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。     

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.     

粘弹性流体驱替残余油微观力计算

为进一步探索聚合物的弹性对残余油的驱替机理,选取上随体Maxwell本构方程,建立粘弹性流体在微孔道中的流动方程。在应力张量理论基础上,计算作用在残余油膜上的水平偏应力差。分析、对比不同流变性流体、油膜宽度及压力梯度对作用在残余油膜上的水平偏应力差的影响。结果表明:在油田生产实际平均压力梯度为0.02 MPa/m的情况下,水、幂律流体(n=0.6)、粘弹性流体(We=0.3)三者作用于残余油膜上的水平偏应力差的比值约为1:10:25,即粘弹性流体(We=0.3)驱油时对油膜的驱动力大约是水驱的25倍。进一步从理论上证明了粘弹性流体能够提高微观驱油效率这一结论。     

黏弹性流体驱替微孔道中残余油滴的水动力学机制

选取上随体Maxwell本构方程建立黏弹性流体在微孔道中的流动方程,运用控制体积法和交替方向隐式(ADI)方法得到流场的数值解,计算流动的速度场和应力场,分析不同弹性驱替液作用在残余油滴上的驱替力,以及不同弹性驱替液驱替时残余油滴的变形,从水动力学角度探索聚合物溶液所具有的弹性驱替残余油滴的水动力学机制.结果表明:与无...     

有限体积法数值模拟粘弹性聚合物溶液的扩张流动

采用UCM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.利用有限体积法对黏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.研究了黏弹性的变化对微观波及效率的影响.数值模拟结果表明,聚合物溶液的黏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;具有黏弹特性的聚合物溶液相比于纯黏性的牛顿流体更利于提高驱油效率.     

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.     

基于流变协同机制的粘弹性非牛顿流体耦合流动与传热问题研究

非牛顿流体在化工、食品、石油及生物工程等许多领域有广泛的应用。人们在非牛顿流体流变特性研究方面已经取得了很大进展,但是对于剪切流动过程中质能传递特性的研究仍然欠缺,多年来一直照搬牛顿流体情况来处理。事实上,在剪切流动中其热、质通过流体微团来输运,非牛顿流体的流变机制不同必然要影响到其质能传递特性的不同。作者基于多年非牛顿流体复杂流动与传热、传质的研究工作,提出非牛顿流体热质输运遵循流变协同机制,应该基于非牛顿流体的流变特性来构建其热质输运本构关系模型。该文以上随体导数Maxwell粘弹性非牛顿流体模型为例,考虑到Maxwell流体的松弛特性,引入Cattaneo-Christov热通量公式,原创性提出基于粘弹性流体流变协同的传热本构方程模型,并推导出基于该本构模型下的粘弹性流体边界层耦合流动与传热问题非线性偏微分方程组。引入适当相似变换及利用同伦分析方法求解得到了问题的近似解,并讨论了相关参数对于流动与传热的影响。     

聚驱后高弹性聚合物驱油方法探索

聚合物驱后仍有大量油存在于地层中,如何提高聚驱后残余油采收率显得尤为重要。从高弹性聚合物的合成与筛选、支链聚合物与普通聚合物粘弹性对比以及宏观驱替实验,对聚合物驱后高弹性聚合物驱油方法进行了探索,结果表明：（1）溶液的聚合物浓度不变,对应相同剪切速率f,支链聚合物分子量越大,体系的粘弹性越大。（2）在较低的剪切速率下,支链型聚合物具有较大的弹性模量G′。在剪切频率大于9s-1时支链聚合物（x2x）的弹性模量上升的速度大于分子量很高的普通聚合物。（3）支链聚合物在分子量较低的情况下,也能提高原油采收率,若分子量能够提高,其体系的粘弹性会更大,因而可较大幅度提高原油采收率。     

水驱油微观孔隙内流场分析

目前大多数油田进入高含水期,针对如何继续提高原油采收率这一问题,考虑了压力梯度、流道宽度、油膜高度、油水之间的界面张力、原油黏度等对流场内的速度分布、应力分布的影响。选用等温情况下广义牛顿流体本构方程,建立了水在微观孔隙空间流动的流动方程,运用Polyflow对模型进行数值计算。结果表明:压力梯度越大,油膜高度越大,油水之间界面张力越小时,驱油效率越高。     

聚合物驱垂直井筒流动和视粘度模型

与常规油井相比,聚合物驱抽油机井因其产出液粘度明显增大导致抽油杆受力状况变差,杆管偏磨现象严重.通过实验对聚合物产出液的流变特性进行了研究.考虑油井举升过程,利用幂律模式绘制了幂律指数与稠度系数随聚合物浓度、温度变化的关系图版.以非牛顿流体流变学理论和人工举升理论为基础,按照不同的流动规律,给出了从地层到井口聚合物驱垂直井筒流动的运动方程及其边界条件,并对方程进行求解得到了视粘度模型.应用结果表明,该模型能够提高设计结果的误差精度,为聚合物驱抽油机井的优化设计提供理论指导.     

黏弹性聚合物驱剩余油饱和度预测的φ函数法

石炭系断裂十分发育,断裂样式有逆冲、背冲、对冲断裂类型,断裂平面分布具有明显的分区定向性,断裂主要沿NE—SW向、NWW—NEE向、NEE—SWW向、NW—SE向、近EW向5个方向展布。断裂发育时期特征明显, 各期构造运动对石炭系断裂发育及分布的影响程度有较大差别。现今石炭系断裂应是多期构造运动叠加的产物,在地震剖面上通过分析断裂及其相邻地层所具有的反射特征的差别,根据断裂上下地层的变形特征、厚度变化和断裂切割地层年代的差异来判别断裂发育的时期和持续的时段,将石炭系断裂按发育时期进行分离,再现各个主要构造运动期石炭系断裂的平面分布特征。盆地石炭系断裂按主要发育时期可分为海西期断裂、印支期断裂和燕山期—喜马拉雅期断裂。海西期断裂是石炭系发育的主要断裂,海西期发育的断裂多数在后期又继续活动,仅在海西期发育而后期不再活动的石炭系断裂主要分布在盆地腹部地区;印支期发育而后期不再活动的石炭系断裂主要分布在盆地东北缘地区;仅在燕山期—喜马拉雅期发育的石炭系断裂主要分布在盆地东部地区。     

应力偶对滑动轴承热流体动力学特性的影响

研究了应力偶对有限长滑动轴承热流体动力特性的影响。推出了基于应力偶流体模型的油膜能量方程 ,并与应力偶流体的 Reynolds方程、轴瓦热传导方程一起联立数值求解 ,得到油膜的压力分布 ,油膜及轴瓦的温度分布 ,比较了 Newton流体和应力偶流体对轴承压力分布、温度分布及轴承承载力所产生的不同影响。结果表明 :应力偶流体在明显增大油膜压力的同时 ,也使轴承最大温度略有升高     

化学驱微观机理及体系优选实验研究*

通过微观仿真刻蚀模型,结合河南油田某区块的孔隙结构,在水驱基础上进行表活剂驱、聚合物驱、聚合物/表活剂二元驱。分析研究了每种驱替体系对水驱产生的盲端、膜状、吸附、簇(柱)状、孤岛状的启动机理,同时量化三种化学体系对各类剩余油在模型中的驱替效率。实验结果表明,盲端剩余油适合高黏聚合物体系,针对不同形状盲端不同界面张力的体系作用效果不同;孤岛状剩余油适合高黏体系,界面张力对其影响不大;吸附状剩余油适合聚合物体系的黏度为(10~20)m Pa·s,且降低体系界面张力有利于启动此类型残余油,但在模型中多会形成此类残余油;膜状剩余油在低黏度聚合物体系下即可以很好启动,适宜体系界面张力数量级在10-1~10-2之间;化学驱启动剩余油,后续油启动运移过程中易形成小径簇状油,其含量在剩余油中占的饱和度较大。     

氯化聚丙烯甲苯溶液粘度随浓度的变化关系

为配合氯化聚丙烯作为聚烯烃树脂涂饰用的底漆研究,通过用旋转粘度计测剪切应力和剪切速率的关系,发现氯化聚丙烯及其马来酸酐接枝物在接枝率小于2.2%、浓度小于10%时的甲苯溶液属于牛顿型流体.用旋转粘度计和乌氏粘度计测得的粘度数据可以用比浓粘度二级维里方程式统一描述,在氯化聚丙烯-醇酸树脂-石油树脂-甲苯体系中,溶液的粘度也可以用氯化聚丙烯质量分数的二级多项式拟合,从而得到了氯化聚丙烯甲苯溶液多元体系粘度随浓度的变化关系.     

液黏传动双圆弧油槽摩擦副油膜剪切转矩研究

双圆弧油槽摩擦副广泛应用于液黏传动,为了研究油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响,对摩擦副间流体的流动特性进行数值模拟,得到了油膜剪切转矩.建立了集流场参数化建模(CAD)、数值模拟(CFX)、试验设计方法(DOE)及响应曲面法(RSM)为一体的油槽参数影响分析平台,分析了油槽深度、油槽宽度和油槽数目对油膜剪切转矩的影响并建立了近似响应曲面模型.搭建转矩性能试验台进行试验验证,结果表明:油膜剪切转矩随着油槽深度、宽度和数目的增大均减小,而油槽宽度对转矩的影响最大,油槽深度影响次之,油槽数目影响最小.通过理论和试验研究,应用CFX数值模拟和建立摩擦副油槽参数影响分析平台实现了CAD、CFX、DOE及RSM等技术的高度融合,可以准确地分析摩擦副油槽参数对油膜剪切转矩的影响.     

重载点接触热弹性流体动力润滑问题的数值解

本文基于修正的赫芝压力分布,取得了重载点接触热弹流(TEHL)问题的数值解,得到了温度分布、油膜厚度和摩擦拖曳力.润滑剂的粘度与压力、温度之间的关系由茹兰兹公式确定,摩擦拖曳力的计算,分别采用了热牛顿模型和恩瑞模型.本文的结果同Bruggemann等人的计算和实验结果进行了比较,取得了较好的一致性.计算结果表明:滑动速度、载荷对接触区内的油膜温升影响很大;在滑动速度较大时,热解的油膜厚度大大低于等温油膜厚度;采用恩瑞(Eyring)模型计算摩擦拖曳力较为理想.     

聚合物对孤岛沥青质模拟油/水界面性质的影响

用挂片法和双锥摆法测定了聚合物溶液/沥青质模拟油体系的界面张力和界面剪切粘度,并对聚合物浓度对其的影响进行了分析。结果表明,聚合物使沥青质模拟油/模拟水体系的界面张力增加,聚合物的存在会影响沥青质在界面处的吸附速度和吸附量,导致沥青质界面膜强度降低。聚合物浓度较低时,聚合物溶液/沥青质模拟油体系的界面剪切粘度低于模拟水/沥青质模拟油体系的界面剪切粘度,聚合物浓度较高时则相反。     

一种用于处理宾汉非牛顿稠油渗流的热采模型

温度对稠油流变性有一定的影响,且存在某一临界温度Ｔｃｒ．当温度高于Ｔｃｒ时,稠油可以视为牛顿流体;当温度低于Ｔｃｒ时,为非牛顿流体,并存在一个初始剪切应力,可以用宾汉型本构方程来描述。根据宾汉流体的渗流方程,建立了新的热采数值模型,该模型中考虑了稠油在低于临界温度时呈现为宾汉流体的特性。采用粘度校正法和系数校正法对采油参数进行了计算,并引入了初始压力梯度项。为了测试这两种方法的优劣,对新疆风城某采油方案进行了试算。试算结果表明,后一种方法在模拟精度、计算速度和计算稳定性方面比前一种方法更好。对曙１７５油藏进行的实例分析结果表明,数值模型模拟的渗流情况符合稠油地下渗流的实际情况,可用于实际的热力采油计算。