粘弹性聚合物驱替普通稠油微观渗流机理研究

发布时间：2018-01-06 23:17

  本文关键词：粘弹性聚合物驱替普通稠油微观渗流机理研究　出处：《东北石油大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：本论文受到中国石油和化学工业联合会科技计划(项目编号:2015-01-03)的项目支持。随着人类和社会经济发展对石油资源的高需求以及常规原油可采储量的不断减少,稠油、沥青及页岩油的开发、开采对于整个石油工业来说具有战略意义上的挑战。当稠油油藏地处寒区、海域及其油藏物性为薄油层时,较为成熟的热采开发方式就会受到种种制约,以聚合物驱为代表的化学驱方法在普通稠油油藏开发中不断受到青睐,在取得较高波及效率和可观产量方面凸显出优势。尽管常规原油聚合物驱的机理已经得到了广泛研究并形成有大量共识,同时也获得了大规模的工业化应用,但关于稠油聚合物驱的机理,以及区别于常规原油聚合物驱的微观渗流机制尚缺少深入的研究与认识,尤其是未在微观层面实现从定性到定量的机理描述与解释。为此,本文针对海上油田疏水缔合聚合物驱普通稠油,开展粘弹性聚合物驱普通稠油的微观渗流机理研究,以期为普通稠油油藏聚合物驱开发提供必要的理论基础,同时拓展并丰富、深化粘弹性聚合物驱油机理。本文以渤海油田SZ区块聚合物驱为背景,基于稳态剪切及小幅振荡剪切模式测量了AP-P4型疏水缔合聚合物溶液的浓粘特征和弹性特征,量化表征了其松弛行为,结合宽剪切速率范围内的岩心单相流动实验,揭示了疏水缔合聚合物溶液在多孔介质中由于其弹性效应而表现有“表观增稠”的真实流变行为,并通过拟合分析确定了Oldroyd B本构方程适合于描述疏水缔合聚合物溶液的流变特性,同时,依据流变性测试得到了描述SZ区块普通稠油流变行为的幂律本构方程。借助于OpenFOAM开源平台,建立了基于VOF界面追踪方法的粘弹性流体 幂律流体两相流动数学模型,从聚合物溶液单相不稳定流动Viscoelastic FluidFoam和两相流动InterFoam两个求解器出发,开发了粘弹性流体 幂律流体两相流动数学模型的求解器,形成了粘弹性聚合物溶液 普通稠油两相渗流的理论计算方法。建立盲端孔道中静态稠油油滴、圆管孔道内动态稠油油滴的简化物理模型,借助于Polyflow网格重构求解技术分别实现了聚合物溶液对静态及动态普通稠油油滴作用机理的微观再现,并与常规原油油滴的微观渗流特征进行了对比。结果表明,尽管聚合物溶液的弹性对稠油油滴引起的形变不及常规原油油滴所发生的形变,但聚合物溶液的弹性越高,其作用于稠油油滴的应力和速度越大,油滴的变形幅度也越明显,流场区域转变以弹性主导占优,体现出向越有利于油滴剥离、动用的方向发展。基于OpenFOAM平台的SnappyHex Mesh工具,建立一致于微观刻蚀玻璃模型的孔隙尺度复杂多孔介质孔道模型,利用ViscoelasticFluidFoam求解器研究了不同弹性疏水缔合聚合物溶液在该孔道模型中的不稳定渗流规律,结果表明流动压差相关于注入时间和聚合物溶液的弹性大小,定注入量下的注入时间增加1倍时,流动压差可增加37.2%以上,弹性效应越发显现,定注入量下的聚合物溶液弹性增强时,速度等值线波及面积增大,引起的附加压降更大,更有利于波及效率的提高。利用所开发求解器对收缩、盲端孔道中聚合物驱普通稠油的渗流特征研究表明,在驱替前缘到达孔道形状发生变化的位置时,聚合物弹性效应开始显现,且随着弹性增强,作用于两相界面上的法向应力增加、主流道方向的两相渗流速度提高。同时,引起应力松弛行为,使驱动压差增大,共同贡献并反映出普通稠油饱和度的降低和驱替效率的提高。模拟计算条件下,相对于等粘的纯粘性聚合物驱,松弛时间为0.50s的粘弹性聚合物驱可使收缩孔道与盲端孔道中的普通稠油驱替效率分别提高3.02%和1.36%。基于疏水缔合聚合物和等粘纯粘性甘油溶液驱普通稠油的微观渗流特性实验,描述了驱替过程中稠油的启动、分布特征及其在孔隙中的赋存状态,弹性效应的微观作用机制使粘弹性疏水缔合聚合物驱后的盲端剩余油界面呈不对称“U”字型分布,且残余油形态变化再现出弹性对盲端普通稠油的“拉”、“拽”效应随聚合物浓度的升高而不断明显;在水驱波及程度较低时注入聚合物,弹性对普通稠油采收率的贡献越大,微观仿真模型在水驱波及程度分别控制在60%、40%和20%时,弹性贡献于普通稠油采收率依次为3.13%、4.33%和5.18%。单段塞及组合段塞聚合物驱普通稠油岩心流动实验表明,在相同毛管数条件下,疏水缔合聚合物较等粘纯粘性黄原胶的降低饱和度更为明显,且相对于盐水段塞驱的采收率,其粘性对普通稠油采收率提高的贡献率为7.81%,弹性的贡献率占到7.54%;在临界缔合浓度以上,疏水缔合聚合物在多孔介质中的德布拉数增大,反映出其增强的弹性效应使普通稠油饱和度进一步降低,临界缔合浓度下的德布拉数(eD)增大3倍时,疏水缔合聚合物弹性对普通稠油采收率的贡献可提高5.06%。论文研究可为普通稠油油藏聚合物驱高效开发技术提供必要的理论基础,有益于提高稠油油藏聚合物驱模拟研究和工程设计的科学性与准确性,同时拓展并丰富了粘弹性聚合物驱油的微观渗流机理。
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本文编号：1389961