畢業設計-聚合物驅影響驅油效果研究-資料下載頁

【導讀】近幾年來，聚合物驅油技術在油田得到廣泛應用。為適應油田聚合物驅的需。油層垂向滲透率對聚驅開發效果的影響。度越高，反之，越低，對于反韻律油層，垂向滲透性越差，聚驅增采幅度越高，文中還提出了一些改善聚驅開發效果的措施，包括：采用污水配制。聚合物溶液、優選聚合物注入速度和優選井網井距。具有一定的指導意義。

　　

【正文】 一端吸附到大分子表面，形成一溶劑化層即雙電層，從而使分子鏈的流體力學等價球體積增大。 當聚合物溶液中 Na+和 K+的質量濃度從 (見表 41)，依據 SternGrahame 雙電層模型理論，與聚合物分子鏈表面電荷相反的Na+和 K+會向 Stern 層運移，一部分還將進入 Stern 層，中和分子鏈表面上的部分哈爾濱 石油學院本科生畢業設計（論文） 25 電荷。這不僅導致擴散層厚度減小、 ξ 電勢下降，而且引起聚合物分子鏈卷曲和收縮。 進一步分析表明，清水條件下聚 合物分子鏈呈舒展狀態，柔曲性好，分子鏈間相互纏繞，促使內摩擦力增加， 使 聚合物溶液具有良好 的 整體粘度特性和粘彈性。在污水條件下，高質量濃度金屬離子的電荷屏蔽作用引起聚合物分子鏈蜷縮，部分分子鏈間發生“粘貼” ,導致聚合物溶液的粘彈性和流變性變差。 依據 SternGrahame 雙電層模型理論，聚合物相對分子質量 越 大，分子鏈 越長，分子鏈表面負電荷數 越 多，能夠中和的 Na+和 K+數就 越 多。聚合物質量濃度 越大，鈉羧基 越 多，負電荷數 越 多，能夠中和的 Na+和 K+數也就 越 多。在溶液礦化度相同情況下，聚合物相對分子質量 越 大或聚 合物質量濃度 越 高，礦化度對其影響減弱，增粘能力 越 強。因此，適當增加污水高相對分子質量聚合物溶液的質量濃度，其工作粘度將比清水中相對分子質量大，驅油效果將會更好。 表 43 中“大慶抗鹽”和“山東勝利”污水聚合物溶液的“工作粘度”都比“大慶中分”清水聚合物溶液的低，而采收率增幅卻較大或相當。這主要是由于污水聚合物溶液礦化度與地層水礦化度比較接近，而清水聚合物溶液礦化度比地層水礦化度低很多，注入地層后污水聚合物溶液的“工作粘度”受地層水礦化度影響比清水聚合物溶液的小，即污水聚合物溶液在地層中的實際粘度要比清水聚合 物溶液的高。 認識 （ 1） 適當增加聚合物相對分子質量和聚合物質量濃度，污水聚合物溶液可取得比清水聚合物溶液更好或相當的增油效果； （ 2） 當“大慶抗鹽”聚合物質量濃度高于 1100mg/L 時，污水聚合物溶液的驅油效果將優于 1000mg/L“大慶中分”清水聚合物溶液的驅油效果； （ 3） 在 3種污水聚合物溶液中，“北京恒聚”聚合物驅的增油效果較好，“大慶抗鹽”聚合物驅的次之，“山東勝利”聚合物驅的較差。 優選聚合物注入速度 [2123] 聚合物溶液的注入速度 越高，剪切速率越大，粘度下降越大， 總體驅油效果越差。因此，要提高聚合物驅油的開發效果，必須選擇合理的聚合物注入速度。 驅替速度與有效粘度 的 關系 聚合物溶液在孔隙介質中呈現的流變性與在等徑的毛管中所呈現的流變性不哈爾濱 石油學院本科生畢業設計（論文） 26 完全相同。在等徑毛管中，溶液只遭受剪切力作用，溶液的流變性服從冪律模式。而 孔隙介質中存在收縮 擴大的流道，有拉伸應力產生，聚合物分子會發生拉伸變形。由于聚合物分子鏈具有柔曲性，形變不是瞬時完成，而是對時間有依賴性。同樣，當應力解除后，形變又將隨時間回復，這是聚合物溶液具有的粘彈特征。由于分子反抗拉伸而產生的阻力表現為彈性 粘度， 它隨拉伸速度增加而增大。因此，聚合物溶液在孔隙介質中的有效粘度 由剪切粘度和彈性粘度組成，其表達式為： ? =???剪 彈 （ 41） 驅替速度與有效粘度關系由 實 驗所測得的 HPAM 溶液的流變曲線表示 ,見圖41。圖 41 中虛線表示用旋轉粘度計測得的聚合物溶液剪切粘度與驅替速度的關系，實線表示聚合物溶液通過多孔介質時，在不同速度下所具有的有效粘度。可將流速劃分為 3個區間：在第 1 區間，當速率低于 ν cl時 ,兩曲線重合 ,有效粘度等于剪切粘度 ,表明在較低流速下，聚合物分子在孔隙介質中沒有產生拉伸變形，純屬剪切流動。當速率達到 ν c1時，聚合物分子開始發生拉伸變形，有彈性粘度產生，將速率 ν c1定義為臨界粘彈流速。在第 2 區間，由于速率不很高，聚合物仍以剪切流動為主，在孔喉處不會出現大的拉伸速率，這時大分子在剪切力場作用下順流動方向伸展定向，流動阻力隨速度增加而降低，即粘度隨速度增加而減少，流變性呈假塑型。在第 3區間，流速超過 ν c2后，繼續增加流速，孔喉處的流速和拉伸速率都顯著增 加，孔隙介質中的流動以拉伸流動為主，剪切流動退居次要地位。在這個區域，粘彈性對有效粘度的影響十分明顯，有效粘度隨流速的增大而增加，流變特性出現脹流型。將速率 ν c2稱為臨界流變流速。從速度與有效粘度關系曲線的分析可以看出，聚合物的驅替速度直接影響聚合物溶液的有效粘度，也影響采收率。 圖 41 速度與有效粘度關系曲線 最佳驅油速度選擇方法 哈爾濱 石油學院本科生畢業設計（論文） 27 該實驗選擇使用相對分子質量為 107的 3330S 型聚合物，對該種聚合物溶液的實驗 結果見表 4 46。 表 45 3組實驗臨界流速測定 組別 巖心號 K/(μ m2) Φ /% ν c1/(m d1) ν c2/(m d1) 1 32a 2 19a 3 17b 表 46 3組實驗驅油效率對比 組別 巖心 K/ (μ m2) Φ /% SCW /% ν / (m d1) 注入體積倍數 EW/% EP/% (EPEW) /% 殘余阻力系數 1 32b — 32c — 32d — 2 19b — 19c 19d 3 17a 17b 17c 從表 4表 46 中可以看出，同一組的巖心物性相似，可近似認為同一組巖心具有相同的臨界粘彈流速 ν c1和臨界流變流速 ν c2。當注入速度低于 ν c1 時 (見表 46 中 32b巖心 )，水驅采收率和聚合物驅采收率都相對較低。這是因為注入速度低，聚合物中的大分子構象仍然處于卷曲團狀，無法進入尺寸比它小的孔道，使聚合物驅無法起到應有的作用。當注入速度大于 ν c1時 (見表 46中 32c 巖心 )，聚合物驅油效率顯著升高，比同樣速度下水驅采出程度提高 %，比注入速度小于 ν c1時的采收率提高 %，這種現象說明，聚合物在大于臨界粘彈流速時，分子產生拉伸變形，一部分聚合物分子進入低速下不可能進入的孔隙，增加了下游孔隙內排驅液的有效粘度，因而提高了毛管數，使采收率提高。同樣，由于聚合物 分子拉伸變形而產生的附加壓降為排驅殘余油滴提供了動力，它不僅使與孔喉并聯的毛管中的殘余油發生流動，同時對下游油滴也起到推動作用。當注入速度大于臨界流變速度時 (32d)，采收率進一步提高，該現象是聚合物粘彈效應充分發揮的結果。聚合物拉伸程度以及拉伸后所產生的附加壓降隨速度的增加而升高。當提高流速時， Δ p進一步加大 ,使殘余油更容易流動 。 表 46中 ,對于 19c 巖心所選流速略大于 ν c2，此時聚合物驅油效率高達 %，但當驅油速度遠遠大于 ν c2時，同樣滲透率的 19d 巖心，其采收率反而比 19c 巖心小，比同樣速度下 水驅采收率僅高 1%。第 3組巖心驅油試驗結果也反映了類似情況。造成這種現象的原因，一方面是因為驅替速度太大，使殘余阻力因數增加，見表 46，其結果導致聚合物哈爾濱 石油學院本科生畢業設計（論文） 28 在巖層中滯留量加大，而堵塞流動通道 ； 另一方面 是 由于滯留量增加影響了段塞濃度，因此也影響了溶液的粘度，最終使采收率受到影響。 對比以上分析可看出，在利用聚合物驅替時，存在一個最佳的驅油速度范圍，即在稍高于臨界流變速度的區間，聚合物驅的采收率最高。 由表 46 給出的結果，聚合物驅油效率提高的幅度隨注入速度的增大是一個由低到高再到低的變化過程，這一 實 驗結果可以用 以下關系式描述 : 21 1 2 1E a v a v? ? ? （ 42） 式中： Δ E 為聚合物驅油效率提高幅度。 由表 46中的 3組 實 驗數據回歸可得 12,aa分別是 :、 ； ； 、 。由式 (42)可知，在不同聚合物驅替速度下，增加的累積產油量為： 21 1 2 1()PN N a v a v? ? ? （ 43） 式中： Δ NP為增加的累積產油量； N 為地質儲量。 在地層條件下，可采用柱坐標建立一個注入速度預測模型，見圖 42。在油層任一點 (θ ， r)處選一單元體 ,設 (θ ,r)處聚合物溶液的滲流速度為 pv ,則單元體內的原始含油量為 : (1 ) /W o oN r H S r B? ? ?? ? ? （ 44） 式中： Δ N為單元體內的原始含油量。 圖 42 注入速度預測模型 聚合物驅替后單元體內累積增油量為 ： 221 1 2 1 1 1 2 1( 1 )( ) ( )WoP oHSN E N a v a v r r a v a vB?? ??? ? ? ? ? ? ? ? （ 45） 整個滲流區內聚合物驅增加的累計產油量為： 2 21 1 2 10 ( 1 ) ()wd WoP r oHSN r a v a v d d rB? ?? ??? ? ??? （ 46） 哈爾濱 石油學院本科生畢業設計（論文） 29 滲流速度 1v 可用 ()rt???表示， 1v 的大小除了與 ,r? 有關外，還與 ()qt 有關，即： 1v =1v ( ,rq? ) （ 47） 對應 PN? 為最大的 ()qt ，應使 PNq??=0，即： 2 11 1 2 10 ( 1 ) ( 2 )wd Wor oHS vr a v a v d drBq? ?? ?? ?? ???=0 （ 48） 假定油層均質、等厚、各向異性，流體為不可壓縮，注入井以定注入量 1Q 注入， 1v 只與 r有關，流體流動速度為： 11 2 Qv rH??? （ 49） 將式 (48)代入 (49)式，可得： 2 1120 ( 1 ) 1( 2 ) 022wd Wor oHS Qr a a d drB rH rH? ?? ?? ? ? ?? ???? （ 410） 由式 (410)可得： 211 ( 1 ) / ( 1 )wwddwwrr a drQ a S d r SHr????? ? ? ??????? （ 411） 式中：負號表示為注入量。式 (411)中，若 wS 取平均值，則 1Q 進一步簡化為： 112()lnwwa H d rQ da r?? ??? （ 412） 在有些條件下，聚合物驅油 實 驗的注入速度與采收率關系曲線用二次關系式擬合較差，可以用四次多項式擬合，在此情況下，聚合物驅油的累計產油量為： 2 3 41 1 2 1 3 1 4 12 ( 1 ) ()wdowP rohSN a v a v a v a v d rB? ? ? ?? ? ? ? ?? （ 413） 取油層厚度 H=10m，孔隙度 Φ =，對于不同的油、水井距，可得到不同的最佳注入速度，見圖 43。 經回歸，最佳速度與井距近似為半對數關系，即 0 .1 9 2 5 ln 1 .2 0 5 5vD? ? ?最 佳 （ 414） 哈爾濱 石油學院本科生畢業設計（論文） 30 圖 43 最佳速度與井距關系曲線 由圖中可以看出： 最佳注入速度隨井距的增加而減小。 油層厚度對最佳注入速度幾乎沒有直接的影響，井距保持為 250m，孔隙度 為 的情況下，油層厚度從 1m 增加到 20m，最佳注入速度從 孔隙體積 /a增加為 孔隙體積 /a，但單井合理日注入量卻從 13m3/d 增加到 348m3/d。 除上述因素外，聚合物溶液的性質是決定合理注入速度的重要方面。其影響大小需要通過室內 實 驗 來測定。 認識 （ 1） 由于所用數模軟件存在假設條件方面的局限性，因此，在選擇注入速度時，先進行聚合物溶液的室內粘彈性 實 驗，繪得粘彈性曲線，然后利用文中公式和方法，根據區塊的實際情況，可確定合理的注入速度。 （ 2） 聚合物溶液驅替時，存在一個最佳的驅油速度范圍，即在稍高于臨界流變速度的區間，聚合物驅的采收率最高。 優選井網井距 本節通過運用數值模擬軟件建立地質模型，在不同井網類型和不同