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.     

交替注入聚合物驱油的水动力学机理

为了计算交替注入聚合物溶液对残余油的作用力,进一步从水动力学角度探索交替注入聚合物溶液提高原油采收率的机理,运用上随体Maxwell本构方程建立了具有黏弹性的聚合物溶液在微孔道中的流动方程,运用数值方法对流场进行了求解,获得了驱替液作用在残余油膜上的应力分布,分析了聚合物溶液的黏弹性和压力梯度与水平驱替力这一表征驱替效果的关系,最终分析了交替注入聚合物段塞可以提高原油采收率的机理。     

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.     

表面活性聚合物提高采收率微观驱油机理

采用微观刻蚀玻板平面模型,对比研究了表面活性聚合物及常规聚合物对水驱后残余油的驱替机理。研究表明,表面活性聚合物对膜状残余油、盲孔残余油具有"推动"和"拖动"作用,提高采收率比常规聚合物高7%左右。传统聚合物通过增加驱替液粘度提高水油流度比,扩大波及体积来提高采收率。表面活性聚合物通过将残余油拉成油滴和油丝、大油滴拉成小油滴和油丝的方式驱动,在渗流过程中又在不同流道中形成更小的油滴,使油更容易被驱替液携带运移。     

聚合物溶液在油藏孔隙中的流动及微观驱油机理

研究了粘弹性聚合物溶液在盲端孔隙模型中的流动与驱替特性。微观流动实验和数值计算结果均表明，随着事物溶液粘性弹增强（Weissenberg数增大），在孔隙盲端及喉道中的粘弹性涡流加剧，涡流区域也随之扩大；计算得到的粘弹涡特征与Cochrane等给出的实验结果在定性规律上是一致性。这种粘弹涡可将孔隙盲端和喉道中的部位科油分散成油滴或油丝并携带至主流区，使之成为可驱动原油。所以，这种粘弹涡流效应是聚合物溶液提高微观驱油效率的重要机理之一。     

耐温抗盐聚合物溶液的黏弹性试验研究

通过动态剪切试验,研究了聚合物相对分子质量、矿化度、温度对耐温抗盐聚合物溶液黏弹性的影响。试验结果表明,相同浓度时,相对分子质量越大,动态曲线中相应的储存模量G＇与损耗模量G″也越大;对同一种聚合物,浓度越大,聚合物分子缠结越严重,在一定的频率范围表现出较强的弹性效应;温度升高对黏弹性影响较小;矿化度越高,黏弹性越小;表面活性剂的加入对聚合物溶液黏弹性影响较小。室内驱油试验结果表明,聚合物的高黏弹性对采收率的提高有较大贡献,浓度为1 500 mg/L的PAM2溶液提高采收率为15.4%。     

聚合物溶液及三元复合体系驱替盲端油的微观机理

大庆油田聚合物驱已经开始了大规模的工业化应用，三元复合驱的矿场试验也已了极大的成功，为进一步推动两种技术的应用和完善，充分认识其驱油机理，利用微观仿真模型，对比研究了不同粘弹性体系驱扫盲端残余油的过程，并利用界面化学理论，解释了驱油过程中产生的界面现象，揭示了聚合物，三元复合体系粘弹性效应作用的差异，界面，以及粘弹性效率对提高微观驱油效率的不可忽视的作用，聚合物溶液可以很好地驱替盲端油，但因刚性水膜的存在而不适于水驱后亲油或中性盲端残余油。三元复合体系有较强的驱替盲端残余油能力，一方面低界面张力可破坏水膜，三元复合驱替液深入盲端，另一方面，体系的粘弹性则使三元复合驱替液接触到更多的残余油。     

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     

典型聚合物溶液油水界面扩展黏弹性研究

使用Trackr全自动液滴界面张力仪,研究了聚合物种类和水质对聚合物溶液与十二烷的界面扩展黏弹模量的影响。结果表明,目前广泛使用的聚合物与正十二烷动态界面张力为32~34 mN/m,聚合物溶液与正十二烷形成的界面黏弹膜以弹性为主,相应的弹性模量比黏性模量高3倍以上,配制聚合物溶液水中活性组分和含盐量使聚合物的界面扩展弹性模量降低,对聚合物的界面黏性模量影响更复杂。     

聚合物驱提高驱油效率机理及驱油效果分析

根据分子动力学基本原理,描述了聚合物驱过程中驱油的分子作用力,经与水驱的分子作用力对比证明,聚合物溶液的粘弹性是聚合物分子与原油分子摩擦力和撞击力的宏观表现,聚合物驱能够提高驱油效率.对大庆油田北一区断西试验区相距30m检查水驱效果的北1-6-检27井和检查聚合物驱效果的北1-6-检26井进行了密闭取心资料研究,由岩心剩余油饱和度密度分布曲线发现,聚合物驱较水驱达到残余油饱和度的岩心比例明显增高,高含油饱和度的岩心比例明显降低.从而证明:在相近条件下,聚合物驱较水驱既能扩大波及体积,又能提高驱油效率.     

微生物驱替盲端类剩余油的微观实验

通过微观仿真模型驱油实验,研究了微生物对不同直径盲端内剩余油的驱替作用,比较了微生物、气体和聚合物对水驱后盲端类剩余油的不同作用效果.研究结果表明,微生物产生的生物气能够进入盲端,置换出水、气和聚合物溶液不能驱替出的盲端内剩余油.微生物驱具有独特的驱替出盲端类剩余油的优势.     

新型聚合物溶液的微观结构研究

采用显微、动态光散射和流变测定技术研究了梳形聚合物(CP)、疏水缔合聚合物(HAP)和聚丙烯酰胺(HPAM)溶液的微观结构。HPAM样品和CP样品单个水化分子的水动力学半径主要呈正态分布在10~100nm范围内。聚合物分子在溶液中是无序分布,形成粗细不均的网络骨架。大部分网络骨架不是由单个聚合物分子形成,而是由聚合物分子聚集体形成。在一定条件下才能出现较为有序的网络骨架结构,产生某种符合分形特性的自相似性。网络骨架既对溶液本体有支撑作用,又吸附和包裹大量水分子产生形变阻力。形成的网络结构越完善,增粘能力将越强。溶液中的盐份为非均匀分布,在聚合物分子上带电基团附近富集后形成浓度梯度。多种表面活性剂能造成HAP分子卷缩,聚集程度过大,聚合物分子吸附和包裹水分子的数量急剧减少,使HAP溶液粘度大幅度下降。另外,多孔介质孔喉可造成HAP分子结构的破坏,使增粘能力损失。     

不同驱油剂应用于聚合物驱油后油层的适应性分析

国内一些油田已陆续进入聚合物驱后续水驱阶段,亟待研发聚合物驱油后进一步提高采收率技术。为此,运用物理模拟方法,研究了不同驱油剂的渗流能力及聚合物驱油后驱油效果。实验结果表明,泡沫复合体系阻力系数及残余阻力系数最高,流度控制作用最强,扩大了波及体积,同时由于表面活性剂的加入,进一步提高了驱油效率,驱油效果较好,聚合物驱油后采收率提高10.6个百分点。     

砾岩油藏水驱与聚合物驱微观渗流机理差异

砾岩油藏特殊的沉积环境导致储层孔隙结构呈现复模态特征,渗流系统以“稀网-非网状”流态为主,水驱与聚合物驱微观渗流机理及两者差异的研究成为油藏提高采收率的难点和关键。克拉玛依油田属于典型的砾岩油藏,选取实际岩心为研究对象,采用CT扫描技术研究了亲水和弱亲油岩石的水驱和聚合物驱微观驱替机理,并且在驱油效率影响因素分析的基础上,建立了2种驱替方式下砾岩油藏的最终采收率计算模型。实验结果表明：砾岩油藏亲水岩石水驱与聚合物驱渗流机理均以沿岩石表面“爬行”驱替为主,而弱亲油岩石则均以沿孔隙中部“突进”驱替为主,由于渗流机理的差异性,亲水岩石水驱后残余油主要在细喉道及孔隙交汇处赋存,聚合物溶液通过更强的剪切拖拽作用把这些残余油切割成许多小油滴,进而随着聚合物溶液顺利通过狭窄的喉道向前运动,以达到提高油藏采收率的目的;弱亲油岩石水驱后残余油主要以油膜形态及细孔道赋存为主,聚合物溶液以更强的剪切应力促使油膜通过桥接连通和形成油丝2种方式从颗粒表面被聚合物驱替带走。由于聚合物溶液与注入水溶液的性质存在本质差别,导致复模态的孔隙结构对聚合物溶液渗流和驱替的影响远小于水驱溶液。因此,针对2种不同润湿性的岩石,储层孔隙结构是水驱油效率的主控因素,物性和含油性的影响较小,而聚合物驱效果则与水驱后残余油饱和度具有较好的相关性,利用建立的模型可以有效地预测2个驱替阶段油藏的采收率。     

多孔介质剪切作用对聚合物溶液粘弹性及驱油效果的影响

为研究多孔介质的剪切作用对聚合物溶液粘弹性和驱油能力的影响，在渤海SZ36—1油藏条件下，通过研究模拟射孔孔眼剪切前后AP—P4和M04000这2种聚合物溶液粘弹性和驱油能力的变化后认识到：在高矿化度水质条件下，射孔孔眼处的高速剪切在一定程度上破坏了聚合物的分子链和溶液结构．导致聚合物溶液的粘弹性和提高采收率的能力降低。经过多孔介质剪切后．虽然疏水缔合聚合物溶液与高分子聚丙烯酰胺溶液粘度相当，但由于经剪切后2种溶液之间结构的差异使两者提高采收率能力显著不同。因此，在聚合物驱过程中，须考虑近井地带剪切作用对聚合物溶液性能的影响，特别是针对大排量注入的海上油田，须提高聚合物的抗剪切能力，以提高聚合物驱的效果？     

黏弹效应改善聚驱效果的数值模拟研究

根据前人实验研究成果，建立黏弹效应本构方程；以临界德博拉数法和临界黏弹流速法作为发生黏弹效应门限的判断方法，建立考虑黏弹效应的数学模型，提出了相应数值计算方法，用编制的软件，结合大庆油田聚合物驱实际，以对比计算方法研究了黏弹效应对聚合物驱油效果的影响。结果表明：聚合物驱油过程中的黏弹现象常发生于注入井与生产井的近井区域，能够起到提高采收率，降低含水率，抑制高渗层水淹的良好驱油效果。对比黏弹模型与原模型的分层吸水，产油，产油量变化，认为利用黏弹效应开发中，低渗层，可使之成为增产主力；生产井附近的黏弹效应可使中，高渗层产油能力反弹，能够提高驱油效果。图1表3参7（黎洪摘）。