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.     

计算聚合物驱相对渗透率的新方法

根据聚合物溶液在多孔介质中的流变性，提出了计算聚合物溶液驱相对渗透率的新方法，通过实例说明了该方法的正确性，同时证实了聚合物驱提高采收享的机理在于提高了非均质油藏的波及体积，而并非减小了最终残余油饱和度。     

计算聚合物驱相对渗透率的新方法

根据聚合物溶液在多孔介质中的流变性，提出了计算聚合物溶液驱相对渗透率的新方法，通过实例说明了该方法的正确性，同时证实了聚合物驱提高采收率的机理在于提高了非均质油藏的波及体积，而并非减小了最终残余油饱和度。     

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。     

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。     

聚合物/甜菜碱表面活性剂提高水驱后残余油采收率研究

利用不加碱可形成超低界面张力的甜菜碱表面活性剂／聚丙烯酰胺二元复合体系，通过流变性实验，分析了甜菜碱表面活性剂对聚合物／表面活性剂二元复合体系流变性的影响；通过可视化的微观驱油实验和人造岩心驱油实验，分析了聚合物／表面活性剂二元体系的粘弹性和界面张力对采收率的影响，研究了该二元复合体系对水驱后残余油的作用机理。结果表明，实验用的两性表面活性剂体系与油可以达到超低界面张力，表面活性剂体系对无碱二元体系的粘弹性影响非常小。在驱替水驱残余油过程中，形成超低界面张力的甜菜碱表面活性剂／聚丙烯酰胺二元复合体系可以同时发挥活性剂的超低界面张力作用和聚合物溶液的粘弹性作用，使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，并且该二元体系的粘弹性越大，采收率越高。界面张力由10^-2mN／m降至10^-3mN／m时的最终采收率均高于界面张力为10^-2mN／m时增加聚合物溶液的质量浓度和相对分子质量两种情况下的最终采收率。     

ASP三元复合体系驱油微观机理研究

为了深入研究碱/表面活性剂，聚合物三元复合体系的微观驱油机理，利用平板夹砂模型和微观仿真模型，通过显微观察和录像的手段，直接观测流体在孔隙介质内的流动形态以及驱替过程中发生的现象。试验发现：三元复合驱具有很强的洗油能力，无论亲水介质还是亲油介质，三元复合驱均具有很强的使残余油变形的能力，使油藏流体流动性增强。从而提高水驱开发的波及系数。     

粘弹性聚合物驱油的数学模型

为了研究粘弹性聚合物驱油规律,建立了粘弹性聚合物驱油数学模型。从弹性效应和粘性效应两个方面描述聚合物驱油机理。聚合物弹性能够降低残余油饱和度,聚合物粘性改善油水流度比,扩大波及体积。该模型能够模拟聚合物驱油具有的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、吸附等一系列物化现象。利用该模型拟合了实验室聚合物岩心驱油过程。数值模拟结果与实际岩心驱油过程基本一致,表明该模型可以进行聚合物驱油的机理研究、实际应用可行性研究、矿场方案优选和开发效果预测。     

分子膜驱提高原油采收率机理研究

分子膜驱是一种新型的纳米膜驱提高原油采收率技术。采用多种实验手段,通过大量实验研究表明,分子膜驱的驱油机理有别于传统的化学驱（聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱及其复合驱等油方法）。它是以水溶液为传递介质,膜剂分子依靠静电相互作用为成膜动力,膜剂有效分子沉积在呈负电性的岩石表面,形成纳米级超薄膜,改变了储层表面性质和与原油的相互作用状态,使得注入流体在冲刷孔隙过程中,原油易于剥落和流动而被驱替液驱替出来,达到提高采收率的目的。分子膜剂作用机理主要表现在吸附作用、润湿性改变、扩散作用、毛细管自吸作用等几个方面。     

数值模拟黏弹性聚合物溶液在突扩收缩孔道中的流动特征

三次采油技术的实践表明,聚合物驱技术既能扩大波及系数,又能提高驱油效率.为了从理论上清楚地认识黏弹性聚合物溶液的微观渗流特征,提出了用同位有限体积法对黏弹性聚合物溶液在简化油藏微观孔道模型中的流动特征进行数值模拟,建立了黏弹性聚合物溶液在突扩收缩流道内流动的数学模型,利用有限体积方法对数学模型进行离散求解,得到了流函数...     

Cr~(3+)聚合物凝胶成胶效果及其影响因素

高质量浓度聚合物具有较强的黏弹性,但应用中有时会出现聚合物分子聚集体尺寸与油藏岩石孔隙配伍性较差的问题。针对大庆油田储层地质特征和流体性质,通过岩心流动性实验和驱油实验,以渗流特性为评价指标,利用正交试验优选出分子内交联聚合物凝胶体系后,研究凝胶体系黏弹性和驱油效率。结果表明:调节聚合物质量浓度、配制水矿化度、w(聚/Cr3+)可获得分子聚集体尺寸较小且阻力系数和残余阻力系数较高的分子内交联聚合物凝胶体系。聚合物溶液发生分子内交联后,一方面聚合物分子线团传输运移能力增强,且刚性增强,通过岩心孔隙时形变能力减弱,滞留能力增强,可有效提升注入压力,扩大波及体积;另一方面体系黏弹性和第一法向应力差均增大,洗油效率提高,二者综合作用表现出较高的驱油效率。     

低界面张力黏弹流体驱油效果评价及微观驱油机理

特低渗油藏储层物性差、层间非均质性强,注水开发过程中普遍存在含水率上升快,产量递减严重等问题,为进一步改善特低渗透油藏水驱开发效果,开展了低界面张力黏弹流体驱油研究。采用岩心驱油实验评价低界面张力黏弹流体驱油效果,并利用微观可视模拟技术研究低界面张力黏弹流体微观驱油机理。结果表明,岩心单管和双管驱油实验水驱结束,转注低界面张力黏弹流体后,采收率分别提高了7.47%、23.14%;低界面张力黏弹流体的注入可对驱油剖面进行有效调整,增加原油动用程度;水驱后剩余油主要以簇状、孤岛状、膜状、盲端状以及柱状5种形式存在,簇状剩余油所在比例最大;低界面张力黏弹流体可通过增黏、屏蔽暂堵、乳化以及岩石表面润湿性改变等多种作用机制协同,将水驱后剩余油以“塞流式”或乳化分散形成小油滴被夹带渗流运移产出,具有较好的流度控制和洗油能力,在特低渗油藏开发中具有优异的潜在应用前景。     

变形介质中粘弹性稠油驱替特征

通过建立变形介质中考虑弛张特性的一维两相粘弹性稠油驱替的数学模型 ,并进行数值求解 ,分析了地层变形以及弛张特性对水驱稠油的影响 .分析表明 :介质变形对含水饱和度的分布没有影响 ,而对地层压力的影响是非常显著的 ,随着变形介质弹性的增加 ,地层压力越来越低 ,并且越靠近注入端 ,地层压力下降越快 ;原油的弛张特性同时影响含水饱和度和地层压力的分布 ,在其它条件一定时 ,随着弛张时间的增加 ,含水饱和度越来越低 ,地层压力越来越高 .在油田开发实际中 ,应考虑地层变形和原油弛张特性的影响 ,以提高原油采收率     

多种驱替方式后储层物性及剩余油变化规律研究——以GD油田中一区Ng3单元11-检11井区为例

目前GD油田中一区Ng3单元11-检11井区经历了水驱、聚合物驱、后续水驱及非均相复合驱等多种驱替方式开发。探索多种驱替方式后的储层物性及剩余油分布变化规律对高含水期油藏进一步挖潜,特别是GD油田中一区Ng3单元的进一步稳产、增产具有重要意义。以中一区Ng3单元中11-检11井区为研究对象,综合利用密闭取芯井及开发动态资料,对注水、注聚及非均相复合驱等多种驱替方式后的油藏物性变化规律及剩余油分布进行了研究。结果表明,与聚合物驱前相比,聚合物驱后的储层非均质性得到了一定改善;对正韵律储层,聚合物驱后底部层位储层非均质性在聚合物驱后进一步增强,而其他部分层位的储层非均质性减弱;对于复合正韵律储层,分段水洗明显,各韵律段中下部水洗较强,各韵律段上部水洗弱、剩余油富集。非均相复合驱前后的储层孔隙度分布变化差异小,但非均相复合驱后储层的非均质性变强。该研究对GD油田中一区及类似油藏的开发具有重要意义。     

聚合物黏弹性提高驱油效率研究

通过室内物理模拟实验,在弱亲油人造物理模型上研究第一法向应力差N1(弹性)、第一法向应力差斜率SN1(弹性)和威森博格数We(弹性)对驱油效率和残余油饱和度的影响。在弱亲油的人造物理模型上研究相同黏度条件下甘油与聚丙烯酰胺(HPAM)的驱油效率,在此基础上,在大庆油田开展两个高浓度聚合物矿场试验。结果表明:随着第一法向应力差、第一法向应力差斜率和威森博格数的增加,驱油效率增加,残余油饱和度降低;具有弹性的聚合物溶液,驱油效率明显高于相同黏度下的甘油;高浓度聚合物所具有的高黏弹性使采收率有较大幅度提高。     

离子匹配精细水驱提高采收率机理研究

水驱是油田开发的主要技术,但常规水驱只是通过向地层补充能量的方式提高采收率,而离子匹配水驱技术则是基于油藏介质中固液微界面作用强的特点,通过对注入水离子类型和强度的精确离子匹配实现剥离残余油膜提高驱油效率。以西峰油田为例,结合室内驱油实验、Zeta电位测量、原子力显微分析和界面作用力数值计算等方法,系统研究了离子匹配精细水驱技术提高低渗油藏采收率的主控因素。结果表明,随着注入水离子类型的调整和离子浓度的改变,在二次采油和在三次采油模式下,离子匹配精细水驱分别比模拟地层水驱提高采出程度15.6和9.8个百分点。其中,界面的Zeta电位和分离压的大小与离子匹配精细水的离子类型关系密切。相同离子浓度情况下,数值计算与原子力显微分析实验所得结果均表明,Na⁺比Ca²⁺和Mg²⁺的分离压高,从而表现出了更有利于从岩石表面剥离油膜的能力;同时,随着注入水离子浓度的降低,盐水原油岩石界面的Zeta电位负值和分离压均呈增大的趋势,油和岩石表面之间的斥力增大,致使残余油更容易从岩石表面剥落,离子匹配精细水驱有助于提高水驱油藏的开发效果。