凹槽模型中聚合物溶液微观渗流的有限体积方法

为了形成对粘弹性聚合物溶液在微观孔隙中流动行为的完整的数学描述,便于从理论上研究粘弹性流体的微观驱油效率,本文针对残余油的微观存在形式,使用了凹槽流道模型。并结合非线性上随体Maxwell本构方程,动量方程、连续性方程以及两种流道的边界条件,建立了完整的数学模型。采用有限体积法求解了由UCM本构方程、动量方程、连续性方程和流道的边界条件构成的非线性耦合方程组。为了解决流场计算中的一个关键问题,即不合理的压力场的检测,同时为了保证计算的准确度及对压力的物理特性模拟,本文对整个计算域采用交错网格,并且采用乘方格式对动量方程进行离散,从而得出控制方程组的离散方程式。本文选择交替方向隐式迭代法,并补以块修正技术以促进收敛,最后得到了粘弹性流体在收缩流道内流动时的速度场、流函数场。     

粘弹性流体在微孔道中流动的受力分析

针对亲油岩石水驱后残余油膜的存在形式及聚合物溶液的粘弹特性,选取粘弹性流体中的上随体Maxwell本构方程并使用计算流体软件Polyflow对模型进行数值分析。对比研究了在不同的松弛时间,不同的孔道宽度下,聚合物溶液作用于残余油膜上的应力T11的变化趋势,并且将水与聚合物溶液的驱替结果进行了比较。结果表明:随着聚合物溶液弹性的增强,对油膜的作用力T11就越强;孔道宽度与油膜高度越接近,对油膜的作用力就越强;聚合物溶液对油膜的作用力较水溶液强。     

粘弹性聚合物溶液在扩张—收缩孔道中的渗流特征研究

聚合物驱作为一种成熟的提高采收率的方法,得到了工业化的推广应用并且取得了显著效果。为了更加经济有效的使用聚合物驱油,需要对聚合物溶液在微观孔道中的渗流机理、流动特征进行详细的研究。本文将油藏孔隙简化为突缩孔道,应用有限体积方法对黏弹性聚合物溶液在微观孔道中的流动进行模拟,得到了较高威森博格数(We)下的数值解。利用数值分析得到的数值解绘制速度等值线图、流函数等值线图、压力等值线图以及相关曲线,分析研究粘弹性聚合物溶液在微观孔道中的渗流特征。研究表明,聚合物溶液的黏弹性是影响波及效率的主要因素,随着威森博格数(We)的增加,孔道直径突变形成的凸角处流体的速度逐渐增加,波及的范围逐渐增大,有利于凸角处的残余油变成可动油,从而提高聚合物溶液的微观波及效率。     

聚合物流动分子水平的数值模拟

提出一种新的聚合物流动分子水平的模拟方法,即将流线有限元与分子模型的Brown动力学模拟相结合,求解聚合物复杂流动问题。编写了相应的计算程序,成功地对平行平板间的绕圆柱流进行了模拟。研究的流体介质为Oldroyd-B流体,该流体对应虎克哑铃分子模型的牛顿溶剂稀溶液。通过和采用本构方程的计算结果对比,对这一新方法进行了评价。     

三维小球随机堆积多孔介质内黏弹性流体流动数值模拟分析

复杂流体在多孔介质内的流动广泛存在于自然界和工业生产中,研究复杂流体的非牛顿特性对多孔介质内流动的影响具有重要的意义。基于黏弹性流体本构方程,对三维颗粒随机堆积的多孔介质模型进行研究,获得了流体流变性质对多孔介质内流动特性的影响规律。研究发现,流体的流变性质对多孔介质流场内流动的压力降和渗透率等有着显著的影响。对于黏弹性流体来说,随着弛豫时间的增大,即流体的弹性增强,导致流场内压力降减小,渗透率增大;当表征剪切稀化效应的迁移因子增大时流场内部压力降减小,渗透率增大。     

多孔介质内聚合物溶液流变性研究

以渤海油田锦州9-3和绥中36-1聚驱用聚合物作为实验样品进行多孔介质内聚合物溶液流变性实验研究,实验结果表明聚合物原液经过岩心剪切后降解较为严重,预降解后的聚合物溶液注入速度对其粘度影响较小,同时可以看出,虽然流体剪切前后粘度有变化,但在流体启动一瞬间,其固有粘度造成的静切力依然是明显存在且不可忽略的,这也促使我们将流体的启动压力考虑为流体自身的静切力所造成的。     

泡沫液在均质多孔介质内动态驱替过程的二维数值模拟研究

利用随机泡沫数目守恒模型,针对具有收缩进口及收缩出口的均质多孔介质二维模型,对泡沫流体驱替突破前的动态过程开展了数值模拟研究。采用IMPES方法对二维两相泡沫动态驱替过程的控制方程组进行求解,通过液相压力、液相饱和度、气泡数目等参数在多孔介质内的分布结果对泡沫动态驱替特性进行了分析研究。数值模拟结果表明,泡沫驱替过程显示出明显的入口效应,其压力分布、液相饱和度及泡沫数目分布随气体与活化剂溶液在缩小入口的注入呈现明显的发展过程。在泡沫液未完成驱替突破的情况下,缩小出口未显示出对泡沫液驱替特性的影响。数值计算结果与相应实验结果趋势一致,表明所采用的随机泡沫数目守恒模型能够正确表征多孔介质中泡沫的生成及湮灭机理,进而对泡沫液在均质多孔介质内的动态驱替特性进行准确模拟和预测。     

泡沫液在均质多孔介质内动态驱替过程的二维数值模拟研究

利用随机泡沫数目守恒模型,针对具有收缩进口及收缩出口的均质多孔介质二维模型,对泡沫流体驱替突破前的动态过程开展了数值模拟研究。采用IMPES方法对二维两相泡沫动态驱替过程的控制方程组进行求解,通过液相压力、液相饱和度、气泡数目等参数在多孔介质内的分布结果对泡沫动态驱替特性进行了分析研究。数值模拟结果表明,泡沫驱替过程显示出明显的入口效应,其压力分布、液相饱和度及泡沫数目分布随气体与活化剂溶液在缩小入口的注入呈现明显的发展过程。在泡沫液未完成驱替突破的情况下,缩小出口未显示出对泡沫液驱替特性的影响。数值计算结果与相应实验结果趋势一致,表明所采用的随机泡沫数目守恒模型能够正确表征多孔介质中泡沫的生成及湮灭机理,进而对泡沫液在均质多孔介质内的动态驱替特性进行准确模拟和预测。     

基于自组织的两亲聚合物驱油剂的渗流特性研究

针对大庆油田所应用的两亲聚合物,利用化学驱模拟评价装置研究了其渗流特性,得出了其在多孔介质中的渗流规律以及部分影响因素。结果表明,同浓度的两亲聚合物比HPAM的阻力系数和残余阻力系数更大;两亲聚合物比HPAM具有更大的粘弹性,具有更强的抗剪切性,并且在多孔介质中流动存在胀流性的行为;两亲聚合物的浓度越高,阻力系数和残余阻力系数越高;粘度随着老化时间的增长先增加后减小,在增加阶段,老化时间越长,阻力系数和残余阻力系数越大;岩心的渗透率越小,残余阻力系数越大。     

不同分子量聚合物驱相对渗透率曲线对比研究

聚合物驱相对渗透率曲线是描述多孔介质中多相渗流动态及油田聚驱开发指标计算和预测的重要基础资料,而增大聚合物的相对分子量是提高采出程度的重要措施之一。本文选取五种不同分子量的聚合物,通过大量岩心实验,利用非稳态法测定了不同分子量分别在相同浓度和相同粘度条件下的聚合物驱相对渗透率曲线。结果表明,随着聚合物分子量的增加,在相同含水饱和度下聚合物相的相对渗透率逐渐降低;油水两相跨度逐渐增大;曲线的右端点和等渗点都随着分子量的增大向右偏移,说明增加聚合物溶液的粘弹性确实可以提高岩心内部的微观驱油效率。文中还首次给出了聚合物驱残余油饱和度与聚合物分子量之间的数学关系式,为不同分子量聚合物驱数值模拟研究过程中数学模型的完善提供了理论基础。     

聚合物水溶液流经岩心后残余阻力系数预测数学模型

聚合物溶液的残余阻力系数是指当其通过多孔介质时,因为滞留或堵塞造成多孔介质对水渗透率下降的度量。残余阻力系数越大,油层渗透率下降就越大,如果残余阻力系数过大,就会造成油层的阻塞,不利于聚合物驱。通过推导数学公式以及开展流动实验等,对于聚合物溶液流经岩心后的残余阻力系数进行了预测,对于在驱油过程中聚合物的选取有一定的指导意义。     

多孔SiC中黏弹性流体的流变性数值研究

为研究黏弹性流体在多孔SiC中流变行为,将多孔SiC的骨架建成十四面体结构单元的阵列,利用POLYFLOW计算流体力学软件,黏弹性流体的本构方程采用PTT模型,主要研究黏弹性流体流经多孔SiC的法向应力及剪切应力随松弛时间、多孔介质孔径以及流速变化规律,以及剪切速率的分布特点。黏弹性流体弹性越强,孔道结构对其作用的应力越大,从而使聚合物分子链发生断裂的几率越大。     

高浓度聚合物体系特性及驱油效果研究

利用HAAKE RS-150流变仪检测了高浓度聚合物溶液的粘弹性,在人造均质岩心上进行了高浓度聚合物溶液流动实验,在人造非均质岩心上研究了体系浓度对高浓度聚合物溶液驱油效果的影响。结果表明,高浓度聚合物的粘度和弹性均高于低浓度聚合物,高浓度聚合物所具有的高粘弹性使其在岩心中的流动阻力增加,因此阻力系数和残余阻力系数均较高。浓度越高,高浓度聚合物体系化学驱采收率越高。     

孔隙尺度下超临界CO_2驱水两相流数值模拟

以咸水层封存二氧化碳(CO_2)为研究背景,利用流体体积函数(Volume of Fluid,VOF)多相流模型建立孔隙尺度多孔介质计算模型,研究了超临界二氧化碳(Sc-CO_2)注入到含水多孔介质中的两相运移规律。对比分析了毛细管数、地质封存压力、Sc-CO_2注射温度、两相表面张力系数、接触角等因素对两相运移速率以及驱替效率的影响,同时将不同毛细管数下的驱替效率与实验数据进行了对比。研究结果表明,随着毛细管数的增大,驱替效率先减小然后趋于稳定,数值模拟与实验数据吻合良好;在同一孔隙率下,在壁面表现为亲水性时,壁面润湿性越好,驱替速率越快,但驱替效率有所下降;同时毛细管数越小、地质封存压力越低、注射温度越高、张力系数越小驱替速率越快,且驱替效率越高。     

污水配制聚合物溶液稳定性及改进方法研究

以大庆萨南油田南二西和南三西区块为研究平台,首先通过研究由油田新鲜污水和曝氧污水配制的聚合物溶液的粘度稳定性受WDJ-1稳定剂的影响,分析了稳定剂的作用机理;随后,在60 cm长岩心上开展传输运移实验,研究了稳定剂对聚合物溶液在多孔介质里的流动性和传输性能的影响。实验结果表明,在大庆油田45℃低温油藏条件下,使用油田污水配制的聚合物溶液存在明显的化学降解作用;HPAM聚合物的热氧降解是因为自由基O·攻击聚合物造成聚合物链发生断裂,导致溶液粘度急剧降低;在新鲜污水和曝氧污水配制聚合物溶液中添加100~120 mg/L稳定剂,能明显提高聚合物粘度在油层条件下的长期稳定性,改善聚合物溶液在岩石多孔介质中的流动性和传输性能,进而确保污水聚合物驱具有较好的驱油效果。     

稠油聚合物驱渗流速度及驱替效果影响因素分析

考虑稠油的非牛顿特性、聚合物的粘弹性、水相渗透率的下降、不可及孔隙体积以及残余油饱和度的降低等因素,建立并求解了稠油粘弹性聚合物驱渗流数学模型,分析了注入量及聚合物溶液的弹性对驱替速度和驱替效果的影响。结果表明:注入量一定的情况下,在聚合物溶液波及范围内,聚合物溶液弹性越大,注采井间的速度越大,驱替效果越好;聚合物溶液弹性一定的情况下,注入量越大,注采井间的速度越大,驱替效果越好。     

强化泡沫体系性能研究及先导试验

本文通过泡沫流体在多孔介质中的性能研究,通过试验验证并总结归纳了泡沫在油藏运移时有四大特点:①泡沫流体在岩石中具有较大的流动阻力;②泡沫随着渗透率的增大其阻力因子增大;③泡沫对于油水具有选择性封堵能力;④泡沫流体具有良好的驱油效果。由泡沫剂、氮气及聚合物组成的强化泡沫体系,充分发挥了聚合物的粘弹性,表面活性剂降低油水界面张力以及泡沫的高视黏度、对于油水、高渗层的选择性的特点,最大限度的提高采收率,通常提高采收率20%以上。现场试验证明,泡沫能够显著提高注入压力,改善油层吸水剖面,提高油井产量,降低含水。     

多孔介质热流耦合传热模拟研究

针对稠油热采过程中高温高压流体注入油藏多孔介质引起的温度场和速度场的变化情况,以达西定律为基础,采用有限体积法建立多孔介质热流耦合方程。基于REV尺度多孔介质模型进行模拟计算,研究多孔介质的渗透率和体积分数,以及热采过程中热流体的注入压力,对多孔介质内热流耦合传热过程的影响。结果表明:增加渗透率对多孔介质传热的效果优于增加入口压力,固体体积分数增大,增加热阻,导致传热效果降低。增大注入热流体压力,能够增加热量传递速度。     

聚合物驱对储层及其自身性质影响实验研究

目前聚合物驱油技术已成为各大油田提高采收率的主要手段。聚合物溶液在多孔介质中流动过程中，由于其吸附、滞留特性对油层的渗透率、孔隙结构、油水流动特性有一定的影响，聚合物溶液的粘度也会发生变化。通过实验研究，聚合物驱后储层渗透率降低，储层粒度越小渗透率下降程度越大，孔隙度没有明显的变化，聚合物的吸附降低了水溶液和油溶液的渗透率。在高渗的储层中，聚合物吸附对油溶液流动几乎没有影响。储层粒度越小，渗透率越小，聚合物粘度降低的程度越大。     

高温高盐中渗油藏聚合物驱可行性研究

通过黏度测试方法,研究了温度、剪切作用等因素对2种耐温抗盐聚合物(高分子量部分水解聚丙烯酰胺HPAM和疏水缔合聚合物SSRAP)溶液性能的影响。并利用岩心驱替实验,研究了二者的渗流特征以及驱油效率。结果表明,SSRAP在高温高矿化度条件下仍具有较好的增黏能力,表现出较好的耐温耐盐抗剪切性能。在中渗多孔介质中,SSRAP溶液形成动态可逆的物理网络结构,具有良好的注入性,同时又能够建立较高的流动阻力,达到水驱流度控制的目的。在渗透率为200×10-3μm2左右的多孔介质中,1 750 mg/L的SSRAP溶液提高采收率幅度达到20%以上。因此,利用SSRAP在高温高盐中渗油藏开展聚合物驱具有较高的可行性。