驅油用聚合物溶液粘濃關系分類描述＊

康曉東 馮國智 張賢松 蔣姍姍

(中海油研究總院)

驅油用聚合物溶液粘濃關系分類描述＊

康曉東 馮國智 張賢松 蔣姍姍

(中海油研究總院)

針對目前數值模擬中采用三次多項式粘濃方程描述驅油用聚合物溶液粘濃關系出現異常的問題,提出應根據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系方程,考慮剪切影響構建了新的粘濃關系描述方程。實例對比結果表明,本文提出的粘濃方程更合理,其適用性更強。

聚合物驅 粘濃關系 分類描述 普通聚合物 締合型聚合物

聚合物的“增粘”作用是聚合物驅提高采收率的重要機理之一[1],在數值模擬中,聚合物的增粘效果通過粘濃關系來描述,而粘濃關系在主要的數值模擬軟件中常用三次四項式方程來描述,但在采用該方程描述聚合物粘濃關系時會出現異常,因此,構建適用性更強的驅油用聚合物溶液粘濃關系方程顯得尤其重要。

1 問題的提出及原因分析

在驅油過程中,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,而在給定外界環境下,聚合物溶液的粘度是質量濃度的函數,且隨濃度的增加單調增加。

1.1 問題的提出

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

式(2)即為目前數值模擬中常用以描述粘濃關系的方程。由聚合物粘度隨質量濃度的變化規律可知,粘度比增量大于0并且隨著濃度的增加單調遞增。但筆者利用基于實測數據回歸出的三次多項式方程進行粘度預測時出現了粘度比增量小于0的情況,這表明式(1)對聚合物溶液粘濃關系的描述不準確,即式(1)存在適用性的問題,因此,需要尋求更好的粘濃關系描述方程。

1.2 原因分析

由聚合物溶液粘濃關系變化規律可知,式(2)須滿足以下條件

根據二項式方程組特點與粘濃關系,滿足式(4)的條件為

分析認為,利用式(1)預測粘度出現不合理現象的原因在于,基于實測數據回歸出的三次多項式方程的系數不能全部滿足式(5)的條件。

2 驅油用聚合物溶液粘濃關系分類描述

根據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為粘度隨濃度的增加相對比較平緩,大多數聚合物屬于該類;②締合型聚合物,其粘濃曲線特征不同于普通聚合物,表現為在高于臨界締合濃度時粘度迅速增加。為了更好地描述驅油用聚合物溶液粘濃關系,對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建

考慮剪切后的締合型聚合物粘濃曲線形態構建“指數型”粘濃方程,即

式(8)中:a2、b2為系數。對式(8)求導得η′sp=b2· ηsp+a2b2;由粘濃關系基本特征容易得出 a2、b2均大于0。同樣可得,η′sp、ηsp同號,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。對式(6)求導得

3 實例應用對比

聚合物溶液從配制到作為驅替液發揮作用,要經過地面注入設備剪切、炮眼剪切及近井地帶多孔介質剪切等,從而造成聚合物粘度損失。實驗室常用WARRING攪拌器對目標溶液進行定擋定時剪切來考慮剪切對聚合物溶液粘度的影響。

筆者基于實驗室測定的聚合物溶液粘濃數據,對本文構建的粘濃方程與目前常用的三次多項式方程進行應用對比。

(1)普通聚合物

在油藏溫度(57℃)條件下,實驗室測定的普通聚合物溶液粘濃數據見表1。

表1 普通聚合物溶液粘濃數據(油藏溫度條件為57℃)

基于表1數據,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比圖。分析認為,圖1中用原方程式(1)描述的粘濃曲線在質量濃度較高時出現異常,主要原因為式(10)不能滿足式(5)條件。

圖1 普通聚合物不同粘濃曲線對比圖

(2)締合型聚合物

在油藏溫度(65℃)條件下,實驗室測定的締合型聚合物溶液粘濃數據見表2。

表2 締合型聚合物粘濃數據(油藏溫度條件為65℃)

基于表2數據,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比圖。分析認為,圖2中用原方程式(1)描述的粘濃曲線在質量濃度較低時出現異常,主要原因為式(12)不能滿足式(5)條件。

圖2 締合型聚合物不同粘濃曲線對比圖

4 結論

驅油用聚合物溶液粘濃關系描述不宜簡單采用三次多項式方程,應根據具體情況有針對性地選擇粘濃關系方程,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式方程描述。實例應用對比結果表明,本文提出的聚合物溶液粘濃方程更合理,其適用性更強。

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

[2] 王新海.聚合物驅數值模擬主要參數的確定[J].石油勘探與開發,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“大型油氣田及煤層氣開發”課題(2008ZX05024-002)部分研究成果。

康曉東,男,高級工程師,2005年畢業于中國石油大學(北京)油氣田開發工程專業并獲博士學位,現主要從事提高采收率方面研究工作。地址:北京市東城區東直門外小街6號海油大廈(郵編:100027)。電話:010-84523691。