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《大庆石油学院》 2003年
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衰竭层效应和粘弹性效应对聚合物波及系数的作用研究

张宏方  
【摘要】: 通过聚合物溶液的流变性和粘弹性测定实验及聚合物溶液通过多孔介质的渗流实验,系统地研究了聚合物溶液在多孔介质中衰竭层效应和粘弹性效应的表现、表征方法、影响因素及变化规律。通过聚合物溶液在不同模型中的驱油实验,研究了聚合物溶液的衰竭层效应和粘弹性效应对驱油效率和波及系数的作用机理和作用程度。 用流变仪测定了HPAM溶液和黄原胶溶液的流变特性,并研究了浓度、相对分子质量、配制聚合物的水的矿化度、温度、产品形式和过滤条件等因素对聚合物溶液流变特性的影响。对国内常用的几种黄原胶进行了评价,并选择了Flocon 4800进行岩芯渗流实验和驱油实验。 论述了用Maxwell模型可以很好地描述应力松弛实验和动态力学试验,也可以用分子理论对聚合物溶液的松弛时间进行计算。动态力学试验的结果表明:HPAM溶液的粘弹性随浓度的增加、相对分子质量的增加或矿化度的减小而增加;黄原胶溶液的粘弹性也随浓度的增加而增加;两种类型聚合物溶液的储能模量和损耗模量差别不大。 测定了各种条件下HPAM溶液和黄原胶溶液流过多孔介质时岩芯两端压差随流速的变化曲线,也测定了残余阻力系数随流速的变化曲线。实验结果表明:在流速较高时,HPAM溶液的ΔP—Q曲线出现上翘现象,显示出了粘弹特性,黄原胶溶液不存在这种现象;HPAM溶液的残余阻力系数随流速变化很小,黄原胶溶液的残余阻力系数随流速增加而减小。提出了包含残余阻力系数的表观粘度和剪切速率计算模型,用一简单的常数取代了原剪切速率计算模型中包含幂律指数的常数项。HPAM溶液在多孔介质中流变曲线的位置随浓度、相对分子质量和渗透率的升高而升高,剪切速率较高时,曲线上翘;在浓度高于缠结浓度时,黄原胶溶液在多孔介质中流变曲线的变化范围不大,渗透率增加时黄原胶溶液的表观粘度增加,随剪切速率增加,流变曲线总呈下降趋势。 阐述了聚合物溶液在多孔介质中的衰竭层效应,确定了计算衰竭层效应的双流体模型和线形模型,给出了HPAM溶液和黄原胶溶液衰竭层效应的具体计算方法。计算结果表明:双流体模型的计算简便,计算结果更加合理;在浓度低于缠结浓度时,HPAM溶液和黄原胶溶液具有较大的衰竭层厚度;在缠结浓度以上增加浓度时,HPAM溶液的衰竭层厚度降低,黄原胶溶液的衰竭层效应变化不大;衰竭层厚度与渗透率无关,低渗透率岩芯中的衰竭层相对厚度较高。建立了聚合物溶液在多孔介质中流动时的应力松弛模型,用这种模型的计算得出:在剪切速率较高时,随剪切速率的增加,HPAM溶液的初始模量增加,黄原胶溶液的初始模量总是降低;两种聚合物溶液的初始模量和松弛时间随浓度的升高而升高,随渗透率的降低而降低;多方面的实验结果表明,黄原胶溶液在多孔介质中不存在弹性效应。建立了综合考虑剪切效应、衰竭层效应和弹性效应的HPAM溶液在多孔介质中表观粘度的计算模型,用实验数据验证了它的合理性,给出了多孔介质流变曲线已出现或未出现临界剪切速率条件下表观粘度模型中各参数的确定方法。 提出了驱油效率增加的机理是分子缠结作用的增强引起的弹性粘度的增加和衰竭层效应的减弱,它能使平行于油水界面的携带残余油的力增加,从而使残余油饱和度减小,一维均质模型中聚合物溶液的驱油实验结果证实了这一机理的正确性。随HPAM溶液浓度、注入速度或岩芯渗透率的增加,驱油效率增加。浓度低于缠结浓度时,黄原胶溶液驱油效率很低,但只要浓度高于缠结浓度,黄原胶溶液的驱油效率就可以保持较高的值,而且随浓度的进一步增加,增加幅度不大。黄原胶溶液的驱油效率与注入速度无关,随渗透率的增加而增加。 在垂向非均质模型、平面均质模型和平面非均质模型中进行了聚合物溶液驱油实验,实验结束后, 摘 要 用在模型上钻取小岩芯测定饱和度分布的方法研究波及体积的变化规律,实验结果证实了这种方法的 可行性。各种模型的驱替实验结果表明:粘弹性效应和衰竭层效应的存在有利于扩大波及体积;粘弹性 效应的增加可扩大波及体积,提高驱油效率,衰竭层效应的减弱也可提高驱油效率。在垂向非均质模型 中,用HPAM溶液驱替时,粘弹性效应的增加和衰竭层效应的减弱使低渗透层中的波及程度增加,各 层的驱油效率提高;在缠结浓度以上增加黄原胶溶液的浓度时,尽管高、中渗透层的驱油效率不再增加, 低渗透层中波及程度的增加仍使采收率增加。在平面均质模型中,用HPAM溶液驱替时,波及面积和 驱油效率的增加来自于粘弹性的增加,黄原胶溶液衰竭层效应随速度的变化使黄原胶溶液的波及面积 扩大。在平面非均质模型中,HPAM溶液粘弹性效应和衰竭层效应的存在更加有利于波及体积的扩大, 黄原胶溶液衰竭层效应的存在及其随速度的变化规律有利于波及体积的扩大。注入速度降低时, HPAM溶液的粘弹性降低,波及体积、驱油效率和采收率下降。甘油不存在弹性效应和衰竭层效应,波 及程度和采收率较低。
【学位授予单位】:大庆石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O631.21

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