基于Level set方法的微观水驱油模拟分析

通过引入Level set方法,构建两相界面运移数学表征方法,结合Navier-Stokes方程建立两相微观渗流数学模型,借助有限元方法进行求解,并利用微观玻璃刻蚀模型驱替实验验证数值模拟结果。结果表明,基于该渗流数学模型的数值模拟结果与实验结果的吻合度很高。利用Navier-Stokes方程并结合Level set方法实现了两相流体驱替的微观数值模拟,从而为研究微观两相渗流特征及驱油机理提供了一种新方法。在不等径并联喉道单元模型基础上,进行了不同驱替条件下的数值模拟计算,分析了发生孔隙尺度两相窜流的临界喉道直径比的变化特征,结果表明驱替压差及油水两相黏度比越大,越容易发生微观窜流,更易导致在较小喉道中形成微观残余油。本文研究结果为微观水驱油机理的进一步研究奠定了基础。     

基于Level Set有限元方法的微观水驱油数值模拟

在微观水驱油实验的基础上,建立了二维微观孔隙模型;引入Level Set数学方法,结合N-S方程,建立了微观两相渗流数学模型,借助有限元方法,进行水驱油两相数值模拟,研究微观水驱油动态特征。研究了孔喉非均质性、润湿非均质性、油水两相黏度以及驱替压差对驱油效果的影响;通过对模拟结果中孔隙内流体的波及效率、两相界面的运移速度以及优势渗流通道的分析发现,Level Set方法能很好地处理各因素下油水两相界面的拓扑变化,为微观水驱油机理的研究提供了一种新的技术方法。     

复合驱相渗透率曲线再研究

在"毛管数与残余油饱和度关系实验曲线QL"研究基础上,对复合驱的相渗透率曲线进行了研究.毛管数曲线QL是在数值模拟研究发现两种不同驱动状况的基础上深入研究得出的,数值模拟研究结果能够被驱油实验证实,表明模拟计算软件对于复合驱相渗透率的描述是相对正确的.以毛管数与残余油关系实验曲线QL为基础,借鉴软件UTCHEM相渗透率曲线的数学描述,以驱油实验相配合,研究提出了以毛管数值为变量复合驱相渗透率曲线的描述式,并由驱油实验测出相关参数,且成功地用于软件IMCFS中.毛管数曲线QL相对更为准确地描述了复合驱驱油过程中驱替液和被驱替的油相对流动关系,软件IMCFS的成功研制为复合驱油技术研究应用提供了机理描述更完善的应用软件.     

岩石气水两相渗流的玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟对比

岩石微观可视化两相渗流特征研究对于油气田开发具有重要意义。分别采用微观可视化玻璃刻蚀驱替实验和有限元数值模拟对岩石中微观气水两相流体的动态渗流特征进行了研究,并将数值模拟结果与微观玻璃刻蚀驱替实验结果进行了对比验证。结果表明,有限元数值模拟结果与玻璃刻蚀驱替实验结果基本一致。气水两相流驱替实验过程中存在明显的指进现象;驱替结束后,分布在大孔喉和与大孔喉相连的孔隙中的水被驱替,未被驱替的水主要分布在小孔喉、小孔喉控制的大孔隙和孔隙盲端;单相渗流达到稳态后,流动通道中心的流体流速比入口处流体流速大,孔喉半径越大,压力降低越慢。微观玻璃刻蚀驱替实验方法能较好地观测微观指进现象和气体在通过狭窄喉道时的运移跳跃现象,而有限元数值模拟方法则具有成本低、易于操作、实验可重复性高等优点。微观玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟相结合研究气水两相渗流效果更佳。     

微生物与三元复合驱结合提高采收率研究

大庆油田稠油酸值低,影响三元复合驱的应用效果,为了进一步提高稠油采收率,提出微生物与三元复合驱结合的开发思路。进行了菌种作用后稠油性质的变化、作用后稠油对三元体系界面张力的影响、菌液注入拌气比例及微观模型驱油和物理模拟驱油实验等研究,结果表明,微生物作用后稠油性质得到改善,流动性变好,作用后稠油酸值较未作用稠油提高20倍以上,与三元体系界面张力进一步降低。室内物理模拟驱油实验表明,先注入0.05 PV菌液,再用三元体系驱替,比单独化学驱油采收率增加8.66%。应用微生物技术与三元复合驱结合的方法,可以进一步提高采收率,降低三元复合驱成本,为低酸值油藏提供一种?济有效的开采方法。     

胜利油区海上油田二元复合驱油体系优选及参数设计

胜利油区海上油田水驱开发产量呈现逐年下降的趋势,急需转换为二元复合驱方式进行提速增效开发。二元复合驱作为大幅度提高原油采收率和采油速度的有效方法,已经在陆上油田大规模推广应用。但是,由于油藏条件存在差异,海上油田无法照搬陆上油田方案。按照海上油田开展二元复合驱技术要求,通过对多个驱油剂产品的溶解性、热稳定性、抗盐性等关键指标进行优选,得到由聚合物C10与复配的高效活性剂组成的配伍性和稳定性良好的二元复合驱油体系。结合室内物理模拟实验和数值模拟研究,对二元复合驱油技术的注入黏度、注入速度以及段塞尺寸等注入参数进行了优化设计。研究结果表明,该二元复合驱油体系注入0.4 PV之后,采收率提高29.2%,相对于同段塞尺寸单一聚合物驱增加11.3%。数值模拟预测结果显示,在最佳黏度比为0.5、注入速度为0.07 PV/a、最佳注入段塞尺寸为0.42 PV的条件下,与水驱相比二元复合驱可提高采出程度11.6%,最大幅度提高海上油田采油速度和原油采收率。     

三元复合驱岩心微观尺度油相动用机制

三三元复合驱是一项行之有效的提高原油采收率的技术,但其微观驱油特征及针对不同类型油相的动用机制目前尚不明确。为此,利用核磁共振技术、岩心冷冻制片-荧光分析技术与岩心驱替实验相结合的方法对三元复合驱针对不同孔径分布及赋存状态的油相动用情况进行了定量表征及分析。结果表明：在水驱不产油的条件下,三元复合驱采收率可进一步提高26.42百分点;三元复合驱主要动用中孔隙（[10,50）μm）的油相,同时也强化小孔隙（[1,10）μm）内剩余油的动用程度,小孔隙油相的动用贡献率可达46.0%;相比于水驱,三元复合驱能够提高半束缚态油相采出程度5.26%和束缚态油相采出程度5.82%,其中,对簇状油、粒间吸附状油、膜状油以及角隅状油的动用效果更加明显;通过与碱驱、表面活性剂驱、聚合物驱、聚/碱二元复合驱及聚/表二元复合驱微观驱油特征比较,三元复合驱中碱、表面活性剂和聚合物在动用小孔隙油相、半束缚态油相及束缚态油相上具有明显协同增效的作用。研究成果可为三元复合驱技术的进一步应用提供理论依据。     

稠油溶解气驱渗流特征物理模拟和数值模拟

为了改善稠油冷采开发效果,通过物理模拟实验和数值模拟方法研究了稠油溶解气驱渗流特征。首先测定了稠油和气体在不同压力下的界面张力,然后通过微观可视化实验和填砂管驱油实验研究了溶解气驱不同阶段渗流特征,最后对室内实验结果进行了数值模拟。研究结果表明：溶解气驱过程中气体逐渐由分散相聚并形成连续相;泡沫油会增大流体的弹性能量,有利于维持溶解气驱地层压力和增大生产压差,从而改善稠油溶解气驱开发效果。在室内实验的基础上,通过3种气体组分（溶解气、分散气和连续气）的转化来描述稠油溶解气驱渗流过程,数值模拟值和物理实验值拟合效果较好。     

聚/表二元复合驱提高普通稠油水驱后残余油采收率的研究

采用椰油脂肪酸二乙醇酰胺型烷醇酰胺(6501)与部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)组成二元复合驱体系,利用旋转滴法测定了该二元复合驱体系的耐温、抗盐、抗二价离子等性能,通过人造岩心物模实验和微观驱油实验分别评价了该体系的驱油效果。实验结果表明,0.1%(w)HPAM+0.3%(w)6501二元复合驱体系在40~80℃、矿化度1 000~13 000 mg/L、Ca~(2+)含量50~350 mg/L范围内的油水界面张力在10~(-3)~10~(-2) m N/m间保持稳定;人造岩心物模实验和微观驱油实验结果均显示,水驱后注入聚合物驱或二元复合驱时,二元复合驱体系较单独的聚合物驱可进一步提高采收率。     

聚合物-表面活性剂二元复合体系微观及宏观驱油特征——以河南双河油田某区块为例

采用微观驱油实验和油藏数值模拟,研究了聚合物-表面活性剂二元复合体系微观及宏观驱油特征.以河南双河油田S块H层系为例的研究结果表明,二元复合体系既能启动柱状、簇状残余油,又可减少孔隙和喉道处的膜状残余油,相比单一表面活性剂驱和单一聚合物驱,二元复合驱具有显著扩大波及体积和提高驱油效率的双重效果,比单一聚合物驱提高采收率3.03%-5.45%.对于层内非均质储层,二元复合驱可较大幅度地提高低渗透带的采收率,其次是中渗透带;而对于层问非均质储层,进一步改善低渗透层开发效果的能力有限,二元复合驱提高采收率由高到低的排序为中、高、低渗透层.     

多元泡沫化学剂复合驱油数值模拟研究

对多元泡沫复合驱油进行了实验研究,分析了渗流机理、渗流规律,根据质量传输流体力学、化学动力学、物质平衡原理和泡沫上浮运动机理,建立了多元泡沫化学剂复合驱油渗流数学模型。结合实验结果建立了描述泡沫流动机理和物理化学性质的数学模型方程。实验研究表明,多元复合泡沫具有驱油、调堵及提高驱油效果的多重作用。泡沫上浮总体上有利于开采及提高油层的驱油效率。采用复合泡沫驱油对高含水油田仍有较好的驱油效果。该方法可以作为三次采油后和高含水期进一步提高采收率的有效手段。     

渤海绥中36-1 油田二元复合驱相对渗透率研究

为准确测定渤海绥中36-1 油田进行聚合物/表面活性剂二元复合驱相对渗透率曲线,提出了将某含水饱和度下聚合物/表面活性剂二元复合驱体系在岩心入口端与出口端黏度的平均值作为在岩心中平均黏度的黏度处理新方法;模拟该油田的实际情况采用恒速非稳态法测定了水驱和二元复合驱的相对渗透率曲线,研究了表面 活性剂和聚合物加量对二元复合驱相对渗透率曲线的影响。结果表明：二元复合驱的油相相对渗透率比水驱时的高,水相相对渗透率和残余油饱和度比水驱时的低;随着二元复合体系中表面活性剂加量的增大,油水两相的相对渗透率均增大,残余油饱和度降低;随着聚合物浓度的增大,油相相对渗透率增加,水相相对渗透率和残余油饱和度降低。图4表1 参12     

二元复合体系微观驱油机理可视化实验

针对胜利油区油藏条件,运用新型表面活性剂—聚合物二元复合体系,对其开展了微观模型(岩心薄片)驱油和常规柱状岩心可视化驱油实验.以水驱效果为基础,对比了表面活性剂、聚合物、二元复合体系的驱油效果,重点研究了微观孔隙中表面活性剂、聚合物以及二元复合体系的洗油和携油性能及其在驱油过程中的微观渗流特征,深入分析了二元复合体系的微观驱油机理.结果表明:与聚合物和表面活性剂相比,二元复合体系的驱油效果更好.在岩心薄片可视化驱油实验中,由于3种不同的驱替溶剂波及效率不同,最终导致驱替结束后岩心薄片中剩余油的面积有所不同,采用二元复合体系驱替后,剩余油的面积最小,表明其驱油效率最高,比聚合物和表面活性剂的驱油效率分别提高了2.59％和11.80％;对于常规柱状岩心,二元复合体系比聚合物和表面活性剂的驱油效率分别提高了1.43％和20.70％.     

二元复合驱注入参数优化实验研究

新型无碱二元复合驱油体系现已成为三次采油技术研究的新方向。针对辽河油田锦16块综合含水率高、开发难度大、水驱经济效益差等问题,利用现代物理模拟和理论分析等方法,在前期聚合物和表面活性剂筛选及其二元复合体系和三元复合体系性能评价的基础上,对优选出的二元复合驱油体系增油效果进行物理模拟研究,并对二元驱油体系注入参数进行优化。推荐二元复合体系配方组成为聚合物(cP=1400～1600mg/L)+表面活性剂(cS=0.20%～0.30%)。     

稠油碱驱机理的物理模拟和数值模拟

通过物理模拟实验和数值模拟方法研究了碱驱提高稠油采收率的驱替机理。首先通过实验测定了碱和稠油的界面张力,然后通过填砂管驱油实验评价了驱油效果,最后对室内物理模拟实验结果进行了数值模拟和历史拟合。研究结果表明,稠油碱驱过程中随着碱浓度的升高,原油采收率和压力降都随之升高。压力降的升高主要由于生成了油包水乳状液,增加了水流通道中水相的流动阻力,导致注入水流向未波及的区域,从而提高了稠油采收率。对稠油碱驱数值模拟时考虑了界面张力的降低、化学剂的吸附和油包水乳状液的形成。结果表明,模拟值和实验值拟合得较好。     

双河油田IV5－11 层系复合驱油体系实验研究

根据双河油田IV5-11层系的油藏特征,利用正交实验法,对聚合物质量浓度、表面活性剂种类及其质量分数进行筛选,得到了由质量浓度为1500mg/L的ZL-Ⅱ、质量分数为0.3%的QY-3组成的二元复合驱油体系及由质量浓度为1500mg/L的ZL-Ⅱ、质量分数为0.3%的QY-3和1.0%的Na2CO3组成的三元复合驱油体系,这2个体系均能与双河模拟油形成超低界面张力且粘度适中。利用均质与非均质人造岩心及微观非均质仿真模型,对所选复合驱油体系进行物理模拟驱油实验;并在模拟油藏具有代表性的3倍渗透率级差条件下,优选了三元复合驱油体系注入方式。实验结果表明,在均质条件下,三元复合驱油体系提高采收率程度明显高于二元复合驱油体系;在非均质条件下,随着非均质性的增强,三元复合驱油体系与二元复合驱油体系提高采收率的差距逐渐缩小,但前者始终高于后者;对于同一驱油体系,随着非均质性的增强,驱油效率先增大后减小,渗透率级差为3倍时的采收率最高。综合分析可知,三元复合驱油体系好于二元复合驱油体系,在其注入前后分别注入0.05倍孔隙体积交联聚合物保护段塞的注入方式,三元复合驱油体系提高采收率比不加保护段塞时提高了4%。     

双河油田Ⅳ5-11层系复合驱油体系实验研究

根据双河油田Ⅳ5-11层系的油藏特征,利用正交实验法,对聚合物质量浓度、表面活性剂种类及其质量分数进行筛选,得到了由质量浓度为1 500 mg/L的ZL-Ⅱ、质量分数为0.3％的QY-3组成的二元复合驱油体系及由质量浓度为1 500 mg/L的ZL-Ⅱ、质量分数为0.3％的QY-3和1.0％的Na2 CO3组成的三元复合驱油体系,这2个体系均能与双河模拟油形成超低界面张力且粘度适中.利用均质与非均质人造岩心及微观非均质仿真模型,对所选复合驱油体系进行物理模拟驱油实验;并在模拟油藏具有代表性的3倍渗透率级差条件下,优选了三元复合驱油体系注入方式.实验结果表明,在均质条件下,三元复合驱油体系提高采收率程度明显高于二元复合驱油体系;在非均质条件下,随着非均质性的增强,三元复合驱油体系与二元复合驱油体系提高采收率的差距逐渐缩小,但前者始终高于后者;对于同一驱油体系,随着非均质性的增强,驱油效率先增大后减小,渗透率级差为3倍时的采收率最高.综合分析可知,三元复合驱油体系好于二元复合驱油体系,在其注入前后分别注入0.05倍孔隙体积交联聚合物保护段塞的注入方式,三元复合驱油体系提高采收率比不加保护段塞时提高了4％.     

聚合物与碱和活性剂交替注入驱油效果研究

化学剂段塞优化组合是提高化学驱油效果的有效途径。针对这一实际需求,开展了“聚合物与碱活性剂二元复合体系”交替注入驱油效果物理模拟研究。结果表明,当采用聚合物与二元复合体系交替注入进行驱油实验时,相对于水驱采收率增幅高达30%。研究结果还表明,适当提高二元复合体系注液速度(不超过前一聚合物段塞注入压力值为宜)有利于扩大波及系数,提高采收率,但也不宜过分追求注液速度,以免二元复合体系突破高渗层内的前置聚合物段塞,降低对中、低渗透层的驱油效果。     

毛管数对天然岩心渗流特征的影响

本文运用理论分析和室内实验相结合的方法,对天然岩心驱油效率的影响因素进行了深入的研究,提出毛管数是影响驱油效率的主要因素之一。实验研究给出了作为饱和度和毛管数的二元函数的一族相对渗透率曲线,使得贝克菜-列弗莱特的二相渗流理论得以扩展,并为三次采油物理-化学渗流理论和数值模拟研究提供了实验基础。     

文昌油田水驱砂岩油藏驱油效率评价方法探讨

文昌A油田高渗油藏目前实际采出程度67.9%，远大于早期岩心水驱油效率测定值57.21%，因此传统的驱油效率认识存在不合理性。而利用开发后期强水洗段岩心开展水驱油实验结果表明，文昌海相砂岩油藏水驱油效率可达81.73%。通过开展水驱油微观研究表明，水驱过程是对储层的改造过程，随着润湿性、孔喉结构、物性等性质的变化，水驱油效率是变化的。此文将驱油效率划分为静态驱油效率和动态驱油效率，提出用动态驱油效率来描述水驱砂岩油藏在不同阶段的水驱油效率，创新建立了以物理模拟与油藏工程方法相结合的动态驱油效率评价技术，研究成果表明动态水驱油效率是随着油藏水驱倍数的增加而逐渐增加。并将动态驱油效率应用于油藏数值模拟研究中，创新建立了两相渗流动态模型，在数值模拟中实现了非均匀驱替模式，更符合油藏的开发规律，实现了精细化数值模拟研究，提高了油田剩余油认识精度。