驱油用聚合物溶液粘浓关系分类描述＊

康晓东 冯国智 张贤松 蒋姗姗

(中海油研究总院)

驱油用聚合物溶液粘浓关系分类描述＊

康晓东 冯国智 张贤松 蒋姗姗

(中海油研究总院)

针对目前数值模拟中采用三次多项式粘浓方程描述驱油用聚合物溶液粘浓关系出现异常的问题,提出应根据聚合物溶液粘浓曲线特征将聚合物溶液分为普通聚合物和缔合型聚合物两种类型来选用粘浓关系方程,考虑剪切影响构建了新的粘浓关系描述方程。实例对比结果表明,本文提出的粘浓方程更合理,其适用性更强。

聚合物驱 粘浓关系 分类描述 普通聚合物 缔合型聚合物

聚合物的“增粘”作用是聚合物驱提高采收率的重要机理之一[1],在数值模拟中,聚合物的增粘效果通过粘浓关系来描述,而粘浓关系在主要的数值模拟软件中常用三次四项式方程来描述,但在采用该方程描述聚合物粘浓关系时会出现异常,因此,构建适用性更强的驱油用聚合物溶液粘浓关系方程显得尤其重要。

1 问题的提出及原因分析

在驱油过程中,聚合物粘度受到诸多因素的影响,如油藏温度、地层水矿化度、剪切速率等,而在给定外界环境下,聚合物溶液的粘度是质量浓度的函数,且随浓度的增加单调增加。

1.1 问题的提出

目前主要的数值模拟软件通常都假定聚驱为等温过程[2],且对聚合物溶液有效粘度的描述普遍采用三次多项式方程,即

式(2)即为目前数值模拟中常用以描述粘浓关系的方程。由聚合物粘度随质量浓度的变化规律可知,粘度比增量大于0并且随着浓度的增加单调递增。但笔者利用基于实测数据回归出的三次多项式方程进行粘度预测时出现了粘度比增量小于0的情况,这表明式(1)对聚合物溶液粘浓关系的描述不准确,即式(1)存在适用性的问题,因此,需要寻求更好的粘浓关系描述方程。

1.2 原因分析

由聚合物溶液粘浓关系变化规律可知,式(2)须满足以下条件

根据二项式方程组特点与粘浓关系,满足式(4)的条件为

分析认为,利用式(1)预测粘度出现不合理现象的原因在于,基于实测数据回归出的三次多项式方程的系数不能全部满足式(5)的条件。

2 驱油用聚合物溶液粘浓关系分类描述

根据聚合物溶液粘浓曲线特征,可将聚合物分为两类:①普通聚合物,其粘浓曲线特征表现为粘度随浓度的增加相对比较平缓,大多数聚合物属于该类;②缔合型聚合物,其粘浓曲线特征不同于普通聚合物,表现为在高于临界缔合浓度时粘度迅速增加。为了更好地描述驱油用聚合物溶液粘浓关系,对于不同类型聚合物溶液的粘浓曲线需采用不同的描述方程。

2.1 普通聚合物粘浓方程的构建

考虑粘度保留率,记 a＊1=a1μws1s2,由式(6)得粘浓方程

2.2 缔合型聚合物粘浓方程的构建

考虑剪切后的缔合型聚合物粘浓曲线形态构建“指数型”粘浓方程,即

式(8)中:a2、b2为系数。对式(8)求导得η′sp=b2· ηsp+a2b2;由粘浓关系基本特征容易得出 a2、b2均大于0。同样可得,η′sp、ηsp同号,满足式(4)条件。

考虑粘度保留率,记 a＊2=a2μws1s2,a＊3=μw-a＊2,由式(8)得粘浓方程

式(6)中:a1、b1为系数。对式(6)求导得

3 实例应用对比

聚合物溶液从配制到作为驱替液发挥作用,要经过地面注入设备剪切、炮眼剪切及近井地带多孔介质剪切等,从而造成聚合物粘度损失。实验室常用WARRING搅拌器对目标溶液进行定挡定时剪切来考虑剪切对聚合物溶液粘度的影响。

笔者基于实验室测定的聚合物溶液粘浓数据,对本文构建的粘浓方程与目前常用的三次多项式方程进行应用对比。

(1)普通聚合物

在油藏温度(57℃)条件下,实验室测定的普通聚合物溶液粘浓数据见表1。

表1 普通聚合物溶液粘浓数据(油藏温度条件为57℃)

基于表1数据,原方程式(1)为

而新方程式(7)为

图1为普通聚合物不同粘浓曲线对比图。分析认为,图1中用原方程式(1)描述的粘浓曲线在质量浓度较高时出现异常,主要原因为式(10)不能满足式(5)条件。

图1 普通聚合物不同粘浓曲线对比图

(2)缔合型聚合物

在油藏温度(65℃)条件下,实验室测定的缔合型聚合物溶液粘浓数据见表2。

表2 缔合型聚合物粘浓数据(油藏温度条件为65℃)

基于表2数据,原方程式(1)为

而新方程式(9)为图2为缔合型聚合物不同粘浓曲线对比图。分析认为,图2中用原方程式(1)描述的粘浓曲线在质量浓度较低时出现异常,主要原因为式(12)不能满足式(5)条件。

图2 缔合型聚合物不同粘浓曲线对比图

4 结论

驱油用聚合物溶液粘浓关系描述不宜简单采用三次多项式方程,应根据具体情况有针对性地选择粘浓关系方程,即普通聚合物选用乘幂式方程描述,而缔合型聚合物宜选用指数式方程描述。实例应用对比结果表明,本文提出的聚合物溶液粘浓方程更合理,其适用性更强。

[1] 赵福麟.EOR原理[M].山东东营:石油大学出版社,2001: 66-68.

[2] 王新海.聚合物驱数值模拟主要参数的确定[J].石油勘探与开发,1990,17(3):69-75.

(编辑:杨 滨)

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

＊国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”课题(2008ZX05024-002)部分研究成果。

康晓东,男,高级工程师,2005年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业并获博士学位,现主要从事提高采收率方面研究工作。地址:北京市东城区东直门外小街6号海油大厦(邮编:100027)。电话:010-84523691。