化学驱实用数学模型及其应用

为了使数值模拟能更加准确地描述化学驱油的复杂机理,根据近年来化学驱油理论研究的新认识,建立了描述化学驱油过程的数学模型。模型是一个三维多组分化学驱模拟器,具有单一相对分子质量聚合物驱、多种相对分子质量聚合物驱和表面活性剂一聚合物-碱复合驱模拟功能。该模型除具备商业化模型已有的流度控制和毛管驱替机理描述功能外,还新增了如下模拟功能:提高微观驱油效率的聚合物弹性描述、多种相对分子质量聚合物的混合驱油过程描述、低表面活性剂浓度化学复合驱过程的化学剂复合协同效应的表征,聚合物弹性和毛管数对相对渗透率的影响以及化学驱油过程所发生的对流、弥散、扩散和吸附等一系列物理化学现象的描述。该模型已在大庆油田化学驱油科研和生产实践中成功应用。     

高温高盐油藏化学驱数值模拟技术进展

针对高温高盐油藏,胜利油田近年来先后研发了非均相体系、乳液表面活性剂体系等新型驱油体系,其驱油机理与传统化学驱油体系有明显的区别,现有商业化数值模拟软件无法有效表征,而自研数值模拟软件存在运算速度慢、难以支撑大规模矿场应用等难题。依托自主知识产权的化学驱数值模拟软件SLCHEM,在室内实验与机理研究基础上,建立了基于粘弹性颗粒孔喉通过系数的非均相复合驱数学模型以及表征乳液表面活性剂乳化增粘特征的数学模型,实现了相应的模拟功能,开展了室内试验的拟合与矿场模型应用,验证了模型的合理性和准确性;综合应用顺序全隐式快速求解算法、并行解法及交替方向解法,实现了百万级规模模型的快速计算。通过概念模型进行了计算效率测试,在网格数100×10⁴、井数116口、生产历史5a条件下,计算速度为2.9h。室内实验验证与矿场实际应用表明,与商业化软件相比,改造后的SLCHEM软件能够实现对新型驱油体系室内实验结果与矿场动态指标的准确拟合,可为化学驱方案优化与动态分析提供有效的技术支持。     

石油乳状液的黏度模型

在大量文献调研的基础上,总结了化学复合驱数值模拟中应用的石油乳状液黏度模型,包括黏度-含水率模型、黏度-剪切速率模型以及黏度-含水率-剪切速率模型.研究表明化学驱中生成的乳状液的黏度受到多种因素影响,其中最为重要的是体系的含水率(或含油率)、剪切速率和温度;对于不同的含水条件,乳状液的黏度表达式不同;随着含水率的增加,将出现黏度突变的临界含水率,此临界点对应水包油型与油包水型乳状液之间的转变.建立了化学驱数值模拟软件中对应不同含水阶段的乳状液黏度模型.图4参13     

石油乳状液的黏度模型

在大量文献调研的基础上,总结了化学复合驱数值模拟中应用的石油乳状液黏度模型,包括黏度-含水率模型、黏度-剪切速率模型以及黏度-含水率-剪切速率模型。研究表明:化学驱中生成的乳状液的黏度受到多种因素影响,其中最为重要的是体系的含水率(或含油率)、剪切速率和温度;对于不同的含水条件,乳状液的黏度表达式不同;随着含水率的增加,将出现黏度突变的临界含水率,此临界点对应水包油型与油包水型乳状液之间的转变。建立了化学驱数值模拟软件中对应不同含水阶段的乳状液黏度模型。图4参13     

一种化学驱防反流配注技术

化学驱注入井采用偏心式环形降压槽配注器,基本满足配注需要,但是,存在洗井时配水器分流影响洗井质量和停井时返吐出砂进入管柱的问题。为此,研制开发了化学驱防反流配注技术,以降低化学驱问题井发生率。介绍了该化学驱防反流工艺管柱的结构组成、工艺原理及技术特点。经室内及现场试验表明,该化学驱防反流配注器结构设计合理,满足设计要求。该技术对于保证化学驱注入井洗井质量,防止化学驱注入井作业后及停注过程中返吐出砂进入管柱,实现正常测试,减少问题井发生率,降低生产成本,具有重要意义,是今后油田注入技术的发展方向。     

一个改进的化学驱油组分模型模拟器

本文提出了一个更切合实际的化学驱油组分模型模拟器。模拟器中引进了相态模型、离子交换模型、相粘度、残余饱和度以及其它参数,给出了更接近表面活性剂驱油实际情况的有效流动孔隙度、有效流动饱和度等新的概念;改进了相粘度;建立了三离子交换模型、沉淀反应模型,并提出了乳化平衡速率(或增溶平衡速率)等新的参数,揭示了化学驱油的渗流规律。模型应用结果表明,用该模型模拟化学驱油是有效的,并与实验室所得结果相符,是一个具有应用价值的模型。     

胜利油田化学驱增油量预测方法

化学驱增油量是评价化学驱效果的一个重要指标。胜利油田化学驱增油量预测方法是在该油田已经实施化学驱各项目增油变化规律分析研究的基础上,综合考虑了油藏条件、化学驱所处阶段及化学驱方法,对已经转后续水驱项目采用递减法预测增油量;正注聚项目根据与同类型油藏已经建立的类比模型进行类比预测增油量;二元复合驱项目应采用数值模拟方法预测增油量。此预测方法能较全面、准确地进行化学驱增油量预测。     

聚驱稠油数字岩心模型建立及驱替规律分析

为更深入研究聚驱稠油的驱替规律,开展了稠油聚合物驱的微观机理研究。采用逾渗理论,基于计算机随机建模方法,建立了水驱数字岩心模型,并与岩心试验相渗拟合,验证模型的正确性。在此基础上,考虑聚合物的黏弹性、浓度的扩散、吸附、捕集以及稠油的非牛顿流体特性等,建立了聚驱稠油数字岩心模型,模拟了饱和油和聚合物驱稠油两种驱替过程并分析了驱替规律。研究结果表明:该数字岩心模型能够有效模拟聚合物驱稠油的微观机理,黏弹性聚合物驱采收率大于水驱和纯黏性聚合物驱,且随着松弛时间的增加,即弹性作用的增强,采收率提高;聚驱减少了剩余油孔隙个数,使得剩余油分布更加复杂、更加分散,提高了驱油效率。该项研究对于聚驱油藏高效开发具有一定的指导意义。     

大型砂岩储层模拟驱油装置研发与应用

研究开发出能模拟常规砂岩储层油藏条件下，人造岩心和天然岩心的水驱、聚合物驱、微生物驱及多元化学驱的驱油全过程，实现岩心物理参数的测定、化学驱油效果评价等研究。本项目研制开发了大型砂岩储层模拟驱油装置，该装置由注入系统、模型系统、采出液计量系统、仪表控制系统和微机系统组成，在模型设计、自动计量、填砂和取砂工艺方面均具有现代最新技术。该装置能较真实地模拟油藏中油、水和驱替液的运动规律。大型砂岩储层模拟驱油装置开发了多种相关的新技术，项目创新点：     

利用多孔介质计算机仿真模型研究粘性指进

为了研究多孔介质中粘性指进现象的发生和发展机理，基于随机理论建立了多孔介质计算机仿真模型。运用分形生长的理论在新建模型中进行粘性指进的模拟研究，分析了流体粘度差和非均质性对粘性指进的影响，讨论了驱替速度与粘性指进前缘分形维数之间的关系。分析结果表明，在多孔介质中，增加驱替流体粘度和降低驱替速度可控制粘性指进的发展。利用新建模型还可直观地观察到粘性指进产生的过程和剩余油的分布状态，实现了驱替过程的可视化。     

CO_2驱免压井作业注气管柱研究及应用

CO2驱开采技术越来越成为低渗透油藏提高采收率的重要方式,被世界各大油田所重视并试验。原有的CO2驱注入管柱采用整体式管柱设计,在后期进行管柱作业时,工序复杂,因此设计了CO2驱分体式丢手免压井作业注气工艺管柱,可以实现管柱锚定、反洗、分体式丢手、免压井作业等功能,并设计了管柱的配套工具—JY445封隔器、单向注气阀、密封插管等。在胜利油田纯梁高89区块进行应用以来,CO2注入顺利,密封性能良好,且取得了较好的增油效果。今年樊142-3-X7井成功通过该管柱实现了免压井换管柱作业,为以后CO2驱的推广和应用提供了很好的借鉴意义。     

泡沫复合体系的泡沫功能模型及其应用

根据国内外关于泡沫体系渗流机理研究结果，以三维四相多组分模型为基础，建立了一个基于泡沫气泡数量平衡的泡沫功能模型，将该模型与一个三维四相多组分的化学驱模型相结合，构造了一个泡沫复合驱数学模型，应用该模型进行了泡沫复合体系的岩心驱模拟研究。结果表明，渗透率变异系数为0．72时应用泡沫复合驱提高采收率幅最大。     

三种可视化技术在驱油剂评价中的适应性

针对可视化技术在驱油剂评价中适用范围不明确的问题,对比了可视化微观物理驱替模型、计算机X线断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)三种可视化技术的原理与功能,分析了它们在驱油剂评价中的应用范围与存在的问题。可视化微观物理驱替模型和CT适用于驱油剂驱油机理的研究,前者侧重于微观,后者侧重于宏观;CT和MRI适用于驱油剂驱油性能的评价,前者侧重于轻质油体系下剩余油饱和度的沿程分布,后者侧重于稀油体系下剩余油在不同孔径孔隙内的分布。     

微气泡增效二元复合驱提高普通稠油采收率实验

针对普通稠油化学驱提高采收率技术现状,研究了一种化学驱油新体系。通过高效二元复合驱配方的筛选,微气泡的分散,构建了微气泡增效二元复合驱体系,分别从驱替普通稠油效果和有关机理方面展开了研究。结果表明,溶气法构建微气泡增效体系简单实用,形成的微气泡(平均直径26.7μm)能较均匀地分散于常规高效二元体系中,具有注入性好,提高阻力系数能力强,残余阻力系数高等特点。除存在一般二元复合驱的采收率机理外,微气泡产生的贾敏效应叠加以及微气泡对稠油的协同乳化携带作用,能显著增加体系的波及能力和洗油效率。在模型非均质条件下,微气泡增效二元复合驱提高普通稠油采收率的效果明显高于常规高效二元复合驱,可以再增加12个百分点。本文研究为普通稠油化学驱提供了较好的技术思路。     

不同化学驱油体系微观驱油机理评价方法

为了分析胜利油田应用的3种化学驱油体系的微观驱油机理,并对其非均质油藏的适用性进行评价,利用微观刻蚀模型润湿性7级控制方法和波驱贡献比分析方法,结合现场情况,借助微观模拟驱油试验,开展了不同润湿性条件、非均质性条件和不同驱替阶段的化学驱油机理研究,建立了利用波驱贡献比评价化学驱油体系微观驱油机理的方法。试验表明:聚合物和二元复合体系在非均质级差1:9模型试验中水驱后采收率提高不足10%,平均波驱贡献比小于1.5,扩大波及的能力弱,主要驱油机理无法发挥;在各组非均质渗透率级差模型试验中,新型非均相复合体系的平均波驱贡献比大于3,说明其在非均质条件下扩大波及的能力强,主要是凝胶颗粒间歇式封堵和转向式扩大波及共同作用的结果。微观运移特征和驱替方式研究及现场试验表明,聚合物驱后的非均质油藏实施非均相复合驱,可以大幅度提高驱油效率和波及系数。      

海上高含水油田非连续化学驱模式研究

海上疏松砂岩油田水驱开发进入高含水阶段非均质性加剧,已有化学驱驱替不均衡。为改善驱替效果,提出了多段塞、多方式组合的非连续化学驱模式。结合Poiseuille定律及驱油体系流变特征,将多孔介质等效为毛细管模型,以两层高低渗储层为例,建立了不等径毛管并联驱替模型,通过分流率曲线推导及特征分析,揭示了非连续化学驱主段塞扩大波及体积进而提高采收率的机理。基于物理模拟实验可测量参数提出了均衡驱替度的概念,通过3组对比实验,研究了非连续化学驱对储层均衡动用的作用规律。实验结果表明,非连续化学驱可以在不同渗透率小层中相对均衡驱替,均衡驱替度较连续化学驱可提高6%以上,减缓了含水上升速度,最终可以更大幅度提高采收率。矿场试验验证了非连续化学驱模式提高采收率的显著效果。本文新模式对海上油田高速、高效开发具有指导意义。     

化学驱合理井网密度的计算方法——以正方形井网为例

根据化学驱开发方案设计的需要,在化学驱增油量预测的基础上,建立了化学驱合理井网密度与经济极限井网密度的计算方法,研究了化学驱井网密度与提高采收率及投资回收期之间的关系.当井网密度大于20口/km2时,化学驱提高采收率的增加趋势变缓.随着投资回收期的增大,合理井网密度和极限井网密度都在减小.应用推导的公式计算了双河油田化学驱合理井网密度及经济极限井网密度,为化学驱开发方案的制定和实施提供了理论依据.     

石油乳状液的黏度模型

在大量献调研的基础上，总结了化学复合驱数值模拟中应用的石油乳状液黏度模型，包括黏度-含水率模型、黏度-剪切速率模型以及黏度-含水率-剪切速率模型。研究表明：化学驱中生成的乳状液的黏度受到多种因素影响，其中最为重要的是体系的含水率(或含油率)、剪切速率和温度；对于不同的含水条件，乳状液的黏度表达式不同；随着含水率的增加，将出现黏度突变的临界含水率，此临界点对应水包油型与油包水型乳状液之间的转变。建立了化学驱数值模拟软件中对应不同含水阶段的乳状液黏度模型。图4参13     

国内外油田提高采收率技术进展与展望

对国内外油田提高采收率技术发展作了概述,着重阐述了改善水驱、稠油热采、化学驱、气驱、微生物采油和物理法采油6个方面。目前,改善水驱、稠油热采、化学驱和气驱4类技术已进入矿场规模化应用,热采和气驱技术应用规模不断扩大,化学驱技术主要应用在中国,而微生物采油和物理法采油技术尚处于探索、试验阶段。综合国外经验和我国具体情况,指出目前提高采收率技术的攻关方向和发展趋势。研究认为,改善水驱技术通过层系细分重组和井网井型立体优化,建立合理、有效的注采系统,探索驱替剖面的均匀控制。稠油热采技术综合应用复杂结构井、蒸汽和各类助剂,改善稠油油藏开发效果。气驱技术应用规模有不断扩大的趋势,随着温室气体减排的要求,CO₂驱油埋存项目不断增加。化学驱技术向高温高盐油藏、大孔道油藏和聚合物驱后油藏发展。     

三类油层分期化学驱开采实验与应用

大庆油田三类油层地质储量大,占大庆长垣喇萨杏油田总地质储量的比例接近一半,具有厚度薄、渗透率低、连通性差、非均质性严重等地质特点.为了使化学驱实现高、低渗透油层同步驱替,达到储层均衡受效的目的,开展了室内平面模型驱替实验,对比了三类油层不同开采模式下提高采收率效果,优选出分期化学驱开采模式并应用于现场,一期优先对有效厚...