多孔介质中滞留聚合物分子的粘弹效应模型

本文对三种不同的人造岩心用部分水解聚丙烯酰胺溶液进行了流动试验,发现在水泥和环氧树脂胶结的不均质石英砂岩心中具有粘弹效应;而在致密的磷酸铝烧结的刚玉砂岩心中未发现粘弹效应。根据测出的残余效应系数分析,认为这可能与岩心的孔隙结构、渗透率等因素有关。对存在粘弹效应的岩心,基于开尔文模型,作者提出了多孔介质中滞留聚合物分子产生回复形变的数学模型。 对于试验曲线,用最小二乘法拟合出流量与时间的关系式,它与聚合物分子回复形变的数学模型具有一致形式,于是本文从理论上论证了滞留有聚合物分子的多孔介质中,在降低水的流动压差至稳定后,流量随时间呈指数变化的规律是滞留聚合物分子的粘弹性造成的。     

孔隙介质中滞留聚合物分子的粘弹效应系数

本文在文献[1]的基础上做了进一步的试验研究,发现慢速降压过程流速对时间的依赖关系呈指数曲线形式,同时进行了慢速升压试验,同样发现流速与时间的指数关系。文中对文献[1]定义的附加残余效应系数提出了修改,重新定义为滞留分子粘弹效应系数,对降压过程和升压过程的粘弹效应系数进行了对比。通过岩心出口液浓度数据,证实了文中描述的粘弹效应机理和分子构象改变的物理模型的可靠性。     

部份水解聚丙烯酰胺溶液在SiO_2表面的吸附作用与流动行为

在提高SiO_2砂岩储油层采收率过程中,因聚合物溶液流经孔隙介质时会发生吸附与滞留或漏失作用,可用作流动度控制剂。部份水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液流经SiO_2孔隙介质时,溶液粘度增高,渗透率显著降低,因而引起流动度降低。本文研究了HPAM在SiO_2表面的等温静态吸附,HPAM溶液流经SiO_2岩心与SiO_2玻璃砂熔结圆板时的滞留作用与流动特性。     

聚合物溶液在多孔介质中渗流的附加残余效应

本文着重介绍了在实验测定聚合物溶液残余阻力系数(FRR)时所发现的一种特殊现象——FRR的时间相关性。可以认为这是滞留在多孔介质中聚合物分子当注入水流速变化时产生的附加残余效应。本文定义了附加残余效应系数(F_(ARE))。根据部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)水溶液在力场作用下分子构象的变化,分析了粘弹性可能是产生附加残余效应的根本原因;岩心渗透率是影响F_(ARE)的一种因素。作者认为存在着利用这种效应进一步改善流度控制的可能性。     

缔合聚合物溶液的粘弹性实验研究

在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度变化过程中缔合聚合物溶液的动态粘弹性,结果表明:浓度和矿化度对其溶液粘弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;HPAM溶液的粘弹性是由分子链间的缠结作用引起的,而缔合聚合物溶液的粘弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的,因此缔合聚合物溶液在比较低的浓度下就表现出了明显的弹性;在低而宽的频率范围内,缔合聚合物溶液的弹性明显大于HPAM溶液的弹性,说明缔合聚合物溶液在多孔介质中流动时,在比较小的剪切速率下就表现出弹性.这就意味着不需要很高的注入速度,就可以达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的.     

聚合物溶液在多孔介质中流动规律实验研究

由于孔隙介质的复杂性和聚合物溶液的黏弹性,导致聚合物溶液在多孔介质中流动与在流变仪中的流动相比更加复杂,同时聚合物溶液在多孔介质中的流动规律直接关系到驱油方案的制定。因此本研究设计并开展了聚合物溶液(部分水解聚丙烯酰胺)在岩心中流动参数测定实验,给出了岩心渗透率、聚合物溶液质量浓度、聚合物相对分子质量、聚合物溶液注入速度对阻力系数、岩心中流动黏度的影响规律。结果表明,聚合物溶液存在一个临界质量浓度,当溶液质量浓度低于临界质量浓度时,阻力系数与表观黏度基本相等;当溶液质量浓度高于临界质量浓度时,阻力系数远小于溶液表观黏度,且随着溶液质量浓度增加,两者之间差值增大。聚合物溶液在岩心中流动黏度远小于溶液在流变仪中表观黏度,且随着溶液质量浓度增加,溶液在岩心中流动黏度的增加幅度远小于溶液表观黏度的增加幅度。     

多孔介质剪切作用对聚合物溶液有效黏度的影响

聚合物溶液在驱油过程中的黏性损失直接影响其波及效果,模拟研究聚合物溶液在岩心中黏度损失具有重要意义。使用特定聚合物HPAM溶液在不同尺度岩心中渗流达到稳定,采用面积积分法,建立剪切作用对黏度损失贡献率的变化规律曲线。结果表明,HPAM溶液在近井地带高速流动时,剪切作用在黏度损失中的贡献率可达到100%,而对聚合物溶液渗流前缘影响较小,前缘黏度损失主要受滞留和水稀释作用的影响。质量浓度为1.5 gL的HPAM溶液与1.8 gL的相比,剪切作用易达到稳定,对黏度损失贡献率较小。     

聚合物HPAM对低渗岩心的注入特性研究

聚合物HPAM驱技术已广泛地应用于油田并取得了巨大的经济效益.目前低渗油藏对聚合物驱的适应性正处于探索阶段,开展低渗油藏注聚可行性的研究具有重要的应用价值.采用德国RS-600流变仪双狭缝DG41Ti测量系统,针对低渗油藏聚合物驱的HPAM流变性进行了研究,根据注入不同浓度的聚合物和后续注水压差的变化,测定了阻力系数和残余阻力系数,研究了低渗油藏注聚的可行性.实验结果表明：HPAM溶液阳离子屏蔽效应会降低溶液视粘度,减小溶液剪切稀释特性.随着HPAM溶液注入速度升高,岩心的注入压力很快上升并达到稳定,压力随流速呈非线性关系;HPAM长链分子被剪断,粘度降低,阻力系数逐渐下降.对低渗透率岩心,HPAM浓度750mg/L的残余阻力系数高于浓度1000mg/L.     

储层中菌体微观调剖驱油效果分析

为说明菌体在储层孔道中的滞留对微生物驱油效果的贡献,借助微观仿真孔隙透明模型观察了菌体在多孔介质孔道中滞留聚集现象,测定了岩心中菌体滞留引起的油水两相相对渗透率的变化,分析菌体在储层孔道中的滞留聚集规律,及其对储层中油水两相流体流动能力的影响.研究发现,微观仿真孔隙透明模型中的驱动压力随菌体在储层孔道中的滞留量增加呈阶梯状渐升,驱出液中的菌体含量下降到一定值后趋于相对稳定;岩心中菌体的滞留造成油水两相的共渗区域扩大,油相相对渗透率曲线后移,水相相对渗透率曲线下降.表明储层孔道中滞留的菌体降低了水流沿大孔道渗流的能力,扩大了注水波及体积,起到了微观调剖作用,有助提高原油采收率.     

HPAM溶液在油藏岩石中的物化参数测定方法研究

针对某油藏,用配方研究中筛选出来的聚合物,用岩心流动实验方法评价了聚合物的注入性,提出了“串联岩心实验法”对评价聚合物溶液的注入性比传统的“多测压点长岩心实验法”简洁,方便。实验研究了聚合物在油藏岩石中的静态吸附规律,发现在低浓度段与Langmuir等温吸附规律存在明显偏差。用“双段塞法”测定了聚合物在油藏岩石中的不可入孔隙体积和滞留量,为CMG－STAR模拟器提供了相关参数,并为该油藏实施弱交联聚合物调驱可行性研究和矿场试验提供了重大依据。     

交联聚合物溶液蠕变回复效应及对驱油效率影响

进行了交联聚合物溶液在多孔介质中的流动试验,观察到交联聚合物溶液的蠕变回复现象,说明交联聚合物溶液在多孔介质中产生了粘弹效应.通过交联聚合物溶液变流速(67,161,67 cm/d)与恒速(67 cm/d)驱油时,即存在蠕变回复效应和无蠕变回复效应驱油,考察交联聚合物溶液蠕变回复效应对驱油效率的影响,结果表明,在本实验条件下,蠕变回复效应能增加原油采收率1.5%.     

聚合物驱相对渗透率曲线的特征研究

本文在研究聚合物溶液流经多孔介质时的流变性基础上，确定了聚合物溶液在多孔介质的有效粘度与分流量和相饱和度之间的关系式。从而解决了聚合物吸附／滞留及非牛顿流效应的影响，建立了稳定法测定聚合物驱相对渗透率曲线的实验技术和方法。成功地测得了油／聚合物溶液体系的相渗曲线和注聚合物段塞后的油／水体系的相渗曲线，并确定了适当的相渗曲线经验方程。讨论了聚合物驱相渗曲线的特征，分析了水相中的自由聚合物分子和岩石中吸附／滞留的聚合物对相渗曲线的影响，真实地反映了聚合物驱过程中的多相渗流规律。     

多孔介质内流体流动的大涡格子Boltzmann方法研究

为研究多孔介质内流动随Re数变化的特点,采用结合Smagorinsky亚格子模型的格子Boltzmann方法(LES-LBM)对多孔介质内流动进行了数值模拟.结果表明：多孔介质内的单相流动在高Re数时会表现出复杂的非线性现象;LES-LBM克服了传统LBGK方法模拟高Re数流动时容易产生数值不稳定的缺点,能清晰地描述出多孔介质内流动存在的3个区域,即低速时的线性达西区、过渡区和高速时的非线性二次区;不同Re下的流线图还说明微观的惯性作用最终导致了多孔介质宏观上的非线性现象,多孔介质流动呈现明显的多尺度特征.进一步分析计算结果可以证明：LES-LBM方法能准确地验证Darcy-Forchhimer阻力方程,Darcy-Forchhimer总阻力随Re数增加而增加,随孔隙率增加而减小,并且小孔隙率下的Forchhimer阻力占总阻力比例小于大孔隙率时的比例.     

多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数.将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础.模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数.研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(K.)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响.结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数.当K8大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大.当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大.     

孔隙介质中气体相变超声波测试方法研究

依据孔隙介质中的弹性波理论,以 Ｃ Ｏ２ 气体为对象,研究了无介质和有孔隙介质两种情况下气体相态转变的超声波测试新方法。结果表明：超声波声速和衰减对 Ｃ Ｏ２ 气体相变敏感;而孔隙介质可能一定程度地影响了 Ｃ Ｏ２ 气体的相行为,既改变其饱和蒸汽压,也减缓其相变的突变程度。这种超声波方法有望进一步发展为研究孔隙介质中凝析气相行为的新测试技术。     

渗流无量纲运动方程的分析

利用渗流流体力学理论研究流体的渗流问题．在渗流运动方程的基础上，利用无量纲参数写出渗流的无量纲运动方程，并对渗流的无量纲运动方程进行分析．通过分析与比较可知，渗透阻力项在渗流运动方程中起着主导作用，而粘性力项和惯性力项相对于渗透阻力项通常都是非常小的，一般可以忽略不计；许多实际渗流一般不是小雷诺数流动．     

多孔介质反应器内传热特性模拟

根据多孔介质流动、传热理论,采用了多孔介质内流动、能量传递的相关数学模型,并采用P1近似法处理多孔介质的辐射吸收过程,最后运用CFD软件,计算得出了孔隙率、材料材质、流速等因素对多孔介质区温度场、对流换热系数、努赛尔数的影响.     

聚合物溶液在孔隙介质中的蠕变回复和驱油效率

实验室进行了三种不同分子量聚合物溶液在多孔介质中的蠕变回复实验 ,多孔介质采用的是三种不同结构的微观模型 ,即 :毛细管模型、网格模型和天然模型。通过对模型实验数据的拟合 ,确定了聚合物溶液的松弛时间 ,并根据松弛时间大小和流量变化率 ,评价了不同分子量聚合物溶液的粘弹性行为 ;还采用人造岩芯研究了聚合物溶液在多孔介质中的蠕变回复[1] 与驱油效率的关系。结果表明 ,聚合物分子量越大 ,松弛时间越长 ,且蠕变回复过程中流量变化率与聚合物分子量有关 ,同时 ,通过聚合物溶液的蠕变回复可以提高驱油效率     

Slip flow and variable properties of viscoelastic fluid past a stretching surface embedded in a porous medium with heat generation

This study examines theoretically and computationally the non-Newtonian boundary layer flow and heat transfer for a viscoelastic fluid over a stretching continuous sheet embedded in a porous medium with variable fluid properties, slip velocity, and internal heat generation/absorption. The flow in boundary layer is considered to be generated solely by the stretching of the sheet adjacent to porous medium with boundary wall slip condition. Highly nonlinear momentum and thermal boundary layer equations governing the flow and heat transfer are reduced to set of nonlinear ordinary differential equations by appropriate transformation. The resulting ODEs are successfully solved numerically with the help of shooting method. Graphical results are shown for non-dimensional velocities and temperature. The effects of heat generation/absorption parameter, the porous parameter, the viscoelastic parameter, velocity slip parameter, variable thermal conductivity and the Prandtl number on the flow and temperature profiles are presented. Moreover, the local skin-friction coefficient and Nusselt number are presented. Comparison of numerical results is made with the earlier published results under limiting cases.