黏弹性流体在油藏孔隙中的流动特性

针对油藏孔隙中黏弹性流体的流动特性，选取了黏弹性流体中的上随体Maxwell本构方程描述以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性，同时使用计算流体有限元分析软件Polyflow对收缩流道内的黏弹性聚合物溶液流动过程进行等温数值模拟分析。从理论上研究了不同雷诺数（Re）和韦森博格数（We）条件下聚合物溶液黏弹性对孔隙内速度场和应力场的影响规律。确定当成数和耽数较大时，流体在收缩流道中流动时，流体的流速和应力随韦森博格数的增大而增大；第一法向应力随耽的增大而增大，且在出口窄流道内最大，而在入口宽流道处最小；越靠近壁面，耽数对第一法向应力的影响越大；黏弹性对流速的影响在靠近中心线处较大，靠近壁面处影响较小。     

聚合物溶液黏弹性驱油微观机理

采用力学分析方法,针对被毛管力束缚在孔喉处的残余油,突扩孔隙空间的残余油以及盲端残余油,理论上分析了聚合物溶液黏弹性驱油微观机理,分别得到了聚合物溶液黏弹性作用下微观残余油动用增量表达式。当考虑黏弹性时,孔喉处可动油的临界半径要大于单考虑聚合物溶液黏性时的临界半径,这使得一部分原来不流动的孔喉残余油滴会发生流动,原来可动的油滴更容易动起来,提高了残余油动用程度。分析结果表明,单依靠聚合物溶液的黏性几乎不可能把盲端残余油驱替出来。当考虑聚合物溶液黏弹性的挤出胀大效应时,会进一步将突扩孔隙空间内、盲端残余油驱替出来。提出了表示毛管力和重力相对大小的无量纲量,当该无量纲量越大时,理论推导的突扩孔隙空间及盲端残余油动用量表达式就越准确。     

盲端孔道内粘弹性聚合物驱油两相渗流规律

已有的聚合物溶液单相渗流理论与实验研究均已证实聚合物的弹性特征能够扩大其在多孔介质内的波及效率。在黏弹性聚合物溶液单相渗流理论的基础上,针对黏弹性聚合物溶液、原油两相流动中弹性对两相渗流的作用机制问题,建立了黏弹性流体、牛顿流体的两相渗流控制方程,用VOF方法进行两相界面追踪,以OpenFOAM为平台,运用有限体积法对控制方程组数值求解,研究了黏弹性聚合物溶液在盲端孔道内的流动规律。从饱和度分布、速度分布、驱替压差和第一法向应力差变化特征方面,揭示了黏弹性聚合物溶液的微观渗流机理。结果表明：随着松弛时间的增加,即聚合物溶液弹性的增大,两相界面向盲端内部扩展越深,驱油效率越高;当驱替时间达23.0s时,松弛时间为0.100s的聚合物溶液驱油效率,比松弛时间为0.001、0.010s时分别高19.0%、9.2%;聚合物溶液的弹性越大,附加压降越大,其第一法向应力差也越大,在一定程度上可提高驱油效率。研究结果为油田三次采油聚合物驱油体系设计、筛选提供了重要理论支持,同时有益于丰富黏弹性聚合物溶液的驱油机理。     

黏弹性聚合物溶液微观波及效率分析

为进一步了解黏弹性聚合物溶液的驱油机理,提高驱油效率,对黏弹性溶液的微观波及效率进行了分析研究。首先,在雷诺数为定值条件下,计算绘制黏弹性聚合物溶液的速度等值线图、第一法向应力等值线图、第二法向应力等值线图;然后,在不同雷诺数条件下,计算绘制微观波及效率随威森伯格数的变化情况。在此基础上,根据应力场中值为0的等值线在突扩流道凸角处伸展区域的不同,对微观波及效率的变化进行解释。研究结果表明,当应力场中有利于死油区内流体流动的应力区域向突扩孔道凸角的死油区扩张时,能够使更多的流体流动起来,在速度场上就表现为速度等值线向凸角伸展,进而增加微观波及效率。     

聚合物溶液在驱油过程中对盲端类残余油的弹性作用

从微观驱油实验出发,研究了聚合物溶液的粘弹性对驱油效率的影响,定量分析了聚合物溶液的弹性在驱油过程中对残余油的作用机理.研究结果表明,对于油湿盲端,随着聚合物溶液弹性的增加,盲端类残余油的驱油效率提高.对于水湿“盲端”,聚合物溶液不能提高不可动残余油的驱替效率.如果“盲端”处的残余油为可动油,或有其他油滴流入“盲端”与残余油聚并,即可形成较大的可动油滴,用粘弹性流体驱替,可使“盲端”处残余油饱和度降低.对仿真类孔隙介质,聚合物溶液的粘弹性均可提高微观驱油效率.     

缔合聚合物溶液在多孔介质中的流变性实验

通过阻力系数、残余阻力系数随孔隙流速的变化,研究了缔合聚合物溶液在多孔介质中的流变规律。研究结果表明,在临界缔合浓度(CAC)上,缔合聚合物溶液的阻力系数随孔隙流速的增加先下降、后上升,当上升到一定程度时又开始下降;当浓度在CAC以下时,溶液的阻力系数随孔隙流速的增加先上升后下降;缔合聚合物溶液的残余阻力系数随孔隙流速的增加先上升、后下降。与MO4000相比,缔合聚合物溶液具有更好地改善水驱流度比的能力,且岩心渗透率越低,改善水驱流度比的能力越强,表现出弹性效应的孔隙流速越低;在低速下缔合聚合物溶液阻力系数的增加主要来源于其比较高的吸附滞留量,而在高速下其阻力系数增加主要来源于溶液比较好的弹性。     

速溶聚合物及其Cr3+凝胶渗流特性

与陆地油田相比较,海上平台空间狭小,对聚合物配注设备工艺和聚合物溶解速度提出了更高要求。依据海上油田矿场实际需求,本文针对渤海主要油田油藏地质和流体条件,对“速溶”聚合物产品的溶解性及其聚合物溶液和Cr³⁺凝胶黏度特性、流变性、黏弹性、分子线团尺寸和渗流特性进行了实验研究。结果表明,在渤海主要油田油藏温度和溶剂水矿化度条件下,“速溶”聚合物溶解性优于“高分”聚合物,同时表现出较强的增黏性、流变性和黏弹性。与聚合物溶液中“线性支链状”聚集体相比较,Cr³⁺聚合物凝胶内聚合物分子以“局部网状”聚集体为主,柔性变差,刚性增强,渗流阻力增加。在后续水驱过程中,注入水稀释作用导致滞留岩心孔隙内Cr³⁺聚合物凝胶分子线团尺寸Dh增加,其增加的渗流阻力大于因部分滞留聚合物离开岩心而减小的渗流阻力,这导致Cr³⁺聚合物凝胶注入压力升高,残余阻力系数大于阻力系数,表现出与聚合物溶液不同的渗流特性。     

渤海湾盆地永安油田永66区块氮气驱油机理

为研究渤海湾盆地永安油田永66区块氮气驱油机理及其变化规律,在地质认识基础上开展了流体相态实验和数值模拟研究。结果表明：①注氮气吞吐过程中,地层倾角、驱替速度以及毛管压力的大小对地层含油饱和度和界面张力的变化均具有明显控制作用;②地层倾角越大、驱替速度越快,原油越容易被驱替至油藏底部,从而油藏底部的含油饱和度越大,而油藏顶部流体则变成油气两相,界面张力增加;③在氮气驱油过程中,随着毛管压力的增加,气体进入孔隙的阻力增大,底部含油饱和度也会随之增大,但原油向油层底部聚集的速度减慢,顶部界面张力增大,含油饱和度和界面张力变化的范围和程度逐渐减小。该研究成果对油气田开发过程中利用氮气驱油提高采收率具有指导作用。     

两性疏水缔合聚丙烯酰胺(AHAPAM)溶液孔隙介质流动行为研究

研究了AHAPAM溶液孔隙介质内流动过程的宏观与微观运移,及其在该过程中的聚集态变化和孔隙内溶液分布及变化特征;对流动过程中影响溶液黏弹性的因素进行分类和讨论.压力变化趋势表明,AHAPAM溶液孔隙介质传播分阶段进行,有效黏度前锋流速远低于体积流速;孔隙内溶液的波及效率和深度大于传统PAM溶液,且在剪切变稀区仍可提高波及效率.孔隙流动前后的溶液性质研究表明,入口效应、吸附和剪切作用是溶液黏度降低的主要原因,其中吸附逐渐达到饱和,剪切和入口效应稳定存在.孔隙内聚合物分布研究表明,溶液在孔隙介质中的微观运移不受压力影响,虽然速度缓慢,但可进一步提高波及能力.     

黏弹性聚合物溶液对盲端类残余油的微观作用机理

通过实验研究了黏弹性聚合物溶液对盲端类残余油的微观作用机理,得出了在油湿状态下,随着聚合物浓度的增加,即随着聚合物溶液弹性的增加,盲端类残余油的驱油效率有所提高;在水湿状态下,聚合物溶液不能提高不可动残余油的驱替效率,但能够提高可动油的驱油效率,即亲水岩心盲端状残余油若要流动,它必须先转变为可动油.     

A study of different fluid droplets impacting on a liquid film

Knowledge of droplet dynamics provides the basis of predicting pressure drops, holdups and corrosion inhibitor distribution in multiphase flow. Droplet size and its distribution also determine the separation efficiency between different phases. Experimental observations were conducted for droplet impingements with different fluids, droplet sizes and velocities, and film thicknesses. The observed transition boundaries were compared with the models developed by different authors. For impingement on a deep pool surface, the Marengo and Tropea correlation for splashing does not agree with the experimental results in this study. The Bai and Gosman critical Weber number for bouncing agrees with the water results but not the oil results. Three new correlations for transition boundaries between bouncing, coalescence, jetting and splashing were proposed and compared with the experimental observations.     

微孔道中残余油膜受力与变形的数值计算

为了分析流体的粘弹性和岩石的润湿性对微孔道中残余油膜受力和变形的影响,从水动力学角度探索聚合物溶液的驱替机理,结合连续性方程、运动方程、上随体Maxwell本构方程建立了粘弹性流体在微孔道中的流动方程,运用数值分析对流场进行了计算,得到了聚合物溶液作用在不同润湿性岩石表面上的残余油膜的受力及变形情况。计算结果表明:与无弹性的驱替液相比,聚合物溶液作用在残余油膜上的法向偏应力发生了突变,同时聚合物溶液的粘弹性越大,作用在残余油膜上的法向偏应力越大,残余油膜的变形就越大;对于不同润湿性的岩石,亲油岩石表面的油膜比亲水的变形稍大一些,为下一步计算特殊边界条件的残余油的受力与变形及残余油膜的破裂问题奠定了基础。     

聚合物驱最佳驱油速度的选择

聚合物溶液在孔隙介质中流动时,有效粘度、粘弹性、分子滞留量都是速度的函数。本文研究了聚合物溶液在孔隙介质中的流变特性,找出聚合物开始产生拉伸变形所对应的临界流速VC1以及开始出现胀流型特征的临界流速VC2。在此基础之上,通过驱油试验进一步研究过反对聚合物驱采收率的影响,认为存在一个最佳驱油速度范围,在此速度范围内采收率最高。     

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针对水平井地层渗透率各向异性的特性，文章假设地层为水平均质，水平方向渗透率相同，但不同于垂向渗透率，酸液为不可压缩流体，建立了酸液在稳态流动下的渗流微分方程。根据所建立的渗流微分方程，通过中间变量的变换、分离变量等数学手段，导出了水平井在渗透率各向异性情况下的压力场与流速场的计算公式。该计算公式具有物理意义明确，实用性强等优点。实例计算表明酸液等压线为一族同心椭圆，而流速场呈平面椭圆辐射状，越靠近水平井筒，等压线越密集，酸液流速越大，压力降落主要集中在井筒附近的地层中。渗透率各向同性地层酸液的压力场与流速场只是它的一个特殊情况。文中所建模型为水平井酸化模拟及酸化设计提供了依据。     

桩海潜山场-势效应与油气聚集的关系

利用钻井、测井、三维地震及速度谱资料,分别采用有限元法、Fillippone法和Hubbert法模拟和研究了胜利油田桩海地区太古界潜山油藏应力场、压力场及流体势场的特征,并分析讨论了其与油气聚集之间的关系.研究结果表明,潜山油气藏的形成直接受地应力场、压力场、温度场及流体势场的控制和制约.表现为:现今油气的富集区基本上位于地应力场中的张应力和张扭应力分布区、整体正常压力系数分布的相对高值区和地温梯度的相对高值区.潜山油气运聚在宏观上遵循由高势区向低势区运移、聚集的规律,但在局部地区,油气的富集还与流体势场等值线的形态等因素密切相关.     

孔喉尺度弹性微球运移封堵特性研究

为了进一步明确孔喉尺度弹性微球调剖剂的深部液流转向机理,通过进行理论分析,并开展微球在水驱后、聚合物驱后岩心中的运移封堵实验及多测点运移封堵实验,研究了微球在多孔介质中的运移封堵特性．研究表明：微球分子三维网络结构中高分子链的柔性及物理交联点和自由水的可动性是其具有良好的弹性变形能力和运移封堵能力的基础：微球在水驱后、聚合物驱后岩心中的运移均表现出“波动式压力变化”的特征．不同的是在聚合物驱后岩心中压力波动幅度较小,压力的波动变化说明微球在多孔介质中不断运移、封堵、弹性变形、再运移、再封堵,直至岩心深部：微球在多测点岩心中可以运移至末端测点,并可以在运移的全程进行有效封堵。微球良好的运移封堵性能是其实现深部液流转向作用、扩大波及体积并提高油藏采收率的基础：微球对水驱、聚合物驱后油藏的良好适应性,将在各种油藏进行深部调剖提高采收率的进程中发挥更大的作用。     

多羟基聚合物钻井液研制及应用

多羟基聚合物具有较高的羟基密度而且羟基是三维的和多方向的,这些特点加强了多羟基聚合物对页岩抑制作用。以多羟基聚合物为主刘,在对聚合物包被剂、防塌剂和降滤失剂进行优选实验的基础上,研制了多羟基聚合物钻井液。对该钻井液的抑制性、流变性、滤失造壁性、润滑性以及对油气层的保护性能进行了评价实验,分析了该钻井液的作用机理,并进行了现场试验。室内实验和现场应用表明,多羟基聚合物钻井液具有优良的防塌性、润滑性和滤失造壁性,能有效抑制粘土水化膨胀与分散,起到稳定井壁及保护油气层的作用,能满足复杂地质条件下钻井的需要。     

油气成藏动力学中的流体动力场

温度场、压力场、能量场和应力场是流体动力场研究的主要内容。现今温度场一般根据钻井实测地温及大地热流测试确定,古地温场主要依据包裹体均一温度确定。压力场的研究方法颇多,主要有声波测井、实测地层压力和地震层速度方法,前两种方法主要应用于已钻探区,后者则重点应用于非钻探区。在进行能量场分析时,应注重在三维烃源岩体和流体输导体系发育的格架下,恢复古流体势。通常情况下,应力值较大的地域,其流体压力值也较高,对某一具体地区而言,首先应划分单井纵向压实-压力带,然后划分压力系统,最后进行正演模拟,探讨压力形成机制。地下流体动力场之间存在着互相联系、彼此耦合的关系,因此,须用整体的观点系统研究。     

基于FLUENT分析的管壳式换热器筒体腐蚀预测

换热器筒体腐蚀的影响因素众多,流体流速、温度、操作压力和介质成分等流体力学参数是影响换热器内腐蚀的关键因素。现有的腐蚀检测方法难以全面考虑流体流速和温度等流体力学参数的影响,检测精度降低,对于缺陷的探测、描述、定位及确定缺陷大小的可靠性较差。本文采用基于计算流体力学的数值模拟原理,利用有限体积法、RNG模型和壁面函数法,利用FLUENT软件对浮头管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了三维数值模拟,计算了管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,并在此基础上分析筒体的冲蚀规律。