【導(dǎo)讀】近幾年來(lái)，聚合物驅(qū)油技術(shù)在油田得到廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)油田聚合物驅(qū)的需。油層垂向滲透率對(duì)聚驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的影響。度越高，反之，越低，對(duì)于反韻律油層，垂向滲透性越差，聚驅(qū)增采幅度越高，文中還提出了一些改善聚驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的措施，包括：采用污水配制。聚合物溶液、優(yōu)選聚合物注入速度和優(yōu)選井網(wǎng)井距。具有一定的指導(dǎo)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(xué)等價(jià)球體積增大。 當(dāng)聚合物溶液中 Na+和 K+的質(zhì)量濃度從 (見(jiàn)表 41)，依據(jù) 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(huì)向 Stern 層運(yùn)移，一部分還將進(jìn)入 Stern 層，中和分子鏈表面上的部分哈爾濱 石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 電荷。這不僅導(dǎo)致擴(kuò)散層厚度減小、 ξ 電勢(shì)下降，而且引起聚合物分子鏈卷曲和收縮。 進(jìn)一步分析表明，清水條件下聚 合物分子鏈呈舒展?fàn)顟B(tài)，柔曲性好，分子鏈間相互纏繞，促使內(nèi)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(zhì)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(fā)生“粘貼” ,導(dǎo)致聚合物溶液的粘彈性和流變性變差。 依據(jù) SternGrahame 雙電層模型理論，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量 越 大，分子鏈 越長(zhǎng)，分子鏈表面負(fù)電荷數(shù) 越 多，能夠中和的 Na+和 K+數(shù)就 越 多。聚合物質(zhì)量濃度 越大，鈉羧基 越 多，負(fù)電荷數(shù) 越 多，能夠中和的 Na+和 K+數(shù)也就 越 多。在溶液礦化度相同情況下，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量 越 大或聚 合物質(zhì)量濃度 越 高，礦化度對(duì)其影響減弱，增粘能力 越 強(qiáng)。因此，適當(dāng)增加污水高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液的質(zhì)量濃度，其工作粘度將比清水中相對(duì)分子質(zhì)量大，驅(qū)油效果將會(huì)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(dāng)。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(shí)際粘度要比清水聚合 物溶液的高。 認(rèn)識(shí) （ 1） 適當(dāng)增加聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和聚合物質(zhì)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(dāng)?shù)脑鲇托Ч? （ 2） 當(dāng)“大慶抗鹽”聚合物質(zhì)量濃度高于 1100mg/L 時(shí)，污水聚合物溶液的驅(qū)油效果將優(yōu)于 1000mg/L“大慶中分”清水聚合物溶液的驅(qū)油效果； （ 3） 在 3種污水聚合物溶液中，“北京恒聚”聚合物驅(qū)的增油效果較好，“大慶抗鹽”聚合物驅(qū)的次之，“山東勝利”聚合物驅(qū)的較差。 優(yōu)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(qū)油效果越差。因此，要提高聚合物驅(qū)油的開(kāi)發(fā)效果，必須選擇合理的聚合物注入速度。 驅(qū)替速度與有效粘度 的 關(guān)系 聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中呈現(xiàn)的流變性與在等徑的毛管中所呈現(xiàn)的流變性不哈爾濱 石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(zhì)中存在收縮 擴(kuò)大的流道，有拉伸應(yīng)力產(chǎn)生，聚合物分子會(huì)發(fā)生拉伸變形。由于聚合物分子鏈具有柔曲性，形變不是瞬時(shí)完成，而是對(duì)時(shí)間有依賴性。同樣，當(dāng)應(yīng)力解除后，形變又將隨時(shí)間回復(fù)，這是聚合物溶液具有的粘彈特征。由于分子反抗拉伸而產(chǎn)生的阻力表現(xiàn)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(zhì)中的有效粘度 由剪切粘度和彈性粘度組成，其表達(dá)式為： ? =???剪 彈 （ 41） 驅(qū)替速度與有效粘度關(guān)系由 實(shí) 驗(yàn)所測(cè)得的 HPAM 溶液的流變曲線表示 ,見(jiàn)圖41。圖 41 中虛線表示用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得的聚合物溶液剪切粘度與驅(qū)替速度的關(guān)系，實(shí)線表示聚合物溶液通過(guò)多孔介質(zhì)時(shí)，在不同速度下所具有的有效粘度?？蓪⒘魉賱澐譃?3個(gè)區(qū)間：在第 1 區(qū)間，當(dāng)速率低于 ν cl時(shí) ,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(zhì)中沒(méi)有產(chǎn)生拉伸變形，純屬剪切流動(dòng)。當(dāng)速率達(dá)到 ν c1時(shí)，聚合物分子開(kāi)始發(fā)生拉伸變形，有彈性粘度產(chǎn)生，將速率 ν c1定義為臨界粘彈流速。在第 2 區(qū)間，由于速率不很高，聚合物仍以剪切流動(dòng)為主，在孔喉處不會(huì)出現(xiàn)大的拉伸速率，這時(shí)大分子在剪切力場(chǎng)作用下順流動(dòng)方向伸展定向，流動(dòng)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(qū)間，流速超過(guò) ν c2后，繼續(xù)增加流速，孔喉處的流速和拉伸速率都顯著增 加，孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)以拉伸流動(dòng)為主，剪切流動(dòng)退居次要地位。在這個(gè)區(qū)域，粘彈性對(duì)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(xiàn)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(guān)系曲線的分析可以看出，聚合物的驅(qū)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(guān)系曲線 最佳驅(qū)油速度選擇方法 哈爾濱 石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 該實(shí)驗(yàn)選擇使用相對(duì)分子質(zhì)量為 107的 3330S 型聚合物，對(duì)該種聚合物溶液的實(shí)驗(yàn) 結(jié)果見(jiàn)表 4 46。 表 45 3組實(shí)驗(yàn)臨界流速測(cè)定 組別 巖心號(hào) K/(μ m2) Φ /% ν c1/(m d1) ν c2/(m d1) 1 32a 2 19a 3 17b 表 46 3組實(shí)驗(yàn)驅(qū)油效率對(duì)比 組別 巖心 K/ (μ m2) Φ /% SCW /% ν / (m d1) 注入體積倍數(shù) EW/% EP/% (EPEW) /% 殘余阻力系數(shù) 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(rèn)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(dāng)注入速度低于 ν c1 時(shí) (見(jiàn)表 46 中 32b巖心 )，水驅(qū)采收率和聚合物驅(qū)采收率都相對(duì)較低。這是因?yàn)樽⑷胨俣鹊?，聚合物中的大分子?gòu)象仍然處于卷曲團(tuán)狀，無(wú)法進(jìn)入尺寸比它小的孔道，使聚合物驅(qū)無(wú)法起到應(yīng)有的作用。當(dāng)注入速度大于 ν c1時(shí) (見(jiàn)表 46中 32c 巖心 )，聚合物驅(qū)油效率顯著升高，比同樣速度下水驅(qū)采出程度提高 %，比注入速度小于 ν c1時(shí)的采收率提高 %，這種現(xiàn)象說(shuō)明，聚合物在大于臨界粘彈流速時(shí)，分子產(chǎn)生拉伸變形，一部分聚合物分子進(jìn)入低速下不可能進(jìn)入的孔隙，增加了下游孔隙內(nèi)排驅(qū)液的有效粘度，因而提高了毛管數(shù)，使采收率提高。同樣，由于聚合物 分子拉伸變形而產(chǎn)生的附加壓降為排驅(qū)殘余油滴提供了動(dòng)力，它不僅使與孔喉并聯(lián)的毛管中的殘余油發(fā)生流動(dòng)，同時(shí)對(duì)下游油滴也起到推動(dòng)作用。當(dāng)注入速度大于臨界流變速度時(shí) (32d)，采收率進(jìn)一步提高，該現(xiàn)象是聚合物粘彈效應(yīng)充分發(fā)揮的結(jié)果。聚合物拉伸程度以及拉伸后所產(chǎn)生的附加壓降隨速度的增加而升高。當(dāng)提高流速時(shí)， Δ p進(jìn)一步加大 ,使殘余油更容易流動(dòng) 。 表 46中 ,對(duì)于 19c 巖心所選流速略大于 ν c2，此時(shí)聚合物驅(qū)油效率高達(dá) %，但當(dāng)驅(qū)油速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 ν c2時(shí)，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(qū)采收率僅高 1%。第 3組巖心驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果也反映了類似情況。造成這種現(xiàn)象的原因，一方面是因?yàn)轵?qū)替速度太大，使殘余阻力因數(shù)增加，見(jiàn)表 46，其結(jié)果導(dǎo)致聚合物哈爾濱 石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 在巖層中滯留量加大，而堵塞流動(dòng)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(duì)比以上分析可看出，在利用聚合物驅(qū)替時(shí)，存在一個(gè)最佳的驅(qū)油速度范圍，即在稍高于臨界流變速度的區(qū)間，聚合物驅(qū)的采收率最高。 由表 46 給出的結(jié)果，聚合物驅(qū)油效率提高的幅度隨注入速度的增大是一個(gè)由低到高再到低的變化過(guò)程，這一 實(shí) 驗(yàn)結(jié)果可以用 以下關(guān)系式描述 : 21 1 2 1E a v a v? ? ? （ 42） 式中： Δ E 為聚合物驅(qū)油效率提高幅度。 由表 46中的 3組 實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸可得 12,aa分別是 :、 ； ； 、 。由式 (42)可知，在不同聚合物驅(qū)替速度下，增加的累積產(chǎn)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(chǎn)油量； N 為地質(zhì)儲(chǔ)量。 在地層條件下，可采用柱坐標(biāo)建立一個(gè)注入速度預(yù)測(cè)模型，見(jiàn)圖 42。在油層任一點(diǎn) (θ ， r)處選一單元體 ,設(shè) (θ ,r)處聚合物溶液的滲流速度為 pv ,則單元體內(nèi)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(nèi)的原始含油量。 圖 42 注入速度預(yù)測(cè)模型 聚合物驅(qū)替后單元體內(nèi)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(gè)滲流區(qū)內(nèi)聚合物驅(qū)增加的累計(jì)產(chǎn)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 滲流速度 1v 可用 ()rt???表示， 1v 的大小除了與 ,r? 有關(guān)外，還與 ()qt 有關(guān)，即： 1v =1v ( ,rq? ) （ 47） 對(duì)應(yīng) PN? 為最大的 ()qt ，應(yīng)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(zhì)、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(guān)，流體流動(dòng)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(fù)號(hào)表示為注入量。式 (411)中，若 wS 取平均值，則 1Q 進(jìn)一步簡(jiǎn)化為： 112()lnwwa H d rQ da r?? ??? （ 412） 在有些條件下，聚合物驅(qū)油 實(shí) 驗(yàn)的注入速度與采收率關(guān)系曲線用二次關(guān)系式擬合較差，可以用四次多項(xiàng)式擬合，在此情況下，聚合物驅(qū)油的累計(jì)產(chǎn)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(duì)于不同的油、水井距，可得到不同的最佳注入速度，見(jiàn)圖 43。 經(jīng)回歸，最佳速度與井距近似為半對(duì)數(shù)關(guān)系，即 0 .1 9 2 5 ln 1 .2 0 5 5vD? ? ?最 佳 （ 414） 哈爾濱 石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 43 最佳速度與井距關(guān)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(duì)最佳注入速度幾乎沒(méi)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(zhì)是決定合理注入速度的重要方面。其影響大小需要通過(guò)室內(nèi) 實(shí) 驗(yàn) 來(lái)測(cè)定。 認(rèn)識(shí) （ 1） 由于所用數(shù)模軟件存在假設(shè)條件方面的局限性，因此，在選擇注入速度時(shí)，先進(jìn)行聚合物溶液的室內(nèi)粘彈性 實(shí) 驗(yàn)，繪得粘彈性曲線，然后利用文中公式和方法，根據(jù)區(qū)塊的實(shí)際情況，可確定合理的注入速度。 （ 2） 聚合物溶液驅(qū)替時(shí)，存在一個(gè)最佳的驅(qū)油速度范圍，即在稍高于臨界流變速度的區(qū)間，聚合物驅(qū)的采收率最高。 優(yōu)選井網(wǎng)井距 本節(jié)通過(guò)運(yùn)用數(shù)值模擬軟件建立地質(zhì)模型，在不同井網(wǎng)類型和不同