本文關(guān)鍵詞：粘彈性聚合物驅(qū)替普通稠油微觀滲流機(jī)理研究　出處：《東北石油大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本論文受到中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技計(jì)劃(項(xiàng)目編號(hào):2015-01-03)的項(xiàng)目支持。隨著人類和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)石油資源的高需求以及常規(guī)原油可采儲(chǔ)量的不斷減少,稠油、瀝青及頁(yè)巖油的開發(fā)、開采對(duì)于整個(gè)石油工業(yè)來(lái)說(shuō)具有戰(zhàn)略意義上的挑戰(zhàn)。當(dāng)稠油油藏地處寒區(qū)、海域及其油藏物性為薄油層時(shí),較為成熟的熱采開發(fā)方式就會(huì)受到種種制約,以聚合物驅(qū)為代表的化學(xué)驅(qū)方法在普通稠油油藏開發(fā)中不斷受到青睞,在取得較高波及效率和可觀產(chǎn)量方面凸顯出優(yōu)勢(shì)。盡管常規(guī)原油聚合物驅(qū)的機(jī)理已經(jīng)得到了廣泛研究并形成有大量共識(shí),同時(shí)也獲得了大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用,但關(guān)于稠油聚合物驅(qū)的機(jī)理,以及區(qū)別于常規(guī)原油聚合物驅(qū)的微觀滲流機(jī)制尚缺少深入的研究與認(rèn)識(shí),尤其是未在微觀層面實(shí)現(xiàn)從定性到定量的機(jī)理描述與解釋。為此,本文針對(duì)海上油田疏水締合聚合物驅(qū)普通稠油,開展粘彈性聚合物驅(qū)普通稠油的微觀滲流機(jī)理研究,以期為普通稠油油藏聚合物驅(qū)開發(fā)提供必要的理論基礎(chǔ),同時(shí)拓展并豐富、深化粘彈性聚合物驅(qū)油機(jī)理。本文以渤海油田SZ區(qū)塊聚合物驅(qū)為背景,基于穩(wěn)態(tài)剪切及小幅振蕩剪切模式測(cè)量了AP-P4型疏水締合聚合物溶液的濃粘特征和彈性特征,量化表征了其松弛行為,結(jié)合寬剪切速率范圍內(nèi)的巖心單相流動(dòng)實(shí)驗(yàn),揭示了疏水締合聚合物溶液在多孔介質(zhì)中由于其彈性效應(yīng)而表現(xiàn)有“表觀增稠”的真實(shí)流變行為,并通過(guò)擬合分析確定了Oldroyd B本構(gòu)方程適合于描述疏水締合聚合物溶液的流變特性,同時(shí),依據(jù)流變性測(cè)試得到了描述SZ區(qū)塊普通稠油流變行為的冪律本構(gòu)方程。借助于OpenFOAM開源平臺(tái),建立了基于VOF界面追蹤方法的粘彈性流體 冪律流體兩相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型,從聚合物溶液?jiǎn)蜗嗖环�(wěn)定流動(dòng)Viscoelastic FluidFoam和兩相流動(dòng)InterFoam兩個(gè)求解器出發(fā),開發(fā)了粘彈性流體 冪律流體兩相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型的求解器,形成了粘彈性聚合物溶液 普通稠油兩相滲流的理論計(jì)算方法。建立盲端孔道中靜態(tài)稠油油滴、圓管孔道內(nèi)動(dòng)態(tài)稠油油滴的簡(jiǎn)化物理模型,借助于Polyflow網(wǎng)格重構(gòu)求解技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)了聚合物溶液對(duì)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)普通稠油油滴作用機(jī)理的微觀再現(xiàn),并與常規(guī)原油油滴的微觀滲流特征進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,盡管聚合物溶液的彈性對(duì)稠油油滴引起的形變不及常規(guī)原油油滴所發(fā)生的形變,但聚合物溶液的彈性越高,其作用于稠油油滴的應(yīng)力和速度越大,油滴的變形幅度也越明顯,流場(chǎng)區(qū)域轉(zhuǎn)變以彈性主導(dǎo)占優(yōu),體現(xiàn)出向越有利于油滴剝離、動(dòng)用的方向發(fā)展。基于OpenFOAM平臺(tái)的SnappyHex Mesh工具,建立一致于微觀刻蝕玻璃模型的孔隙尺度復(fù)雜多孔介質(zhì)孔道模型,利用ViscoelasticFluidFoam求解器研究了不同彈性疏水締合聚合物溶液在該孔道模型中的不穩(wěn)定滲流規(guī)律,結(jié)果表明流動(dòng)壓差相關(guān)于注入時(shí)間和聚合物溶液的彈性大小,定注入量下的注入時(shí)間增加1倍時(shí),流動(dòng)壓差可增加37.2%以上,彈性效應(yīng)越發(fā)顯現(xiàn),定注入量下的聚合物溶液彈性增強(qiáng)時(shí),速度等值線波及面積增大,引起的附加壓降更大,更有利于波及效率的提高。利用所開發(fā)求解器對(duì)收縮、盲端孔道中聚合物驅(qū)普通稠油的滲流特征研究表明,在驅(qū)替前緣到達(dá)孔道形狀發(fā)生變化的位置時(shí),聚合物彈性效應(yīng)開始顯現(xiàn),且隨著彈性增強(qiáng),作用于兩相界面上的法向應(yīng)力增加、主流道方向的兩相滲流速度提高。同時(shí),引起應(yīng)力松弛行為,使驅(qū)動(dòng)壓差增大,共同貢獻(xiàn)并反映出普通稠油飽和度的降低和驅(qū)替效率的提高。模擬計(jì)算條件下,相對(duì)于等粘的純粘性聚合物驅(qū),松弛時(shí)間為0.50s的粘彈性聚合物驅(qū)可使收縮孔道與盲端孔道中的普通稠油驅(qū)替效率分別提高3.02%和1.36%�；谑杷喓暇酆衔锖偷日臣冋承愿视腿芤候�(qū)普通稠油的微觀滲流特性實(shí)驗(yàn),描述了驅(qū)替過(guò)程中稠油的啟動(dòng)、分布特征及其在孔隙中的賦存狀態(tài),彈性效應(yīng)的微觀作用機(jī)制使粘彈性疏水締合聚合物驅(qū)后的盲端剩余油界面呈不對(duì)稱“U”字型分布,且殘余油形態(tài)變化再現(xiàn)出彈性對(duì)盲端普通稠油的“拉”、“拽”效應(yīng)隨聚合物濃度的升高而不斷明顯;在水驅(qū)波及程度較低時(shí)注入聚合物,彈性對(duì)普通稠油采收率的貢獻(xiàn)越大,微觀仿真模型在水驅(qū)波及程度分別控制在60%、40%和20%時(shí),彈性貢獻(xiàn)于普通稠油采收率依次為3.13%、4.33%和5.18%。單段塞及組合段塞聚合物驅(qū)普通稠油巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明,在相同毛管數(shù)條件下,疏水締合聚合物較等粘純粘性黃原膠的降低飽和度更為明顯,且相對(duì)于鹽水段塞驅(qū)的采收率,其粘性對(duì)普通稠油采收率提高的貢獻(xiàn)率為7.81%,彈性的貢獻(xiàn)率占到7.54%;在臨界締合濃度以上,疏水締合聚合物在多孔介質(zhì)中的德布拉數(shù)增大,反映出其增強(qiáng)的彈性效應(yīng)使普通稠油飽和度進(jìn)一步降低,臨界締合濃度下的德布拉數(shù)(eD)增大3倍時(shí),疏水締合聚合物彈性對(duì)普通稠油采收率的貢獻(xiàn)可提高5.06%。論文研究可為普通稠油油藏聚合物驅(qū)高效開發(fā)技術(shù)提供必要的理論基礎(chǔ),有益于提高稠油油藏聚合物驅(qū)模擬研究和工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性,同時(shí)拓展并豐富了粘彈性聚合物驅(qū)油的微觀滲流機(jī)理。
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