聚合物溶液的粘弹性行为在提高聚合物驱油效率中的机理分析与运用讲解.docVIP

聚合物溶液的粘弹性行为在提高聚合物 驱油效率中的机理分析与运用 Mojdeh Delshad, Do Hoon Kim, Oluwaseun A. Magbagbeola, Chun Huh, Gary A. Pope, Farhad Tarahhom 编（石油工程师协会，美国德克萨斯大学奥斯汀分校组分化学驱模拟器一、前言 对大多数油藏来说，由于油藏的非均质性，在大规模水驱之后仍然有大量的原油无法被采出。一旦水在高渗透区形成渠道后，随后的注入水在低渗透区只能绕过，而未波及处原油将滞留下来。为了开采出未波及到的原油，用低浓度的聚合物溶液增加注入水的粘度来提高原油的波及效率。50多年来为了发展和改善聚合物驱方法开展了大量研究（见Sorbie所述，1991年）。现在聚合物驱被认为是一种技术性和商业性有力的提高原油采收率的方法，尤其是中国北部的大庆油田实施大规模的聚合物驱之后，每天都能增产300,000桶左右的油量（王某等人，2001年）。像其他运用的地方，部分水解聚丙烯酰胺被应用于全球可利用的低成本之处。 聚合物能用于聚合物驱油，关键是它的剪切稀释作用。聚合物溶液的粘度随着剪切速率减小，因此它在油藏岩石中的表观粘度一般随流动速度减小。这是一个理想的特性，因为聚合物溶液被注入井内的流度速度很高，而没有过大的压力降落。同时这种特性在驱替油藏深部的未波及原油中存在一个弱点，由于流动速度在高渗透区比低渗透区更大，所以聚合物溶液的粘度在高渗透区要低于在低渗透区的粘度。因此，让更多的注入液体到达低渗透区的目的是无法实现的。Jonse在1980年用一个简单的分析阐明了这个观点。他表明对于大油藏来说，尤其是在近井带存在着剪切增稠的流体能够更有效地驱替低渗透区未波及的原油。在高渗透区聚合物溶液的表观粘度能够增高，实现提高波及效率的目的，对于聚合物溶液的这个理想化特性能使近井带流体的粘度降低，除此之外就是剪切增稠带来的高粘度影响。 HPAM的剪切增稠行为 HPAM溶液在多孔介质中流动的一个重要特征是指由低到中间流动速度（或有效剪切速度）之间为剪切稀释作用，当超过这个流动速度后就成为高剪切增稠（见Maerker所述,1984年）。其主要原因是高表观粘度，因为聚合物分子流经油藏岩石中的一系列孔隙空间和喉道时，流场发生伸展和收缩现象。假如流动速度太高，聚合物分子没有足够的松弛时间伸长和重新环绕来适应流动状态，由此产生的弹性应变Maerker 和Sinton,1984年）。这种聚合物被称为双功能聚合物或伴生聚合物，它们的制造成本相当昂贵，在油藏中也很难控制它们的行为。调整它们的分子结构来适应不同流动速度和不同油藏的盐度要求也是很困难的。 随着相对较低分子量的HPAM已经在早期提高采收率被应用，而其剪切增稠行为通常没有在油藏条件下的一系列流动速度中被研究。因而，剪切稀释流变模型如Carreau模型的应用下面给以描述。随着分子量大于2000万的HPAM的使用，剪切增稠行为变得更重要，原因是剪切稀释和剪切增稠行为的可靠流变关系需要被研究。认识到它的重要性之后，大量的研究人员试图依据聚合物分子参数及流体在多孔介质中的流动条件来模拟剪切增稠行为。（Hirasaki 和Pope,1974年；Haas 和 Durst, 1981年；Heemskerk 等人, 1984年；Masuda等人, 1992年；Ranjbar等人, 1992年；Han等人，1995年）。这项研究的主要目的是在没有测量聚合物溶液油藏岩石中流动的表观粘度的情况下，研究整个系列流动速度流变测量粘度的相关性。 二、聚合物溶液的流变模型 表观粘度模型涵盖了在油藏岩石中的全部牛顿流型，剪切稀释和剪切增稠行为。它是Carreau模型和剪切增稠粘度随Deborah数相关经验模型的组合，Deborah数是聚合物分子在孔隙空间和喉道之间的松弛时间与平均滞留时间的比值。这种模型的关键特征是表观粘度通过有效剪切速率能得到与达西流动相关的全部流速。这种模型的一个重要优点是与不同聚合物和不同岩石相关联的表观粘度可以由聚合物溶液粘度的流变来测量和一些有限的岩心流动数据得到的。Deborah数可以由流变测量和Rouse模型（Bird,1977年）的松弛时间获得。 全速度范围的表观粘度模型 在制定一项全面的表观粘度模型时，我们假设它依靠的是达西流速（或有效剪切速率）所包含的两部分：剪切粘度主导部分μsh和伸展粘度主导部分μel。 μ=μsh+μel (1) 混合表观粘度模型是由以Carreau方程为代表的剪切粘度主导部分和以依据Deborah数为代表的伸展粘度主导部分组成，它已被H