黏弹性聚合物驱油藏渗流规律及试井模型探讨

实验测定了不同浓度下高分子聚丙烯酰胺溶液在岩芯和流变仪中的流变性,证实了其在多孔介质中流动时存 在“弹性”,且在中等剪切速率范围内（0.1～100.0 s−1）符合非牛顿幂律渗流模式。基于实验取得的认识,利用黏弹性本 构方程表征聚合物溶液有效黏度,建立了黏弹性聚合物驱油藏的不稳定渗流数学模型,利用有限差分方法求得数值 解,研制了相应的无因次试井图版,并对实测试井资料进行了拟合解释,探讨了弹性对聚合物驱油藏试井曲线形态的 影响。研究表明,弹性虽然会造成近井地层压力大幅上升,但几乎不改变试井曲线形态。因而,在黏弹性聚合物驱油 藏试井分析中,可以忽略弹性的影响,应用非牛顿幂律试井模型求取解释参数。     

聚合物驱渗流考虑弹性效应的理论

对聚合物溶液的粘弹效应在不稳定渗流中的影响进行初步理论研究,建立考虑聚合物弹性的渗流模型,用有限差分方法得到数值解,得到压力分布曲线,并分析了曲线的影响因素.     

N-苄基-N-正丁基丙烯酰胺三元共聚物与SDS的相互作用

两亲聚合物与表面活性剂在溶液中能形成聚合物/表面活性剂复合物从而引起溶液性质发生重大变化。通过自由基胶束共聚法制备疏水单体为N-苄基-N-正丁基丙烯酰胺(BBAM)的三元共聚两亲聚合物P(AM-NaA-BBAM),并采用FT-IR进行结构表征。采用荧光探针法、黏度法、流变法研究P(AM-NaA-BBAM)与十二烷基磺酸钠(SDS)的相互作用,分析二者的相互作用机制。结果表明:SDS质量浓度较低时,P(AM-NaA-BBAM)与SDS通过形成混合胶束提高P(AM-NaA-BBAM)/SDS混合体系中疏水基团的缔合强度以及混合溶液的表观黏度和弹性;SDS质量浓度较高时,部分疏水基团单独增溶于表面活性剂胶束中从而破坏溶液的空间网络结构,疏水基团的缔合强度降低,混合溶液表观黏度及弹性降低。     

基于多孔介质中聚合物弹性的相渗曲线研究

聚驱相对渗透率曲线对进一步认识聚合物驱的渗流规律具有重要意义,但现有研究并未充分考虑聚合物在多孔介质中的弹性,因此对传统计算方法的聚合物弹性进行修正。设计了一种弹性恢复实验,测定消除弹性后的纯黏压差,来计算聚合物在岩芯中的弹性黏度。将聚合物的弹性以弹性黏度的形式引入相对渗透率曲线的计算。结果表明不考虑弹性黏度,计算的水相相对渗透率偏小。测定了不同分子量和不同浓度聚合物的相对渗透率曲线。结果表明分子量越大,弹性黏度越大;浓度越高,弹性黏度越大。弹性黏度的增大会使油相相对渗透率增大,水相相对渗透率降低,残余油饱和度也随之降低。另外,此方法与传统J.B.N.方法相比,计算的相对渗透率曲线不受到流速的影响,计算结果更加可靠。     

S~2-对聚合物黏度的影响

通过分析油田采出污水中聚合物黏度的变化,考察S2-对聚合物黏度的影响;根据S2-对聚合物降黏作用前后红外、核磁数据,探讨S2-降低聚合物黏度的机制。结果表明:随着油田污水中S2-质量浓度增加,聚合物黏度下降,6mg/L的S2-能使1.7 g/L聚合物溶液黏度降到10 mPa.s以下;含S2-的模拟污水配置的聚合物在波数3 100 cm-1和化学位移为6.00时产生了C=C键峰,溶液中产生了带有双键的新物质;在降黏过程中发生了自由基链式反应,使聚合物长链断裂成小分子物质;可通过抑制自由基的产生来保持聚合物的黏度。     

高浓度聚合物驱所用聚合物性能研究

针对喇嘛甸油田高浓度聚合物驱所用聚合物,利用PHYSICA MCR300型流变仪研究了其浓度、分子量及矿化度对溶液流变性和黏弹性的影响。结果表明:在一定范围内,聚合物溶液的表观黏度随着剪切速率的增加而降低,表现出假塑性流体的特性。聚合物浓度、分子量增大时,溶液的表观黏度、储存模量和损耗模量均增大;相应的储存模量和损耗模量曲线都有一个交点。所对应的角频率随聚合物浓度、分子量增大而减小。水质对聚合物溶液性能有较大影响。随着矿化度的增大,溶液的表观黏度、储存模量和损耗模量均减小,储存模量和损耗模量曲线的交点所对应的角频率增大。     

聚合物与弹性微球二元复合段塞调剖效果研究

采用填砂管岩心流动实验,通过在模拟油层渗透率情况下测定一定浓度聚合物溶液、微球悬浮溶液、聚合物与弹性微球复合体系在岩心中调剖时的阻力系数变化过程,探究聚合物与弹性微球二元复合段塞的调剖效果。结果表明,弹性微球在注入过程中阻力系数呈波动式上升,具有很高的残余阻力系数,其调剖效果好于聚合物。聚合物/弹性微球二元复合段塞中,聚合物主要起到增加黏度的作用,携带微球溶液进入地层。微球溶液起到深部调剖的主导作用。实验得出聚合物(浓度500 mg/L)/弹性微球(浓度1 000～2 000 mg/L)的复合段塞调剖能够发挥较好的封堵效果。     

两类聚合物溶液黏度在岩心渗流方向上的分布研究

为更清晰地认识聚合物溶液在油藏深部黏度的作用,以胜利孤东七区油藏非均质强、储层结构疏松为条件,开展了各种长度下岩心聚合物溶液渗流实验。在岩心出口端取采出液,研究两类聚合物溶液在近井和油藏深部黏度分布特性。结果表明:相同注入速度下,质量浓度为1 500 mg/L的聚合物HJ、B4以及DH5溶液黏度保留率分别为0.817,0.815,0.335,要高于质量浓度为1 800 mg/L的值;相同浓度的聚合物溶液,注入速度越高,黏度略微下降,变化并不明显;部分水解聚丙烯酰胺聚合物HJ和B4在油藏深部(20%～80%)黏度保留率分别为0.642,0.443,比相同质量浓度DH5略高。     

低渗透储层纳微米聚合物颗粒分散体系调驱多相渗流理论

采用岩心驱替装置进行渗流规律实验,建立反映纳微米聚合物颗粒水化膨胀、渗流阻力变化、堵塞、相对渗透率变化、颗粒沉淀破碎、残余阻力系数和黏度特性等的渗流特性方程,并建立反映纳微米聚合物颗粒分散体系调驱过程中水、油和纳微米聚合物颗粒之间相互作用与传输,质量的相互转换作用等特点的调驱渗流数学模型。研究结果表明:纳微米聚合物颗粒分散体系单相流动时非达西渗流特征明显,具有启动压力梯度;注入段塞体积、颗粒浓度以及颗粒粒径对驱油效果均有较大的影响,在低渗透高含水油田进行纳微米聚合物颗粒分散体系调驱是可行的,通过优化驱油方案,合理实施,能够取得较好的增油降水效果。     

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...     

聚合物老化降解的组分模型建立与应用

 聚合物老化降解是影响油藏中聚合物驱效果的重要因素.聚合老化降解表观上是其特征黏度和黏度降低的过程,实质是聚合物分子量断裂引起的大分子向小分子降解的过程,聚合物降解过程中分子量分布发生变化,但其总质量浓度不变.假设聚合物由多个不同分子量的纯组分构成,建立的多组分模型可以描述聚合物老化降解过程中各组分质量浓度变化的过程.基于组分模型的构建思想,将多组分模型进行简化处理,构建了聚合物降解的两组分模型.假设聚合物老化降解发生在两组分之间,平均分子量较大的高组分聚合物向分子量较小的低组分聚合物降解.通过拟合具体的实验数据得到两组分模型的两个参数:低组分聚合物特征黏度和降解系数,进而通过两组分模型描述聚合物降解过程中特征黏度的变化过程,再结合特征黏度与黏度的半经验公式表征聚合物降解过程中黏度的变化.相对于多组分模型,两组分模型的参数更易获取,也不失对聚合物降解机制的体现,可以通过两组分模型描述聚合物的老化降解过程.     

疏水缔合聚合物溶液的临界缔合浓度

为了从本质上说明缔合聚合物溶液的临界缔合浓度和其增黏机理,开展了缔合聚合物荧光光谱实验和在不同水质中的增黏性实验.结果表明:在缔合聚合物溶液中存在着两个临界缔合浓度(CAC1和CAC2),在黏浓关系研究中的临界缔合浓度是指第二临界缔合浓度(CAC2);缔合聚合物在人造淡水中的临界缔合浓度(800mg/L)远低于蒸馏水中的临界缔合浓度(2500mg/L);缔合聚合物在人造淡水中的黏度远高于其在蒸馏水中的黏度,说明缔合聚合物溶液具有较好的抗盐性;在蒸馏水中,MO4000溶液的黏度总比缔合聚合物溶液的黏度高,而在人造淡水中,缔合聚合物溶液的黏度却比MO4000溶液的高;在整个浓度范围内,聚合物MO4000在蒸馏水中的黏度总比在人造淡水中的黏度高,说明MO4000溶液的抗盐性差.     

还原性物质对低浓度PHPAM溶液性能的影响

针对聚合物驱油体系中聚合物黏度损失严重的问题,研究了对苯二酚、三乙胺、亚铁离子、硫离子以及硫酸盐还原菌等还原性物质对低浓度PHPAM溶液黏度的影响。结果表明,除低浓度的三乙胺可以使PHPAM溶液黏度上升之外,其余物质都能在短时间内使PHPAM稀溶液降解,溶液黏度迅速下降。对于对苯二酚、三乙胺、亚铁离子、硫离子以及硫酸盐还原菌等还原性物质对低浓度PHPAM溶液的降解机理给出解释,其研究结果将为油田聚合物采油技术提供了理论和技术支持。     

孔隙介质对HPAM交联性能的影响

聚合物溶液在通过孔隙介质时产生的剪切降解作用与流速有关,流速越大,剪切降解越严重。流经孔隙介质后的聚合物溶液的阻力系数和残余阻力系数明显低于原始聚合物溶液,交联效果也明显差于原始聚合物,产生弱交联需要更高的聚合物浓度和交联剂浓度。因此在室内评价调剖剂性能时,应考察在一定流速下流经孔隙介质后的聚合物的交联情况。同时也说明,聚合物驱产出液中的聚合物在一定条件下可以通过弱交联技术实现增粘回注。     

用于提高油田采收率的聚合物降解与防护

聚合物驱油是目前工业化应用程度最高的提高采收率三次采油方法，注入溶液的性能指标直接影响聚合物的增油效果，聚合物溶液的降解和防护已引起石油科技工作者的广泛关注。通过大量的室内实验和现场试验对聚合物驱油可能引起的机械降解、化学降解和生物降解进行了详细分析，对如何做好聚合物溶液降解的防护提出了可操作性的措施，在胜利油田应用后取得了预期的聚合物粘度保护效果，这对我国高含水油田聚合物驱油的广泛推广应用具有重要的现实意义。     

高浓度PAN/DMSO原液粘度特性及纺丝工艺性的研究

在研究了聚丙烯腈／二甲基亚砜纺丝溶液粘度特性的基础上,初步探讨了纺丝液中ＰＡＮ的质量分数与纤维的可牵伸性及致密性的关系。     

聚合物不熟化配注工艺可行性试验研究

为了简化聚合物配注工艺、降低地面投资、提高聚合物溶液的有效黏度,开展了聚合物不熟化配注工艺的可行性试验研究。试验结果表明,不熟化的聚合物溶液,聚合物分子呈溶涨卷曲状态,能大幅度减少机械降解和生物降解的影响,有效提高聚合物溶液的黏度。不熟化的聚合物溶液,到达注聚井井底时,形成了完全溶解的均匀溶液,能够满足注聚需要。采用聚合物不熟化配注工艺,可以大幅度降低地面基建投资,节省大量的人力和物力。     

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。     

聚合物驱采油污水增黏稳黏剂SC的研制

针对影响污水聚合物溶液初始黏度和稳定性的主要因素,从消除或降低其对聚合物溶液影响的角度,研制开发出了既能较大幅度提高聚合物溶液初始黏度又能使黏度保持相对稳定的采油污水增黏稳黏剂SC.孤东油田采油污水经SC处理后配成1500mg/L聚合物溶液,初始黏度提高38%以上,略高于清水配母液污水稀释聚合物溶液,40d后的黏度比污水、清水聚合物溶液分别高出85.9%和61.2%.SC处理采油污水后可以代替清水配制聚合物溶液.