油藏中分散非连续残余油膜的驱替机理分析

水驱后的残余油膜将贴于孔隙壁面，为壁面边界层流体，处于三相界面的包围和共同作用下。目前的调研结果显示，油膜的组成及力学特性沿孔壁方向上是变化的。在化学驱过程中油膜不仅受到驱油剂的驱替作用。还受驱油剂／油界面张力、油／固体界面张力及驱油剂／固体界面张力的阻碍作用。由于油膜组成、力学特性及相间作用的复杂性．以往对油膜驱替机理的研究都是从微观实验的角度对现象作观察和定性解释。本文根据水驱后残余油膜在油藏孔隙中存在的特点，提出了油膜驱替的简化模型。基于油膜驱替的微观实验，采用数值方法从定量的角度分别计算了不同黏弹性驱油剂在不同的驱油剂／原油界面张力作用下对残余油膜的驱替效率。考察了驱油剂的流变性、驱油剂／油界面张力、驱替速度等因素对驱替不同厚度油膜的影响规律。进一步探讨了驱油剂／原油界面特性和流变性在驱替残余油中的综合作用。研究结果表明，驱油剂对油膜的驱替始于驱油剂／油界面，要同时克服驱油剂／油界面约束力和油膜的屈服应力。降低界面张力、增强驱油剂的黏弹性、增加驱替速度，有利于提高驱替残余油膜的驱替效率。适当增加驱油刑的黏弹性可以放宽驱替薄油膜时对超低界面张力的要求。图13参9。     

非均质油藏聚合物驱提高采收率机理再认识

以大庆、大港、长庆等油田的储集层岩石和流体为模拟对象,探讨了非均质油藏聚合物驱提高采收率的机理和技术途径,通过对比“等黏度”和“等浓度”条件下普通聚合物溶液、甘油、“片-网”结构聚合物溶液和非均相弱凝胶等的驱油效果,论证了聚合物类驱油剂黏度与驱油效果间的关系,提出了改善聚合物驱效果的方法。研究表明,聚合物在多孔介质内因滞留作用进而扩大注入水波及体积是聚合物驱提高采收率主要机理,而聚合物类驱油剂黏度与驱油效果不存在正相关性,具有“片-网”结构的聚合物虽然增黏能力较强,但与储集层岩石孔喉结构的配伍性较差,其可注入性和抗剪切性较差;非均相弱凝胶体系在多孔介质内具有较强的吸附、捕集作用,容易在储集层岩石孔隙内滞留,在高渗透层(区域)能够建立有效的渗流阻力,与具有“等黏度”或“等浓度”的聚合物溶液相比,扩大波及体积能力更强;长时间注入聚合物类驱油剂,势必会导致吸液剖面反转,大大降低聚合物驱开发效果,采用“高滞留”与“低滞留或不滞留”驱油剂交替注入,可进一步改善聚合物类驱油剂驱油效果。     

聚合物溶液的流变性及其在多孔介质流动中的应用

为了提高非均质油藏的采收率,近年来国内广泛开展了聚合物驱油的矿场试验,取得了明显的增油降水效果。聚合物溶液是非牛顿流体,即视粘度是流动过程的函数。现有的油藏工程计算,都是建立在牛顿流体为基础的水驱油之上,因此研究聚合物溶液的流变性及其在多孔介质流动中的应用,是正确进行聚合物驱油藏工程计算与分析、并指导矿场试验的前提和基础。     

非均质油藏聚合物驱提高采收率机理再认识

以大庆、大港、长庆等油田的储集层岩石和流体为模拟对象,探讨了非均质油藏聚合物驱提高采收率的机理和技术途径,通过对比"等黏度"和"等浓度"条件下普通聚合物溶液、甘油、"片-网"结构聚合物溶液和非均相弱凝胶等的驱油效果,论证了聚合物类驱油剂黏度与驱油效果间的关系,提出了改善聚合物驱效果的方法。研究表明,聚合物在多孔介质内因滞留作用进而扩大注入水波及体积是聚合物驱提高采收率主要机理,而聚合物类驱油剂黏度与驱油效果不存在正相关性,具有"片-网"结构的聚合物虽然增黏能力较强,但与储集层岩石孔喉结构的配伍性较差,其可注入性和抗剪切性较差;非均相弱凝胶体系在多孔介质内具有较强的吸附、捕集作用,容易在储集层岩石孔隙内滞留,在高渗透层(区域)能够建立有效的渗流阻力,与具有"等黏度"或"等浓度"的聚合物溶液相比,扩大波及体积能力更强;长时间注入聚合物类驱油剂,势必会导致吸液剖面反转,大大降低聚合物驱开发效果,采用"高滞留"与"低滞留或不滞留"驱油剂交替注入,可进一步改善聚合物类驱油剂驱油效果。图5表4参29     

亲油岩石壁面残余油膜的微观驱替机理

以亲油岩石孔壁上2类残余油膜为例，从理论上研究了粘弹性驱油剂驱替油膜的微观机理。根据对壁面油膜组成及分布特征的分析，采用变参数修正的宾汉模型描述其流变性；考虑油／水相界面物理化学特性和力学平衡关系，建立了驱替壁面油膜的数学模型。对这类界面化学与力学耦合问题进行了探索性的简化理论分析和数值计算。研究结果表明，在所考察的驱替条件下，分散油膜的驱替效率与驱油剂的流变性、油水界面张力、驱替速度、油膜厚度、孔隙尺度及油膜存在方式等因素有关。在同等原油性质条件下，油膜越薄，越难被驱替；界面张力越低，驱油剂的粘弹性越大，驱替速度越大，越有利于油膜的驱替。     

非均相复合驱油体系设计与性能评价

为进一步提高聚驱后油藏采收率,针对聚驱后油藏非均质性强、剩余油普遍分布的特点,提出了非均相复合驱油体系。非均相复合驱油体系包括黏弹性颗粒驱油剂（PPG）、表面活性剂和聚合物。通过研究黏弹性颗粒驱油剂的溶胀能力、黏弹性、滤过能力和在岩心中运移性能,及其与表面活性剂、聚合物之间相互作用,得到了适合于胜利高温高盐油藏和聚合物驱后油藏的非均相复合驱油体系1000 mg/L PPG＋1000 mg/L聚合物＋0.3％胜利石油磺酸盐＋0.1％非离子表面活性剂1709。结果表明,PPG可遇水溶胀,耐盐性能好,在油藏中具有封堵和运移性能,较单一聚合物能够更好地提高波及体积。在含水98％条件下注入0.3倍孔隙体积的非均相复合驱油体系,聚合物驱后提高采收率13.6%(OOIP)。该体系可应用于高温高盐油藏或聚合物驱后油藏大幅度提高采收率。     

稠油油藏有机铬交联聚合物调驱实验研究

从海上油田开发实际需求出发,针对南堡35-2油田储层非均质特征、储层物性和流体性质特点,利用室内实验方法,对以有机铬为交联剂的交联聚合物溶液的成胶性能、流动能力、粘弹性进行了测定,对交联聚合物溶液的封堵和驱油效果进行了评价。结果表明,有机铬交联聚合物溶液能够在南堡35-2油田地质条件下形成"分子内"交联体系,注入油藏后可达到增大孔隙流动阻力、增加注入压力的作用;注入时机、交联聚合物注入量、聚合物浓度、原油粘度和物理模型等参数将影响封堵和驱油效果。     

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。     

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。     

用于锦州9-3油田驱油技术的聚合物评价

聚合物驱油技术适用于非均质的中质和较重质油藏,与其他提高采收率技术比较起来相对简单,更符合海上油田安全环保要求。根据渤海锦州9-3油田油藏特性和聚合物结构性能,结合海上平台特点,研制出具有高效增黏、较好的抗剪切性、良好流动性和驱油效果的高抗盐聚合物3640D。该聚合物首次用于海上油田单井聚合物驱先导试验见到了显著的增油降水效果,正在进行中的井组聚合物驱试验也已初步显示出增产效果,表明聚合物3640D作为锦州9-3油田的驱油剂在技术上是可行的,在海上类似油田的聚合物驱技术中具有广阔的应用前景。     

驱油剂在孔喉中的微观流动和宏观渗流特性

驱油剂控制流度比以及其改善吸水剖面的能力主要取决于其在油藏中的实际渗流特性.通过数值计算和实验方法研究了牛顿型、幂律型和粘弹型3类驱油剂在单个孔喉中的流动规律,并在此基础上探讨了驱油剂在非均匀并联孔喉模型中的渗流特性.分别给出了牛顿型、幂律型和粘弹型驱油剂在孔喉中的流动方程.孔喉模型中的压力分布表明,粘弹型驱油剂在孔隙变截面处的拉伸流动中存在储能过程,具有较高的局部阻力和渗流阻力;牛顿型和幂律型驱油剂在拉伸流动中无储能过程,局部阻力和渗流阻力相对较低.在宏观上,驱油剂在非均匀并联孔喉模型中的分流率显示,当油藏层间非均质性较弱时,粘弹型驱油剂比幂律型驱油剂更易于流入中、低渗透层;当油藏层间非均质性较强时,增加驱油剂的粘弹性对液流转向中、低渗透层的影响不明显.     

幂律流体在岩心中流变性测定的公式推导与应用

随着化学驱油的室内试验和矿场试验的不断发展,有必要研究化学剂溶液在多孔介质中的流变性。推导了在岩心中测定幕律流体的流变性公式,并就公式作了定性分析:认为幂律流体的剪切速率和剪切应力与渗流速度、多孔介质的性质有关;剪切速率与流体性质有关,剪切应力与流体的流变指数无关。同时阐述了应用此公式计算流变性的计算过程及其在岩心驱替试验中的具体应用。鉴于幂律流体在多孔介质中还要受拉伸应力的影响,同时还要发生吸附、滞留等现象,用该方法得到的渗流规律具有一定的局限性。     

An Experimental Investigation of Silica Nanoparticles Effect on the Rheological Behavior of Polyacrylamide Solution to Enhance Heavy Oil Recovery

The use of polymer flooding as one of enhanced oil recovery methods has recently increased. The occurrence of high shear rates in reservoir and near well bore through perforation nozzles during polymer flooding cause shear degradation of polymers and therefore polymer viscosity has decreased. Rheological behavior of polymer solution in different conditions of oil reservoir is one of the key factors to develop use of polymer solutions. A few researches are available regarding improving rheological behavior of polymeric solution. In this study, to investigate the effect of nanoparticles on rheological behavior of polymer solutions two samples were prepared: polyacrylamide solution in water and suspension of silica nanoparticles in polyacrylamide solution. The sample viscosities in different shear rates were measured. The best rheology models were developed to state rheological behavior of prepared samples and the measured data were compared to power law model. An increase in the viscosity of the suspension solution with respect to polymer solution in different shear rates was observed. Rheological analysis showed that power law model is a good rheology model to demonstrate rheological behavior of suspension in low and medium shear rates and is an acceptable model for polymer solution in low shear rates. Two types of flooding test were performed in a glass micromodel: flooding by polyacrylamide solution and suspension of silica nanoparticles in polyacrylamide solution. The results of flooding test showed a 10% increase in oil recovery for nanosuspension solution in comparison with polymer solution after one pore volume fluid injection.     

复合驱油体系物理化学渗流机理研究

复合驱油体系内含有各种化学剂,这些化学剂与油层岩石间的相互作用及化学剂在各相中的分配与化学反应,都会影响到复合驱物理化学渗流的机理和规律。在前人研究的基础上系统的阐述了复合驱油过程中的物理化学作用和驱油机理;此外,将复合驱过程中的物理化学影响因素归纳为几个等效因素,可以将复合驱物理化学渗流方程归纳为带吸附作用的对流扩散方程。结果表明:复合体系在亲水和亲油多孔介质中的驱油渗流机理有很大的不同。亲水条件下,复合体系驱油的主要特征是原油被驱油体系夹带运移通过喉道;亲油条件下,复合体系驱油的主要特征是体系进入孔隙与原油形成油包水型乳状液,并可变形通过喉道。给出的渗流方程可用来预测化学剂的传输规律。     

Network modeling of residual oil displacement after polymer flooding

Research on microscopic flow mechanisms can aid in improving oil recovery after polymer flooding. Based on a two-phase water–oil network model, a simulation model for polymer flooding is proposed that considers various percolation mechanisms of the polymer solution, such as thickening, diffusion, adsorption, entrapment and shear degradation. Thus, the pore structure and the rheological fluid properties can be integrated. This network model can provide an effective tool for the study of residual oil displacement after polymer flooding. The distribution laws for residual oil after polymer flooding were studied using this microscopic simulation. Results show that compared to water flooding, polymer flooding can greatly improve oil recovery. Moreover, the residual oil distribution after polymer flooding tends to be more disperse, complex and variable. At the same time, displacement methods and parameters of the residual oil were investigated. Methods such as increasing the viscosity of the injection fluid can be applied, but the viscosity must be very high. Injection of a slug of displacing liquid with low interfacial tension after polymer flooding can decrease irreducible oil saturation and improve the displacement efficiency, but the interfacial tension needs to be extremely low.     

多区复合油藏非牛顿幂律流体试井解释

研究了聚合物溶液等非牛顿幂律流体驱油条件下流体的渗流规律,在油层内存在多个非牛顿渗流区的基本假设条件下,建立了相应的这种复合油藏的渗流模型和描述压力变化的偏微分方程组,根据聚合物驱的油田实际情况,给出了偏微分方程的初始条件和无穷大、定压有界、封闭有界三种外边界条件,牛顿流复合油藏模型、非牛顿幂律流体渗流均质油藏模型、牛顿-非牛顿复合油藏模型均是其特例.得到了三种定解问题的油水井试井解释模型并分别求得了它们在Laplace空间中的解析解,研究了解的特征,给出了存在两个和三个非牛顿渗流区条件下的两种特例,利用Stehfest数值反演方法求得了无因次压力随无因次时间的变化规律,制作了理论图版,进行了实例研究.本研究可用于解释聚合物驱、三元复合驱等非牛顿幂律流体渗流情况下的试井曲线,预测渗透率、表皮系数、油层压力、驱替前缘位置等参数.     

管输剪切模拟搅拌槽中流体平均剪切率的计算

计算搅拌槽内流体剪切率的Metzner-Otto方法只适用于计算某些叶轮搅拌槽系统内层流时叶轮区的平均剪切率,不能满足原油管输过程剪切作用模拟的需要。根据流体流动的能量耗散率与剪切率的关系,提出了通过搅拌的轴功率计算搅拌槽全槽流体平均剪切率的方法。针对牛顿流体和幂律流体,提出了全槽平均剪切率的计算式。以实验室用的一个小型搅拌系统为例,使用所提出的方法,建立了槽内流体平均剪切率与搅拌转速、流体体积、幂律流体稠度系数及流动特性指数关系的经验数学模型。该模型预测的结果与直接由实测扭矩计算的平均剪切率相当接近。本方法适用于各种类型的叶轮,不受流体流态的限制,其原理还适用于符合其他流变模型的非牛顿流体。     

ASP体系的参数在多孔介质中的流变特性

研究了碱 表面活性剂 聚合物 (简称ASP)体系的基本流变性以及流变参数在岩心中沿渗流方向的变化规律。结果表明在一定剪切速率范围内 ,ASP体系的流变性符合幂律流变模式 ;室内实验证明ASP体系的流变参数沿渗流方向上是变化的 ,并且有一定的规律 ;根据实验数据推出了ASP体系流变参数的经验模型。本项研究为三元复合驱配方筛选及复合驱油井流入动态研究提供了依据     

包含幂律流体的驱替过程的理论研究

建立了牛顿流体和非牛顿幂律流体两相渗流的微分方程。认为幂律流体的视粘度是势梯度和饱和度的函数，将ＢｕｃｋｌｅｙＬｅｖｅｒｅｔ的前缘驱替理论推广到包含幂律流体的驱替过程，得到一维非混驱替的饱和度分布。在此基础上研究了驱替机理，结合算例讨论了幂律流体的流变参数、驱替速度、重力对驱替过程的影响。图４参４（陈志宏摘）