油藏聚驱配注液的粘损机制及调配技术研究

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三次采油驱油技术的发展关系到我国油田稳产增产,也是涉及国家能源战略、能源安全的重要课题。聚合物驱油分层配注是目前最适用于我国陆相非均质油藏的开采技术,通过大幅提高配注液粘度来降低水油流度比的方式扩大驱替相波及范围,从而提高油田采收率。但是开采过程中驱油聚合物的粘度损失特别是由机械剪切降解导致的配注液粘度损失是导致驱替效率无法达到预期的关键问题。现有的解决手段是增加聚合物干粉用量和研制耐温耐盐抗剪切的新型聚合物产品,不仅没有解决导致配注液粘损的根源问题,还进一步提高了配注液驱油投入成本。本文针对聚驱配注系统中造成聚合物配注液粘度损失最显著的静态混合流场、分层配注器流场和油藏微孔喉流场流动机制及粘损调配技术开展研究。针对注聚井地面系统中造成配注液粘损最严重的静态混合器流场,研究了静态混合器混合性能与配注液粘损机制,提出了一种新型并联式连续螺旋静态混合单元设计方法,建立静态混合器流场数学模型,对比新型静混与传统静混混合性能与剪切流动机制,并对新型静混几何参数进行优化。通过室内与油田井场实验评估新型静混的配注液粘损调配效果,新型静混在保证混合性能满足工程需求的基础上,平均粘度损失率仅为3.0%,与SMX和Kenics静态混合器相比粘度损失率降低3.8个百分点。针对注聚井井下系统中造成配注液粘度损失最严重的分层配注器流场,研究了配注器节流阀芯调压机制与配注液粘损机制,提出了一种流线型多级调压节流阀芯设计方法,建立配注器节流阀芯流场数学模型,对比流线型与矩形阀芯流场调压与剪切作用机制,与矩形阀芯相比流线型阀芯在保证调压效果的同时,最大剪切速率与矩形阀芯流场相比降低55.6%。通过室内实验评估流线型节流阀芯配注液粘损调配效果,流线型阀芯在保证调压效果满足工程需求的基础上,最大工作流量下粘度损失率低于3%,与矩形阀芯相比粘度损失率降低9个百分点。针对地层油藏微孔喉流场流动机制,建立了微孔喉流场配注液高分子吸附行为与剪切流动机制耦合模型,采用仿真分析与实验相结合的方法,研究了微孔喉流场配注液表观流变行为,揭示了低流量下配注液机械降解致粘损机制。仿真分析与实验结果验证了配注液高分子吸附与剪切流动机制耦合模型。基于微孔喉流场粘损机制,提出一种简便易行的微孔喉流场配注液吸附量计算方法,该方法将待测参数从难以测量的微量溶液浓度差转变为容易测量的动力粘度差。基于马拉高尼流动原理,采用仿真分析与实验相结合的方法,研究聚合物液滴定向驱替运动与群聚行为。建立了油相环境与聚合物液滴两相流数学模型,分别基于热毛细效应与溶质毛细效应为聚合物液滴提供驱动力,油水两相界面张力会随温度或离子浓度升高而降低。因此对油溶剂一侧局部加热,油溶剂与空气界面流体会向低温流动,在马拉高尼流作用下推动容器底部聚合物液滴做趋热运动;利用各向同性半导体Fe2O3纳米粒子、H2O2溶液和聚合物溶液混合而成的水相液滴,被光照射的一侧发生光芬顿反应,产生的金属阳离子在液滴内部形成离子浓度梯度。因此在界面处液体从浓度高的区域向浓度低的区域流动,并在马拉高尼效应作用下在液滴内形成循环流动,从而使水相液滴向光源方向运动。此方法可以赋予配注液定向驱替能力,从而可用于弥补配注液粘度损失导致的波及范围减小。
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