聚合物在多孔介质中水动力学滞留研究

部分水解聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ）的分子量越高，满足流度控制所需要的ＨＰＡＭ的浓度就越低，ＨＰＡＭ用量就少。因此，矿场应用的ＨＰＡＭ的分子量有越来越高的趋势。但是，ＨＰＡＭ分子量越高，其在多孔介质中的滞留量就越易受到注入速度的影响。研究了高温（７２℃）条件下，不同分子量的ＨＰＡＭ在天然岩心中的渗流特性，结果表明：在注入速度为１５ｍＬ／ｈ的条件下，低分子量的ＨＰＡＭ３３３０Ｓ的浓度剖面图基本对称，滞留量为１９．５μｇ／ｇ；高分子量的ＨＰＡＭＳ５２５的浓度剖面图呈明显的前缘滞后和拖尾现象，滞留量为６４．０μｇ／ｇ。把Ｓ５２５溶液的注入速度从１５ｍＬ／ｈ提高到３０ｍＬ／ｈ，Ｃ／Ｃ０值随注入孔隙体积的增大先下降而后上升，滞留量增加了４１．５μｇ／ｇ；当Ｃ／Ｃ０值上升到１后再将注入速度提高到６０ｍＬ／ｈ，浓度剖面图特征与上述基本相同，滞留量又增加了４５．０μｇ／ｇ。３个流速下ＨＰＡＭＳ５２５的总滞留量为１３７．７μｇ／ｇ，呈现出典型的水动力学滞留现象，并且ＨＰＡＭ的分子量越高，岩心渗透率越小，水动力学滞留现象就越明显，滞留量越大。因此在实际应用时，应充分考虑到水动力学滞留现象的有利和不利的影响。图１表１参４（郭海莉摘     

改性淀粉聚合物溶液在孔隙介质中的不可入孔隙体积效应

不可入孔隙体积影响聚合物在孔隙介质中的流动性,设计注聚时需考虑不可入孔隙体积效应。实验考察了改性淀粉聚合物溶液通过岩心的IPV值,结果表明,改性淀粉聚合物溶液分子线团最大半径主要分布在0.2～1.2μm,吸附层厚度越大,IPV值就越大。由岩心孔隙分布拟合计算出的IPV值略低于双段塞法的实验值,其原因是部分聚合物分子回旋半径虽然小于孔喉半径,但可能在孔隙外部滞留产生了不可入孔隙体积。不可入孔隙体积的存在主要有2个原因：聚合物溶液分子线团尺寸与岩心孔喉尺寸不完全匹配,聚合物分子线团尺寸越小、孔喉尺寸越大,越利于其通过孔隙喉道,产生的不可入孔隙体积就越小,反之越大;孔隙介质中的边界层效应和聚合物溶液滞留吸附作用,相当于降低了孔喉的有效半径,而增大了IPV值。     

聚合物溶液在砂岩孔隙介质中降低流体流动度的机理

本文从阻力系数与孔隙系数角度出发,研讨了聚合物溶液在砂岩孔隙介质中降低流体流动度的机理。聚合物溶液流经孔隙介质时的滞留作用与残余阻力效应,均有助于控制水的指进,降低水-油比,提高堵水效率与采收率。相对孔隙系数值可用以表征聚合物溶液流经孔隙介质时聚合物分子尺寸与滞留作用的关系。     

疏水缔合聚合物在孔隙介质中的渗流阻力模拟分析

对疏水缔合聚合物驱油机理及其在多孔介质流动中物化现象的进一步研究发现,该类聚合物渗流特征与普通高分子聚合物有较大不同。研究以收缩流道作为孔喉模型,采用渤海区块现场试验数据,使用数值计算方法,分析了缔合聚合物溶液流动阻力随流变参数和喉道直径的变化规律。并以此为理论基础,探讨其在多孔介质中的流动阻力特性,为疏水缔合聚合物驱的理论研究和现场分析提供依据。     

水溶性聚合物在多孔介质中动态滞留量研究

滞留量是影响聚合物驱油效果的关键因素之一。针对水溶性聚合物在现场应用条件的局限性,利用淀粉-碘化镉比色法研究了聚丙烯酰胺水溶液在人造均质岩心中的动态滞留规律,并考察了高岭土、表面活性剂对其滞留量产生的影响。结果表明,溶液中含有表面活性剂时,聚合物的滞留量减少;高岭土的存在使聚合物在岩心中的滞留量增加,随着高岭土含量的增加,滞留量增大。表活剂与聚合物同时存在时,二者之间会发生一定的相互作用,在岩石表面会产生竞争吸附,造成其有效含量降低,因此要保证驱油效率的提高,应当依据二者对提高采收率的贡献及吸附滞留的差异对其浓度进行适当的调高。     

孔隙介质中二相渗流机理

本文考虑驱替条件对二相渗流过程的影响。建立了考虑到准数π(=K/σ-gradp)变化的二相渗流方程,给出了求解方法。并对这一提法下的二相渗流机理进行了研究,推广了Buckley-Leverett理论。     

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。     

孔隙介质中泡沫形成机理研究进展

泡沫驱是一种有效减缓注气过程中气窜、指进和重力超覆的方法。综述了泡沫形成的三种机理:截断、液膜分离和液膜遗留,以及毛细管压力波动、孔喉几何形态、流动速率、孔隙网络的拓扑结构、界面特性、原油等因素对泡沫形成的影响,指出还需要依靠有效的实验方法研究地层条件下泡沫形成的机理。     

聚合物对孔隙介质中的气／水流动的影响

在孔隙中水溶聚合物或凝胶的存在引起了渗透率的选择性降低(叫做不成比例的渗透率降低)，即水相相对渗透率降低的幅度比油相相对渗透率降低的幅度大得多。在使用不同的岩心和聚合物以及润湿性条件不同的情况下，在油／水系统中进行了几项试验研究，证明了不成比例的渗透率降低效应。本项研究的目的是，     

疏水缔合聚合物在孔隙介质上的静态吸附特征

模拟大庆油田的油藏条件,测定了缔合聚合物在高岭土、膨润土、石英砂以及油层岩心砂4种吸附剂上的等温吸附曲线。结果表明,缔合聚合物在高岭土、膨润土上的吸附量大于在石英砂、油层岩心砂上的吸附量;同时缔合聚合物在以上各种吸附剂上的吸附规律不符合Langmuir等温吸附,其曲线形状为开口向下的抛物线,即随着缔合聚合物浓度的增加,吸附量逐渐增大并达到一个最大值,之后,随着聚合物浓度的增加,吸附量逐渐降低。此外,缔合聚合物的最大吸附量出现在缔合聚合物的临界缔合浓度400—450mg／L范围。该实验结果的重要意义在于：大庆油田缔合聚合物的使用浓度为1000mg／L,远高于发生最大吸附的临界缔舍浓度,而在使用浓度条件下,缔合聚合物的吸附量非常低,因而注入的缔合聚合物溶液在油层中运移时的吸附损失量较小,从而增加了运移、驱油的有效作用距离,能够大幅度提高缔合聚合物的驱油效果。     

产聚合物的菌种在多孔隙介质中的运移效率及稳定性研究

微生物采油方法实施的一个关键因素是微生物的运移。在调剖作业中。关键步骤是将微生物成功地放置于高渗层段并且避免引起近井眼区带的堵塞。其次，尽可能保持油层中聚合物的稳定，延长其降解时间。为了研究滞留性能。对几种类型的菌类在不同类型的多孔隙介质中进行了菌类的运移实验。这些多孔隙介质为油层现场岩心（Bakken砂岩）贝雷砂岩和陶瓷岩心。评价了两组聚合物产出菌以及其它菌种。结果表明，在现场岩心中微生物滞留量比在贝雷岩心或者陶瓷岩心中高。不同的Lmesenteroides组显示了不同的运移和滞留。也进行了促进生长的营养物质存在与否的对比实验。以确定细菌繁殖如何影响运移。多孔介质中生物聚合物的长期稳定性和有效性也被验证。本文描述了正在进行的实验室试验以评价渗透率调整所开发的微生物系统。     

毛管压力曲线在储集层孔隙结构特征研究中的应用

毛管压力曲线反映了在一定驱替压力下水银可以进入孔隙喉道的大小及这种喉道的孔隙容积,因此应用毛管压力曲线可以对储集层孔隙结构特征进行研究。对XX油田典型的压汞曲线在形态上进行深入的研究,根据孔隙结构特征相关参数将毛管压力曲线分为Ⅰ类、Ⅱ类两种。从Ⅰ类到Ⅱ类,排驱压力和中值压力逐渐增大,中值半径和平均喉道半径逐渐减小。研究结果表明,Ⅰ类中E2油组储集层孔喉半径大,孔喉连通性和渗透性较强,为中孔特高渗储集层,为后期的储集层综合评价及井位部署方案提供有力的地质依据。     

孔隙介质中聚合物溶液的粘弹性及流变性

根据聚合物溶液在孔隙介质中的渗流理论，提出了确定其有效粘度的方法，导出了孔隙介质中包含粘弹性因素的聚合物溶液有效粘度与剪切速率的关系式，该式适用于较广的速度范围；实验证实，聚合物溶液有效粘度由弹性粘度和剪切粘度组成，孔隙介质性质及降合物溶液浓度对临界流变流速影响的研究表明，在油层流速条件下，聚合物溶液很可能出现拉伸流动和胀流型流变特征，因此在聚合物驱及数值模拟中应考虑粘弹性因素的影响。     

采油微生物在多孔介质中的迁移滞留机制

采油微生物在多孔介质迁移过程中的滞留特征明显。以2株典型采油微生物Pseudomonas aeruginosa WJ-1和Bacillus subtilis SLY-3为研究对象,通过等温吸附实验和流动实验研究了其迁移滞留规律。研究结果表明:多孔介质的比表面积越大,吸附位点越多,菌体的吸附量越大。菌体和多孔介质表面的疏水性关系影响菌体在多孔介质表面的吸附量。采油微生物在油藏多孔介质环境中的总菌浓度一般低于3.5×108cfu/mL,在此条件下,采油微生物在油藏多孔介质中的吸附符合Freundlich吸附等温线。体积较大的微生物运移速度超前,说明采油微生物在多孔介质运移过程中存在不可及孔隙体积。采油微生物在多孔介质运移过程中受到平衡吸附和架桥筛分的共同作用,且架桥筛分的作用相比于平衡吸附更加突出。基于实验研究确定了微生物的迁移滞留机制,并在此基础上修改完善了微生物迁移数学模型。研究成果为微生物采油数值模拟软件的研发与优化提供了实验依据及理论基础。     

聚合物在多孔介质中的流变性研究

聚合物溶液的黏度是油藏方案设计、动态预测和数值模拟中最为重要的输入参数。其中,聚合物的宏观黏度与聚合物经过多孔介质后的剪切黏度具有很大差异。为了进一步完善聚合物驱设计过程中的黏度,采用室内物理模拟方法,利用岩心驱替装置系统分析了不同渗透率、不同质量浓度聚合物的剪切流变性。结果表明,聚合物经过多孔介质剪切后表观黏度均下降,随着岩心渗透率降低,黏度降解的程度增加,黏度损失率均随岩心渗透率的增大而减小。相同渗透率条件下,随着质量浓度的增加,聚合物溶液剪切后表观黏度升高。当聚合物质量浓度低时,黏度剪切降解对渗透率不敏感,随着质量浓度的增加,黏度损失率增加,黏度与剪切次数呈衰减趋势。      

利用聚合物驱产出液浓度剖面模型确定不可入孔隙体积和滞留孔隙体积

聚合物驱数值模拟中不可入孔隙体积和吸附滞留孔隙体积等物理化学参数往往不易准确获得，严重影响了聚合物驱数值模拟结果和矿场动态预测效果。该文以聚合物驱互溶驱替理论为基础，介绍了聚合物驱产出液浓度剖面模型的测定与分析方法。实验测得了大庆油层条件下的聚合物驱产出液浓度剖面模型，求出了相应的不可入孔隙体积和吸附滞留孔隙体积。通过浓度剖面模型确定不可入孔隙体积和吸附滞留孔隙体积的方法，具有操作简单、准确、易于掌握等特点。研究成果对聚合物驱数值模拟技术、聚合物驱方案设计和矿场动态监测有指导意义。     

聚合物凝胶体系在孔隙介质中交联及运移封堵性能研究

聚合物凝胶体系是由部分水解聚丙烯酰胺和XL有机铬交联剂交联而成。采用ESEM2020型环境扫描电镜、聚合物凝胶动态交联和渗流规律实验装置及不同规格的填砂管模型对聚合物凝胶体系的微观交联机理、在孔隙介质中动态交联性能及在岩心中的封堵运移性能进行了研究。实验结果表明,聚合物分子在微观上呈星状结构排列,而聚合物凝胶在微观上呈链状分形结构,是Cr3+与聚丙烯酰胺分子中的羧基交联的结果。动态交联实验结果表明,聚合物凝胶体系在孔隙介质中流动状态下可发生交联,初始交联时间为7～8h,最终交联时间约为70h。聚合物凝胶体系在运移过程中,从填砂管前4个测压段的压力指数来看,各段压力系数均有不同程度的上升,说明聚合物凝胶体系具有良好的运移封堵能力;其在填砂管中的封堵系数随着注入孔隙体积倍数的增大而增大;但随着体系运移距离的增加,封堵能力降低。