驱油方法是在注入水中添加一定浓度聚合物,从而改变注入水的黏弹性能来提高注水波及体积和驱替效率的一种采油方法.可见,聚合物驱油技术本质就是聚合物溶液的黏弹效应,依据油田开发的实际需求,通过室内实验和理论分析,对不同种类驱油用聚合物分子形态及...     

聚合物溶液在驱油过程中对盲端类残余油的弹性作用

从微观驱油实验出发,研究了聚合物溶液的粘弹性对驱油效率的影响,定量分析了聚合物溶液的弹性在驱油过程中对残余油的作用机理.研究结果表明,对于油湿盲端,随着聚合物溶液弹性的增加,盲端类残余油的驱油效率提高.对于水湿“盲端”,聚合物溶液不能提高不可动残余油的驱替效率.如果“盲端”处的残余油为可动油,或有其他油滴流入“盲端”与残余油聚并,即可形成较大的可动油滴,用粘弹性流体驱替,可使“盲端”处残余油饱和度降低.对仿真类孔隙介质,聚合物溶液的粘弹性均可提高微观驱油效率.     

新型聚合物驱油数学模型

建立了能模拟多种分子量聚合物溶液混合驱油和聚合物黏弹性作用驱油机理的数学模型,该模型从弹性效应和黏性效应两个方面描述了聚合物驱油机理。弹性驱油作用的数学描述是:弹性能降低残余油饱和度,使油相相对渗透率提高;黏性驱油作用的数学描述是:聚合物能增加水相黏度,改善油水流度比及扩大驱替液的宏观波及体积。在多种分子量聚合物溶液混合驱油机理数学模型中,每一种分子量聚合物在油藏中流动满足各自独立的物质传输规律,在驱油机理上表现为多种分子量聚合物溶液浓度之和的总浓度总体驱油过程,驱油机理数学模型中的参数表示为各种分子量聚合物相应参数浓度加权平均的形式。所建立的模型能够模拟聚合物驱油提高微观驱油效率和流度控制驱油机理以及所发生的对流、弥散、扩散、吸附等物化现象。实际应用结果表明,该模型具有较强的实用性,可用于聚合物驱油的机理研究、矿场方案优选和开发效果预测。     

聚合物驱波及系数和驱油效率的计算方法研究

根据室内三维物理模拟聚合物驱油实验含油饱和度的测定结果,深入探讨了非均质砂岩油田聚合物驱油过程中,扩大波及系数和增加驱油效率对提高采出程度贡献率的定量计算方法,并给出了分析解释.结果表明,在3层非均质模型聚合物驱油过程中,聚合物驱提高采收率的贡献主要来源于提高波及系数的贡献,聚合物的黏弹性也具有提高驱油效率的作用.通过计算得出,在有隔层模型中增加驱油效率对提高聚合物驱采出程度的贡献占11.85%,扩大波及体积的贡献占88.15%;聚合物溶液在模型高渗透层内提高驱油效率作用的效果要好于中、低渗透层.     

支化预交联凝胶颗粒驱油机理可视化实验研究

通过可视化非均质模型驱油实验,对比研究了黏弹性支化预交联凝胶颗粒(B-PPG)和聚合物2种体系的流动规律和驱油效果,分析了B-PPG的质量浓度和注入速度对体系驱油效果的影响。结果表明:与聚合物相比,B-PPG具有更大的波及系数和更好的驱油效果;B-PPG既能通过提高溶液黏度进行流度控制,其中的黏弹性颗粒又能在孔隙中以流动—堵塞—变形通过的运移方式使液流不断转向,动态改善了模型的非均质性,提高了波及面积;B-PPG体系的质量浓度越大,流速越低,驱油效果越好。     

黏弹性聚合物溶液在油藏盲端孔隙中的流动特性

采用上随体Maxwell本构方程，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，对黏弹性聚合物溶液在油藏盲端孔隙中的流动特性进行数值模拟，从理论上探讨在低雷诺数流动条件下聚合物溶液的黏弹性和盲端几何形状、倾角对孔隙盲端内速度场、应力场及压力场的影响规律。研究结果表明，油藏盲端孔隙中流体的流速随威森博格数的增大而增加，随盲端倾角的增加而减小；油藏盲端应力场随倾角的变化规律与速度场的相似，而在油藏盲端与主流道相交处，应力场随倾角的变化规律则与速度场的不同，其值随倾角的增大而增加；压力波动影响区的范围与流体的弹性变形能力密切相关（其弹性变形主要发生在盲端与孔隙的相交处），其范围随着流体黏弹性的增加不断扩大。流体的黏弹性越大，盲端内的流速和应力就越大，盲端内的压力波动也越显著。图7参6     

无碱二元体系的黏弹性和界面张力对水驱残余油的作用

三元复合驱含碱驱油体系会大幅度降低聚合物溶液的黏弹性,引起地层粘土分散和运移、形成碱垢及导致地层渗透率下降。为此提出利用不加碱可形成超低界面张力的聚合物/甜菜碱表面活性剂二元复合体系驱油。通过流变性实验及微观模型驱油实验,分析了表面活性剂对聚合物表面活性剂二元复合体系黏弹性的影响和聚合物表面活性剂二元复合体系的黏弹性及界面张力对采收率的影响。对聚合物表面活性剂二元复合体系提高水驱后残余油采收率机理的研究表明:在驱替水驱后残余油过程中,聚合物表面活性剂二元复合体系利用了聚合物溶液的黏弹特性和表面活性剂的超低张力界面特性,水驱后残余油以油丝和乳状液形式被携带和运移,随着二元驱油体系的黏弹性的增加和界面张力的降低,水驱后二元驱后的采收率增加,降低界面张力的驱油效果(指达到超低)比提高体系的黏弹性的效果更明显。     

大庆萨北油田二类油层高浓度聚合物

针对大庆萨北油田二类油层储层物性差、平面和纵向非均质性严重和普通浓度聚合物驱提高采收率增油效果不明显等问题,提出开展高浓度聚合物驱技术思路.结合矿场实际需求,采用仪器检测和理论分析方法,开展了高浓度聚合物溶液流变性、黏弹性、流动特性和驱油效果物理模拟研究.结果表明,高浓度聚合物溶液的黏弹性较普通浓度聚合物溶液更强,阻力系数和残余阻力系数更大.在注入整体段塞尺寸(0.57 PV)相等的条件下,高浓度聚合物驱较普通浓度聚合物驱最终采收率能提高近10个百分点.高浓度聚合物注入时机、用量和段塞组合方式对增油效果影响很大,注入时机愈早,聚合物用量愈大,高浓度聚合物驱增油效果愈好.整体段塞和"低中高黏度"段塞组合注入压力愈高,扩大波及体积能力强,增油效果较好.理论分析表明,高浓度聚合物溶液流度控制能力更强、驱油效率更高是其大幅度提高采收率的主要机理.     

疏水缔合聚丙烯酰胺驱油能力的几种影响因素

疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)在高温高盐油田中的应用已成为近年来聚驱研究的热点之一。本文介绍了该类聚合物在多孔介质中渗流特性和黏弹性的测定方法,并结合疏水缔合聚丙烯酰胺的结构特点,主要从宏观波及系数和微观驱油效率两方面,分析了影响其驱油能力的几种因素,包括有效黏度、黏弹性、界面黏度、水质因素和多孔介质中的临界缔合浓度。结果表明,将HAPAM用于聚合物驱还有一定的局限性。最后提出HAPAM在今后的发展应用中值得重视的一些问题。     

聚合物/两性表面活性剂二元体系提高水驱后残余油采收率研究

针对三元复合驱中的碱大幅度降低聚合物溶液的黏弹性，降低波及效率和驱油效率，含碱驱油体系引起地层黏土分散和运移、形成碱垢、导致地层渗透率下降等问题，利用不加碱可形成超低界面张力的聚丙烯酰胺／两性表面活性剂二元复合体系，通过人造岩心驱油实验，研究了聚表二元复合体系提高水驱后残余油采收率的可能性。研究表明，聚表二元复合体系在驱替水驱后残余油中，可以同时发挥活性剂的超低界面张力特性和聚合物溶液的粘弹特性，使得该二元体系的采收率高于单一的表面活性剂体系和聚合物驱油体系，并且二元体系的聚合物浓度越高，采收率越高。     

模拟油藏条件下缔合聚合物溶液的黏弹性实验

为了研究缔合聚合物溶液在实际油藏条件下黏弹性的好坏,在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度对缔合聚合物溶液黏弹性的影响。结果表明:浓度和矿化度对缔合聚合物溶液黏弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;缔合聚合物溶液黏弹性产生的原因与HPAM溶液不同,HPAM溶液的黏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黏弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的;缔合聚合物溶液在相对比较低的浓度下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,即可达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的。     

非均质条件下二元体系微观驱油机理研究

采用非均质微观仿真模型,针对非均质条件下不同特征水驱残余油,研究聚合物/表面活性剂（SP）二元体系微观驱油机理及其驱油效率。为了更好地研究SP二元体系,利用相同的方法对聚合物、表面活性剂的驱油机理和驱油效率进行了研究。结果表明,SP二元体系兼具聚合物和表面活性剂的特性,不仅能够启动连片状、柱状、膜状和孤岛状残余油,还能依靠自身较高的黏弹性和一定的乳化性能启动盲端残余油。在非均质条件下,SP二元体系既能有效地改善流度比,扩大波及体积,一定程度上启动低渗层;又能利用活性剂的洗油能力提高驱油效率,大幅度提高采收率。该研究对深入探讨非均质条件下的复合体系驱油机理及现场应用具有指导意义。