粘弹性聚合物驱油的数学模型

清华大学学报(自然科学版)2006年第46卷第6期

CN1122223 N.46,No.6JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2006,Vol35 37

8822885

粘弹性聚合物驱油的数学模型

陈　国,　赵　刚,　马远乐

(清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084)

摘　要:为了研究粘弹性聚合物驱油规律,建立了粘弹性聚合物驱油数学模型。从弹性效应和粘性效应两个方面描述聚合物驱油机理。聚合物弹性能够降低残余油饱和度,聚合物粘性改善油水流度比,扩大波及体积。该模型能够模拟聚合物驱油具有的提高微观驱油效率和流度控制驱油机理以及所发生的对流、弥散、扩散、吸附等一系列物化现象。利用该模型拟合了实验室聚合物岩心驱油过程。数值模拟结果与实际岩心驱油过程基本一致,表明该模型可以进行聚合物驱油的机理研究、实际应用可行性研究、矿场方案优选和开发效果预测。

关键词:三次采油;聚合物驱油;粘弹性;模型

中图分类号:TE319

文章编号:100020054()0620882204

文献标识码:A

聚合物溶液具有粘弹性,在驱油过程中,其粘性

能够改善油水流度比,扩大宏观波及效率;而靠其弹性能够携带水驱无法驱动的残余油,降低残余油饱和度,提高微观驱油效率[1]。

目前,国内外所有的聚合物驱油数学模型对聚现有的数学模型在机。论研究成果,建立了粘弹性聚合物驱油数学模型。该模型能够模拟聚合物的粘性和弹性驱油效应,满足油田聚合物驱油实际应用。

1　基本数学方程系统

Mathematicalmodelofenhancedoil

recoveryforviscous-elastic

polymerflooding

CHENGuo,ZHAOGang,MAYuanle

1.1　基本假设

作如下假设:油藏等温;固相不流动;Fick弥散;理想混合;流体渗流满足Darcy定律;聚合物以及各种离子存在于水相中。1.2　物质守恒方程

(InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:Amathematicalmodelofviscous2elasticpolymerfloodingwasdevelopedtostudyenhancedoilrecoverymechanismsandtoforecastoilexploitationperformance.Themodelsimulatesboththeelasticityeffectandtheviscositymobilitycontroleffect.Polymerelasticitycanreduceresidualoilsaturation,whilepolymerviscositywillimprovethemobilityratiobetweentheoleicandaqueousphases,whichwillexpandthevolumetricsweepefficiency.efficiencyandmobilitycontrol.physicochemicalphenomena

The

mainprocessmechanismsincludeincreasingthedisplacement

Themodelincorporatesvarious

as

convection,

dispersion,

such

应用Darcy定律给出以第i种物质组份总浓度

[2,3] 为Ci形式表达的i种物质组份的物质守恒方程

( )

<CiΘ+divi9t

np

∑Θ(C

k

l=1

il

ul-Dil)=Qi.

(1)

是第i种物质组份的总浓度;C是l相中式中:Ciil

第i种物质组份的浓度;Θi是组份的密度;Dil是

Fick弥散项

,下标l表示第l相;<是孔隙度;Qi是源汇项;np是相数。

收稿日期:2005206228

作者简介:陈国(19682),男(汉),黑龙江,高级工程师,博士研究

生。

通讯联系人:赵刚,副研究员。

E2mail:zhaogang@http://www.77cn.com.cn

diffusion,andadsorption.Simulationsofknowncorefloodingdatashowthatthemodelcansimulateviscous2elasticpolymerfloodingmechanismsoptimization,

for

use

in

feasibility

evaluations,

for

pilot

plan

andperformancepredictions

viscous2elastic

polymerenhancedoilrecovery.

Keywords:enhancedoilrecovery;polymerflooding;viscosityand

elasticity;reservoirnumericalsimulation;mathematicalmodel

陈　国,等:　粘弹性聚合物驱油的数学模型883

相流量ul满足Darcy定律,即

ul=-Λl

(gradpl-Θlggradh).(2)

剪切流动是对材料施加正弦剪切应变,而应力作为

动态响应加以测定,主要测定溶液的损耗模量和储存模量;而稳态剪切流动主要是测定粘度函数和第一法向应力差函数。聚合物分子是具有柔性的长链结构,在水溶液中一般卷曲成圈状,在剪切流动的同时伴有弹性形变。稳态剪切流动实验结果表明,聚合物溶液表现出剪切变稀特性,第一法向应力差随剪切速率的增加而增加,相对分子质量越大,第一法向应力差及表观粘度也越大,说明粘弹性越强。振荡剪切流动实验结果指出,相对分子质量越大,其相应的损耗模量和储存模量均增大,说明聚合物溶液的高粘性伴随有高弹性。因此,聚合物溶液是一种粘弹性流体[5]。

2.2　聚合物溶液的弹性驱油机理

式中:pl是l相压力,k是渗透率张量,h是油藏深

度,krl是相对渗透率,Λl是l相粘度,Θl是l相密度,g是重力加速度。1.3　压力方程

将占有体积物质组份(数目为ncv)的物质守恒方程相加,并且相流量利用Darcy定律表示,用毛管力公式表示相压力之间的关系,得到以水相(以下标w表示)作为参考相的压力方程:

<Ct+div(k ΚT gradpw)=9t

n

p

-div

np

∑

l=1

k Κl gradh+

n

cv

,水驱后岩心中

Q.i

div

∑

l=1n

cv

k Κl gradpclw+

n

p

∑

i=1

(3)

:岩石表面的;毛管力作用下的孔喉残余油;岩心微观非均质部分未被波及的残余油。研究结果表明,粘弹性的聚合物溶液驱替后,所有类型的微观残余油均减少。这是由于聚合物溶液具有弹性性质,驱油过程中具有弹性性质的聚合物驱替液平行于油水界面的粘滞力使作用于残余油的拉拽力加大,将更多的残余油从孔喉中拉 …… 此处隐藏：5687字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……