康曉東 馮國智 張賢松 蔣姍姍

(中海油研究總院)

驅(qū)油用聚合物溶液粘濃關(guān)系分類描述＊

康曉東 馮國智 張賢松 蔣姍姍

(中海油研究總院)

針對(duì)目前數(shù)值模擬中采用三次多項(xiàng)式粘濃方程描述驅(qū)油用聚合物溶液粘濃關(guān)系出現(xiàn)異常的問題,提出應(yīng)根據(jù)聚合物溶液粘濃曲線特征將聚合物溶液分為普通聚合物和締合型聚合物兩種類型來選用粘濃關(guān)系方程,考慮剪切影響構(gòu)建了新的粘濃關(guān)系描述方程。實(shí)例對(duì)比結(jié)果表明,本文提出的粘濃方程更合理,其適用性更強(qiáng)。

聚合物驅(qū) 粘濃關(guān)系 分類描述 普通聚合物 締合型聚合物

聚合物的“增粘”作用是聚合物驅(qū)提高采收率的重要機(jī)理之一[1],在數(shù)值模擬中,聚合物的增粘效果通過粘濃關(guān)系來描述,而粘濃關(guān)系在主要的數(shù)值模擬軟件中常用三次四項(xiàng)式方程來描述,但在采用該方程描述聚合物粘濃關(guān)系時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常,因此,構(gòu)建適用性更強(qiáng)的驅(qū)油用聚合物溶液粘濃關(guān)系方程顯得尤其重要。

1 問題的提出及原因分析

在驅(qū)油過程中,聚合物粘度受到諸多因素的影響,如油藏溫度、地層水礦化度、剪切速率等,而在給定外界環(huán)境下,聚合物溶液的粘度是質(zhì)量濃度的函數(shù),且隨濃度的增加單調(diào)增加。

1.1 問題的提出

目前主要的數(shù)值模擬軟件通常都假定聚驅(qū)為等溫過程[2],且對(duì)聚合物溶液有效粘度的描述普遍采用三次多項(xiàng)式方程,即

式(2)即為目前數(shù)值模擬中常用以描述粘濃關(guān)系的方程。由聚合物粘度隨質(zhì)量濃度的變化規(guī)律可知,粘度比增量大于0并且隨著濃度的增加單調(diào)遞增。但筆者利用基于實(shí)測數(shù)據(jù)回歸出的三次多項(xiàng)式方程進(jìn)行粘度預(yù)測時(shí)出現(xiàn)了粘度比增量小于0的情況,這表明式(1)對(duì)聚合物溶液粘濃關(guān)系的描述不準(zhǔn)確,即式(1)存在適用性的問題,因此,需要尋求更好的粘濃關(guān)系描述方程。

1.2 原因分析

由聚合物溶液粘濃關(guān)系變化規(guī)律可知,式(2)須滿足以下條件

根據(jù)二項(xiàng)式方程組特點(diǎn)與粘濃關(guān)系,滿足式(4)的條件為

分析認(rèn)為,利用式(1)預(yù)測粘度出現(xiàn)不合理現(xiàn)象的原因在于,基于實(shí)測數(shù)據(jù)回歸出的三次多項(xiàng)式方程的系數(shù)不能全部滿足式(5)的條件。

2 驅(qū)油用聚合物溶液粘濃關(guān)系分類描述

根據(jù)聚合物溶液粘濃曲線特征,可將聚合物分為兩類:①普通聚合物,其粘濃曲線特征表現(xiàn)為粘度隨濃度的增加相對(duì)比較平緩,大多數(shù)聚合物屬于該類;②締合型聚合物,其粘濃曲線特征不同于普通聚合物,表現(xiàn)為在高于臨界締合濃度時(shí)粘度迅速增加。為了更好地描述驅(qū)油用聚合物溶液粘濃關(guān)系,對(duì)于不同類型聚合物溶液的粘濃曲線需采用不同的描述方程。

2.1 普通聚合物粘濃方程的構(gòu)建

考慮粘度保留率,記 a＊1=a1μws1s2,由式(6)得粘濃方程

2.2 締合型聚合物粘濃方程的構(gòu)建

考慮剪切后的締合型聚合物粘濃曲線形態(tài)構(gòu)建“指數(shù)型”粘濃方程,即

式(8)中:a2、b2為系數(shù)。對(duì)式(8)求導(dǎo)得η′sp=b2· ηsp+a2b2;由粘濃關(guān)系基本特征容易得出 a2、b2均大于0。同樣可得,η′sp、ηsp同號(hào),滿足式(4)條件。

考慮粘度保留率,記 a＊2=a2μws1s2,a＊3=μw-a＊2,由式(8)得粘濃方程

式(6)中:a1、b1為系數(shù)。對(duì)式(6)求導(dǎo)得

3 實(shí)例應(yīng)用對(duì)比

聚合物溶液從配制到作為驅(qū)替液發(fā)揮作用,要經(jīng)過地面注入設(shè)備剪切、炮眼剪切及近井地帶多孔介質(zhì)剪切等,從而造成聚合物粘度損失。實(shí)驗(yàn)室常用WARRING攪拌器對(duì)目標(biāo)溶液進(jìn)行定擋定時(shí)剪切來考慮剪切對(duì)聚合物溶液粘度的影響。

筆者基于實(shí)驗(yàn)室測定的聚合物溶液粘濃數(shù)據(jù),對(duì)本文構(gòu)建的粘濃方程與目前常用的三次多項(xiàng)式方程進(jìn)行應(yīng)用對(duì)比。

(1)普通聚合物

在油藏溫度(57℃)條件下,實(shí)驗(yàn)室測定的普通聚合物溶液粘濃數(shù)據(jù)見表1。

表1 普通聚合物溶液粘濃數(shù)據(jù)(油藏溫度條件為57℃)

基于表1數(shù)據(jù),原方程式(1)為

而新方程式(7)為

圖1為普通聚合物不同粘濃曲線對(duì)比圖。分析認(rèn)為,圖1中用原方程式(1)描述的粘濃曲線在質(zhì)量濃度較高時(shí)出現(xiàn)異常,主要原因?yàn)槭?10)不能滿足式(5)條件。

圖1 普通聚合物不同粘濃曲線對(duì)比圖

(2)締合型聚合物

在油藏溫度(65℃)條件下,實(shí)驗(yàn)室測定的締合型聚合物溶液粘濃數(shù)據(jù)見表2。

表2 締合型聚合物粘濃數(shù)據(jù)(油藏溫度條件為65℃)

基于表2數(shù)據(jù),原方程式(1)為

而新方程式(9)為圖2為締合型聚合物不同粘濃曲線對(duì)比圖。分析認(rèn)為,圖2中用原方程式(1)描述的粘濃曲線在質(zhì)量濃度較低時(shí)出現(xiàn)異常,主要原因?yàn)槭?12)不能滿足式(5)條件。

圖2 締合型聚合物不同粘濃曲線對(duì)比圖

4 結(jié)論

驅(qū)油用聚合物溶液粘濃關(guān)系描述不宜簡單采用三次多項(xiàng)式方程,應(yīng)根據(jù)具體情況有針對(duì)性地選擇粘濃關(guān)系方程,即普通聚合物選用乘冪式方程描述,而締合型聚合物宜選用指數(shù)式方程描述。實(shí)例應(yīng)用對(duì)比結(jié)果表明,本文提出的聚合物溶液粘濃方程更合理,其適用性更強(qiáng)。

[1] 趙福麟.EOR原理[M].山東東營:石油大學(xué)出版社,2001: 66-68.

[2] 王新海.聚合物驅(qū)數(shù)值模擬主要參數(shù)的確定[J].石油勘探與開發(fā),1990,17(3):69-75.

(編輯:楊 濱)

Abstract:In the current numerical simulations,abnormal results may arise when the viscosity-concentration relationship in a polymer solution used for oil displacement is described by the cubic polynomial viscosity-concentration equation.For this problem,it is proposed to divide the polymer solutions into two types,i.e.the normal and the associated,according to the viscosity-concentration curve features,in order to select the viscosity-concentration equation,and a new equation to describe viscosity-concentration relationship is constructed by considering the shear through perforation.An example comparison has shown that this new equation is more reasonable and more adaptable.

Key words:polymer flooding;viscosity-concentration relationship;divided description;normal polymer;associated polymer

A divided description of the viscosity-concentration relationship in polymer solutions used for oil displacement

Kang Xiaodong Feng Guozhi Zhang Xiansong Jiang Shanshan
(CNOOC Research Institute,Beijing,100027)

2009-04-10 改回日期:2009-06-05

＊國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”課題(2008ZX05024-002)部分研究成果。

康曉東,男,高級(jí)工程師,2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)并獲博士學(xué)位,現(xiàn)主要從事提高采收率方面研究工作。地址:北京市東城區(qū)東直門外小街6號(hào)海油大廈(郵編:100027)。電話:010-84523691。