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２０２３年９月第３８卷第５期西安石油大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｓｅｐ．２０２３Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．５收稿日期：２０２３ ０３ ０１基金项目：国家自然科学基金青年基金“多孔介质中交联聚合物溶液动态成胶行为及机制研究”（５１６０３４）第一作者：罗光杰（１９９９ ），男，硕士研究生，研究方向：提高采收率理论与技术。
Ｅ ｍａｉｌ：ｌｕｏｇｕａｎｇｊｉｅ２０２１＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：何宏（１９８６ ），男，博士，副教授，研究方向：提高采收率理论与技术、非常规油气开发理论与技术。
Ｅ ｍａｉｌ：ｈｅｈｏｎｇ１１０３＠１６３．ｃｏｍＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ ０６４Ｘ．２０２３．０５．００５中图分类号：ＴＥ３５７文章编号：１６７３ ０６４Ｘ（２０２３）０５ ００３６ ０７文献标识码：Ａ海上油田不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征及驱油规律罗光杰１，２，元福卿３，何宏１，２，金晓波１（１．长江大学石油工程学院，湖北武汉４３０１００；２．油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北武汉４３０１００；３．中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营２５７０１５）摘要：针对聚合物矿场应用过程中存在溶解熟化规律不清晰、注入到地层可能存在尚未完全溶解熟化现象，研究了地层水矿化度、剪切速率对聚合物溶解熟化性能的影响；通过填砂管岩心驱替实验，研究了渗透率、聚合物溶解程度对聚合物在多孔介质中渗流特征的影响；基于微观可视化驱油实验，研究了不同溶解程度聚合物的渗流特征及驱油规律。
结果表明：速溶聚合物溶解时间随着地层水矿化度的降低和剪切速率的增加而缩短，当矿化度为５０００～２００００ｍｇ／Ｌ和转速为３００～６００ｒ／ｍｉｎ，溶解时间为３０～５０ｍｉｎ。
阻力系数和残余阻力系数随着溶解程度和渗透率的增大而降低。
聚合物采出程度增值随着溶解程度增大而增大，当溶解程度高于８０％以上，采出程度增值变化不大。
多孔介质流体运动规律理论解析多孔介质是一种具有复杂内部结构的材料，由于其独特的性质，在许多领域中有广泛的应用，包括工程、地球科学、生物医学等。
对于多孔介质中流体的运动规律进行理论解析，既是理解和预测多孔介质行为的关键，也具有重要的实际应用价值。
多孔介质中流体的运动可以通过达西定律进行描述。
达西定律是多孔介质流体力学中的基本定律，它表明在多孔介质中，流动速度与施加的压力梯度成正比。
也就是说，流体在多孔介质中的运动是由压力差驱动的，而多孔介质的结构和性质决定了流体运动的速度和分布。
多孔介质中的流体运动可以分为两种主要模式：滞流和洗脱流动。
滞流是指流体在多孔介质中的运动受到摩擦阻力的限制，流速较慢；而洗脱流动是指流体在多孔介质中运动速度较快，摩擦阻力相对较小。
根据多孔介质中的流体运动规律，可以建立一系列的数学模型来描述多孔介质中流体的行为。
最基本的模型是达西定律，它可以用来描述多孔介质中的稳态流动。
达西定律可以表示为：q = -k∇P其中，q是单位面积上的流体体积流量，k是达西常数，∇P是单位长度上的压力梯度。
这个方程说明了单位面积上的流量与单位长度上的压力梯度成正比。
在非稳态流动情况下，多孔介质中的流体运动可以由非稳态达西定律来描述。
非稳态达西定律将流体的流动速度与多孔介质中的渗透率、孔隙度以及固相和流体的相互作用等因素联系起来。
非稳态达西定律可以表示为：∂S/∂t = ∇(k/μ ∇P) + q/Q其中，S是孔隙水饱和度，t是时间，μ是流体的粘度，Q是总的体积流量。
这个方程说明了孔隙水饱和度随时间的变化与渗透率、压力梯度以及体积流量的关系。
除了达西定律和非稳态达西定律，还有其他一些模型用于描述多孔介质中流体运动规律。
例如，布尔斯梅特模型用于描述多孔介质中的瞬态流动，柯西-纳维尔斯方程用于描述多孔介质中的不可压缩流动等。
理解和解析多孔介质中流体运动的规律对于许多领域中的工程和科学问题具有重要意义。
例如，在油田开发中，理解多孔介质中的原油运动规律可以帮助优化采油方案；在地下水资源管理中，理解多孔介质中的地下水流动规律可以帮助合理利用和保护地下水资源；在地质灾害预防中，理解多孔介质中的地下水流动规律可以帮助评估和预测山体滑坡、地面沉降等现象。
聚合物溶液的粘弹性行为在提高聚合物驱油效率中的机理分析与运用Mojdeh Delshad, Do Hoon Kim, Oluwaseun A. Magbagbeola, Chun Huh, Gary A. Pope, Farhad Tarahhom编（石油工程师协会，美国德克萨斯大学奥斯汀分校）摘要越来越多的室内实验和矿场试验都证实了聚合物溶液的粘弹特性有助于提高聚合物驱油效率。
对高分子量部分水解的聚丙烯酰胺聚合物进行大量的流变测量和岩心驱替实验后，表明了聚合物溶液的粘弹性行为在聚合物驱提高原油采收率中起着作用。
在使用UTCHEM模拟器对提高油层波及系数进行定量评价后，将不同聚合物溶液的弹性作用模拟成在多孔介质中聚合物溶液的表观粘度。
随着高浓度和高分子量聚合物的使用，使聚合物驱的应用范围延伸至对更高粘度原油的开采。
对聚合物在多孔介质中流变性机理的了解及其精确的数值模拟是聚合物驱矿场试验成功的关键。
对不同的剪切速率（与在岩心中流动速度和渗透率）、聚合物浓度和分子量进行振荡和剪切粘度的测定和聚合物岩心流动实验。
聚合物的剪切增稠特性与通过它的分子松弛时间的Deborah数有关，它反过来又决定于流变数据。
表观粘度模型是根据聚合物在多孔介质中的剪切稀释和剪切增稠来符合实验数据而发展起来的。
这种模拟器被应用于组分化学驱模拟器中和成功历史拟合所开发的岩心驱替原油开采试验中。
系统的流变性测定和岩心驱替，以及使用表观粘度模拟器都证实了不同的聚合物弹性作用有助于提高聚合物的驱油效率。
尤其对聚合物溶液的剪切增稠性进行描述时，是根据大量的流变测定而得到的分子松弛时间来决定的。
一、前言对大多数油藏来说，由于油藏的非均质性，在大规模水驱之后仍然有大量的原油无法被采出。
一旦水在高渗透区形成渠道后，随后的注入水在低渗透区只能绕过，而未波及处原油将滞留下来。
为了开采出未波及到的原油，用低浓度的聚合物溶液增加注入水的粘度来提高原油的波及效率。
多孔介质中流体渗流特征及机理研究多孔介质在各个领域中具有广泛的应用，例如岩石油气储层中的流体运移、土壤水分运动、水资源管理以及生物组织中的流体输运等。
研究多孔介质中流体渗流的特征和机理，有助于我们深入了解多孔介质中的流动规律，并为相关领域的工程设计和科学研究提供理论支持。
多孔介质中的流体渗流特征主要包括渗透率、渗透系数和渗流速度等。
渗透率是描述多孔介质对流体渗透能力的物理量，它与孔隙度、孔径分布以及孔隙连通性有关。
渗透系数是渗透率与流体的粘度之比，反映了流体在多孔介质中的渗透速度。
而渗流速度则是指单位时间内流体通过多孔介质的体积。
流体在多孔介质中渗流的机理主要包括孔隙流和扩散流。
孔隙流是指流体通过多孔介质中的连通孔隙进行的流动，其机制可以用达西定律来描述。
扩散流是指流体通过多孔介质中的非连通孔隙进行的流动，其机制主要受到孔隙尺度和流体分子扩散的影响。
多孔介质中流体渗流特征及机理的研究可以通过实验与数值模拟相结合的方法来开展。
实验研究可以利用可视化技术观察流体在多孔介质中的渗流过程，并利用流量计、压力计等仪器设备来测量渗透率、渗透系数和渗流速度等参数。
数值模拟可以利用计算流体力学模型对多孔介质中流体渗流过程进行模拟与计算，从而得到不同参数下的渗流特征和机理。
在实际应用中，多孔介质中流体渗流特征及机理的研究对于岩石油气储层开发、土壤水分管理以及地下水保护等具有重要意义。
研究流体在多孔介质中的渗流特征能够帮助我们预测地下水位和水质变化，进而实现对地下水资源的合理利用和管理。
此外，对多孔介质中流体渗流机理的深入了解，有助于改善油藏开发方案，提高天然气的采收率，从而提高油气田的经济效益。
总之，多孔介质中流体渗流特征及机理的研究是一个复杂而有挑战性的领域。
通过实验研究和数值模拟相结合的方法，可以更好地理解多孔介质中流体渗流的特征和机理，并为相关领域的应用和研究提供理论支持和指导。
随着科学技术的不断发展，我们相信在多孔介质中流体渗流特征及机理研究领域，将会取得更加重要的进展。
黏弹性流体在多孔介质中的新渗流模型学号：20072016姓名：刘超摘要：对两种类别的常用聚合物：多糖类(黄原胶)和部分水解聚丙烯酰胺(pusher-700)在玻璃珠人造岩心和贝雷砂岩中稳态流动的实验数据进行了分析。
用振荡流测量计算聚合物溶解的最长弛豫时间(θ),即本文所涉及的特征弛豫1f时间。
两种聚合物的稳态流实验数据与所测得的聚合物自身的黏弹性数据一起被换算成在多孔介质中的平均剪切应力-剪切速率数据,因此就得到聚合物流在多孔介质中的平均幂律指数(n)。
用θ、n、岩石渗透率(k)、饱和度(φ)和渗流1f速度(μ)计算黏弹性数(N),结果发现黏弹性数V N与多孔介质中的压力梯度密V切相关。
这种相关性是定义聚合物渗流黏弹性模型的基础,类似于达西定律。
新的模型认为渗流速度和压力梯度呈非线性关系,这证实了聚合物的黏弹性变形,并且也证实孔隙的几何尺寸变化是聚合物的分子吸附和机械滞留所致。
关键词：多孔介质；黏弹性流体；人造岩心；贝雷砂岩；渗流模型；特征弛豫时间一、概述聚合物在石油工程方面已经得到广泛的应用。
在提高采收率方面,将聚合物加到水中是为了增加水的黏度和减小水的相对流度。
水相对流度的降低提高了水的体积波及系数和水驱效率。
虽然对聚合物在多孔介质中的渗流机理已经研究了几十年,但是至今没有重大突破。
达西定律适用于渗流流体为线性流，且其黏度恒定、孔隙的几何尺寸也恒定的情况。
聚合物在多孔介质中的渗流偏离这些假设是因为：①聚合物的黏度是和剪切速率相关的；②聚合物分子的长短是和孔喉尺寸相匹配的,这样才可提高弹性特性；③聚合物分子的吸附和机械滞留改变了孔隙介质的几何尺寸。
因此,应用达西定律模拟聚合物在多孔介质中的流动是错误的。
模拟聚合物渗流的传统方法是在应用达西定律的同时应用一个有效黏度,即用恒定剪切速率下的黏度代替牛顿黏度。
这种方法校正了剪切速率与黏度的相关性,但却没有考虑到非线性流和弹性流的特性。
Van Poollen和Jargon、Willhite和Uhl给出了一个关于非牛顿流体渗流时压降(ΔP)和渗流速率(Q)之间呈非线性关系的简单的经验模型。
粘土胶驱油机理及渗流扩散规律实验研究
李周荣;周远斌;王新;李继勇;袁明全
【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(024)004
【摘要】利用平板填砂物理模型,在初步探讨粘土胶(SMD)体系驱油机理的基础上,重点研究粘土胶在不同渗透率模型中的渗流扩散规律,研究指出SMD体系驱油机理包括:大小孔道压力均衡机理、压力波动机理、乳化-携带机理等;SMD体系在多孔介质中运移时前缘呈扇形推进, 扇形边缘出现SMD体系稀释和扩散带,在低渗透层中会产生周期性向前突进现象;粘土胶体系能有效改善油水流度比,扩大波及体积,尤其对中高渗透层的调驱效果.通过改变SMD体系配方,SMD体系可以适应不同渗透率的地层.
【总页数】4页(P36-39)
【作者】李周荣;周远斌;王新;李继勇;袁明全
【作者单位】胜利油田有限公司,山东,东营,257051;胜利油田有限公司,山东,东营,257051;河南油田有限公司,河南,南阳;胜利油田有限公司,山东,东营,257051;胜利油田有限公司,山东,东营,257051
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.46
【相关文献】
1.低渗储层渗流规律及水驱油机理的试验研究 [J], 王启蒙;汪强;诸葛镇
2.聚合物溶液在多孔介质中的渗流规律及其提高驱油效率的机理 [J], 张宏方;王德民;王立军
3.粘土胶驱油组分模型模拟器 [J], 朱维耀;祝俊峰
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5.三元复合驱驱油机理及乳液渗流规律NMRI研究 [J], 潘一山;宋义敏;高迎伏;刘先贵;唐巨鹏
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黏弹性颗粒驱油剂在多孔介质中的渗流规律刘煜【摘要】为深入认识非均相复合驱油机理,指导非均相复合驱油体系设计及技术推广应用,通过物理模拟手段,并结合孤岛油田中一区Ng3单元非均相复合驱矿场见效特征,分析了黏弹性颗粒驱油剂在多孔介质中的运移特征.结果表明,黏弹性颗粒驱油剂较聚合物具有更强的调整非均质能力,黏弹性颗粒驱油剂在多孔介质中以"堆积堵塞-压力升高-变形通过"的方式渗流.黏弹性颗粒驱油剂通过孔喉时,通过挤压变形和拉伸变形,局部改变驱动压差,具有深部运移、非均质调整以及交替封堵、均匀驱替的特点,能够有效扩大波及体积,从而最终提高原油采收率.%In order to recognise the mechanism of heterogeneous combination flooding and guide designing heterogeneous combination flooding system and application of technology,the migration characteristics of a novel preformed particle gel (PPG)was studied through physical simulation method and combining with the field response character of the heterogeneous combination flooding of ZYQ Ng3 at Gudao oilfield.Results showed that PPG has a stronger ability to adjust the heterogeneity than polymer.PPG could migrate by means of piling up,plugging,pressure rising and deforming at throats to modify the existing dominant migration paths.Meantime,driving pressure was partially changed through the extrusion deformation and tensile deformation in pore throats.PPG had the advantages of migrating,heterogeneous adjustment,alternate plugging and flowing evenly.These characteristics can significantly improve swept volume and finally enhance oil recovery.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)024【总页数】5页(P218-222)【关键词】黏弹性颗粒驱油剂(PPG);渗流规律;矿场见效特征;非均相复合驱【作者】刘煜【作者单位】中国石化胜利油田勘探开发研究院,东营 257015【正文语种】中文【中图分类】TE357随着胜利油田化学驱技术大规模推广应用，适合化学驱的Ⅰ、Ⅱ类油藏优质资源动用完毕，如何大幅度提高Ⅰ、Ⅱ类油藏聚合物驱后及Ⅲ、Ⅳ类高温高盐油藏的原油采收率已成为油田化学驱发展的紧迫任务[1—3]。
黏弹性颗粒驱油剂(preformed particle gel，PPG)是一种具有部分交联部分支化结构的新型驱油剂，由其作为主剂组成的“黏弹性颗粒驱油剂-表面活性剂-聚合物”非均相复合驱油体系具有波及能力强、洗油效率高的特点[4]，适用于非均质油藏、聚合物驱后油藏和高温高盐油藏[5—7]。
非均相复合驱在胜利油田孤岛中一区Ng3的先导试验中取得了显著的降水增油效果，极具应用潜力[8，9]。
但是黏弹性颗粒驱油剂作为一种新型驱油剂，目前对其在多孔介质中的渗流特性仅有初步研究[10—12]，尚缺乏系统的研究与认识，因此有必要深入研究黏弹性颗粒驱油剂在多孔介质中的运移、渗流特征，深化非均相复合驱油机理，并指导见效特征分析和技术推广应用，进而为聚合物驱后油藏大幅度提高采收率提供有力的技术支撑。
通过分析黏弹性颗粒驱油剂在多孔介质模型中的渗流行为并结合矿场见效特征，明确了黏弹性颗粒驱油剂在多孔介质中的渗流规律。
主要实验仪器：磁力搅拌器，IKA公司；LP620S电子天平，Sartorius公司；SG—3型恒温箱，海安石油科研仪器有限公司；高压计量泵，ISCO公司；φ2.54 cm不锈钢填砂管(30 cm、50 cm)，定制；中间容器(200 mL)，定制；玻璃刻蚀模型(40 mm×40 mm)，定制；可视填砂模型(104 mm×75 mm×4.5 mm)，定制。
实验材料：黏弹性颗粒驱油剂(PPG)，白色固体粉末(自制)；部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，日本三菱化成株式会社生产，相对分子量22×106，水解度25%，固含量90%；实验用水为孤岛中一区Ng3注入模拟配制水，矿化度为6 666 mg·L-1。
采用φ2.54 cm×50 cm的人造填砂岩心模型，模型气测渗透率见表1。
模型经抽真空饱和模拟配制水并水驱压力平稳(P1)后，转注化学驱油剂的模拟配制水溶液，至压力平稳(P2)，转注水至压力稳定(P3)。
记录整个实验过程的动态压力变化情况，计算阻力系数RF=，残余阻力系数RRF=。
实验条件：温度为70 ℃、化学剂注入浓度为2 000 mg·L-1、注入速度0.23 mL·min-1。
1.2.2 双管并联渗流实验采用φ2.54 cm×30 cm的并联人造填砂岩心模型，渗透率级差分别为2.06(气测渗透率分别为2.510 μm2、1.220 μm2)、2.95(气测渗透率分别为3.009 μm2、1.020 μm2)、4.93(气测渗透率分别为5.040 μm2、1.023 μm2)。
①模型经抽真空饱和水后，先水驱至压力平稳，记录高、低渗透率填砂管的产液量分别为Q1、Q2，计算高渗透率管的产液百分比Qhb=、低渗透率管的产液百分比Qlb=；②转注0.3PV黏弹性颗粒驱油剂；③转后续水驱，直至压力平稳，记录高、低渗透率填砂管的产液量分别为Q3、Q4，计算高渗透率管的产液百分比Qha=、低渗透率管的产液百分比Qla=；④计算剖面改善率f=。
实验条件：温度70 ℃、黏弹性颗粒驱油剂浓度2 000 mg·L-1、注入速度0.5 mL·min-1。
采用40 mm×40 mm的玻璃刻蚀模型，将模型抽真空后饱和水，以0.15 mL·min-1的注入速度注2 000 mg·L-1染色黏弹性颗粒驱油剂悬浮液，观察黏弹性颗粒驱油剂在孔喉中的运移特征，并采集实验过程录像。
采用104 mm×75 mm×4.5 mm的可视填砂模型，将模型抽真空后饱和水，以0.15 mL·min-1的注入速度注2 000 mg·L-1染色黏弹性颗粒驱油剂悬浮液，观察黏弹性颗粒驱油剂在平面非均质模型中的渗流行为，并采集实验过程录像。
黏弹性颗粒驱油剂和聚合物的模拟配制水溶液在人造填砂岩心模型中渗流时压力变化曲线如图1。
从图1可以看出，与聚合物相比，注入黏弹性颗粒驱油剂后，注入压力迅速上升，最高压力为1.7 MPa，且注入压力呈现锯齿状波动状态，这是由于黏弹性颗粒驱油剂在填砂管中以一种独有的“封堵-压力升高-变形通过”的方式向前运移。
黏弹性颗粒驱油剂具有较高的阻力系数与残余阻力系数，分别为375和29，表现出了良好的封堵性能。
黏弹性颗粒驱油剂这种“堵-驱”结合的特性，能够有效扩大波及体积，从而提高原油采收率。
剖面改善率(f)可以用来定量描述黏弹性颗粒驱油剂在不同渗透率级差条件下改善纵向非均质性的能力[13]，值越大，说明改善纵向非均质能力越好。
实验结果见表2。
由表2可知，在通过渗透率级差为2.06、2.95的多孔介质时，黏弹性颗粒驱油剂均有较高的剖面改善率，在渗透率级差为4.93的多孔介质中，黏弹性颗粒驱油剂剖面改善能力则低于渗透率级差为2.06、2.95的多孔介质，但总体来说，黏弹性颗粒驱油剂能够有效封堵高渗透层，使液流转向低渗透率区域，改善低渗区域的开发状况，在上述各渗透率级差条件下均表现出良好的纵向调整非均质能力，有利于大幅度提高采收率。
图2给出了黏弹性颗粒驱油剂在玻璃蚀刻模型中的运移过程。
黏弹性颗粒驱油剂PPG颗粒注入过程中首先在孔喉处封堵，造成该处压力升高；当压力升高到一定程度时，颗粒可挤压变形和拉伸变形通过孔喉，改变局部驱动压差，从而达到“堵-驱”结合的效果；宏观上则表现为注入压力呈锯齿状变化，如图1所示。
可视模型平行划分为4个区域，高低渗透条带依次间隔，渗透率级差为2.86，注入过程中黏弹性颗粒驱油剂在非均质模型中的分布图如图3所示。
由图3可以看出，注入过程中，黏弹性颗粒驱油剂在非均质条带中能够较均匀的推进。
这是因为当模型中刚开始注入黏弹性颗粒驱油剂时，黏弹性颗粒驱油剂会优先进入高渗透层，随着其注入量的增加，它会堵塞在高渗透层的孔隙和喉道处，造成该处压力升高，渗透率降低，流动阻力增大，从而使后续的液流转向低渗透层；由于黏弹性颗粒驱油剂具有一定的黏弹性，当压力升高到足以使某一条带中堵塞的颗粒变形通过喉道时，该条带又开始流入黏弹性颗粒驱油剂。
在整个注入过程中黏弹性颗粒驱油剂不断地通过堵塞-压力升高-变形通过的方式在各个渗透率条带中进行交替封堵，使液流不断转向，黏弹性颗粒驱油剂能更好地在不同渗透率条带中均匀推进，明显改善了模型的平面非均质性。
先导试验区位于孤岛油田中一区Ng3单元东南部，含油面积为 0.275 km2，石油地质储量为123×104 t。
试验区储层物性好，胶结疏松，出砂严重，非均质性较强，有效厚度为14.2 m，渗透率变异系数为0.538，孔隙度为33%，空气渗透率为1.5～2.5 μm2。
地层原油黏度为46.3 mPa·s，地层水矿化度为5 923 mg·L-1，原始地层温度为70 ℃。
试验区经过水驱、聚合物驱及后续水驱开发，综合含水高达98.2%，采出程度52.3%。
2011年11月注入非均相体系，截至2015年12月，完成方案设计注入量。
实施非均相复合驱后，试验区降水增油效果显著，综合含水由98.2%下降至最低81.3%，下降了16.9%，日产油量由3.3 t/d上升至最高79 t/d，日增加油量75.7 t。
