ASP三元復(fù)合體系在孔隙介質(zhì)中的流變性

引言

在堿/表面活性劑/聚合物的三元復(fù)合驅(qū)中,ASP三元復(fù)合體系在的地下多孔介質(zhì)中的粘度是方案設(shè)計(jì)､動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬最為重要的輸入?yún)?shù)｡由于三元復(fù)合體系在地下油層孔隙的流場(chǎng)與流變儀中的流場(chǎng)有很大差別,因此用流變儀測(cè)得的流變特性并不能代替三元復(fù)合體系在地下的流變特性｡

聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的流變特性是極其復(fù)雜的｡它不僅取決于聚合物本身的性質(zhì),油層多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu),而且還取決于多孔介質(zhì)與聚合物分子之間的相互作用｡這是因?yàn)橛筒貛r石是由巖石顆粒與膠結(jié)物組成的復(fù)雜混和體,其孔隙空間為不規(guī)則的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)｡聚合物溶液在這種網(wǎng)絡(luò)中的流變性會(huì)隨孔隙介質(zhì)的剪切和拉伸流場(chǎng)的變化而變化｡此外,聚丙烯酰胺溶液與多孔隙介質(zhì)的相互作用,如吸附滯留,降解以及不可入孔隙體積效應(yīng)使得聚丙烯酰胺溶液在孔隙介質(zhì)中的流變性更加復(fù)雜｡

一些學(xué)者對(duì)三元復(fù)合體系在流變儀中的流變行為[1~3]以及巖心中聚合物溶液和流變性流變行為[4,5]進(jìn)行了廣泛的研究,但有關(guān)巖石中三元復(fù)合體系的流變性及其描述方面的文獻(xiàn)卻很少｡本文試圖通過(guò)室內(nèi)物理模擬的方法,研究三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變行為,分析聚合物､堿､表面活性劑濃度和巖芯滲透率對(duì)三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變特征的影響,從而為三元復(fù)合驅(qū)的設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)提供了理論依據(jù)｡

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 ASP三元復(fù)合體系

本項(xiàng)研究中采用的聚合物為FLOPAAM3530S,為粉末狀,其分子量為1700萬(wàn),水解度約為25%｡表面活性劑為OP-10,堿為NaCO₃,配制聚合物溶液的溶劑是根據(jù)油田注入清水水質(zhì)分析資料配制而成｡配制好的三元復(fù)合體系中,含有部分不溶性雜質(zhì)和可溶性微膠,因此,進(jìn)入巖心前,在0.08Mpa的壓差下經(jīng)3μm的濾膜過(guò)濾,以防堵塞巖心而影響測(cè)試結(jié)果｡

1.1.2 多孔介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)中使用的多孔介質(zhì)為100-120目石英砂充填的巖心｡巖心在使用前測(cè)定其滲透率､孔隙度｡

1.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器及裝置

實(shí)驗(yàn)采用的主要儀器有:恒速泵､中間容器､過(guò)濾器及部分取樣器｡系統(tǒng)壓力由壓力傳感器及壓力顯示記錄儀測(cè)定､記錄｡

1.2 溶液流變性測(cè)定

本文利用HAAKERV-100型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)和TR-1流變儀,測(cè)定了不同配方的三元復(fù)合體系的流變性,利用Carreau模型對(duì)流變數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,其流變性滿足Carreau模型｡

1.3 巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

整個(gè)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)都是在恒溫條件下(30℃)進(jìn)行的｡實(shí)驗(yàn)步驟如下:

(1)巖心準(zhǔn)備 測(cè)定其孔隙度､孔隙體積等參數(shù)｡

(2)流程的準(zhǔn)備 將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置抽空并恒溫8小時(shí)｡

(3)以恒定的流速注水,測(cè)量巖石滲透率｡

(4)以某一恒定的流速注入三元復(fù)合體系5PV以上,直到巖心兩端壓力穩(wěn)定｡記錄巖心兩端的壓力及流量｡

(5)在同一流速下,注入鹽水測(cè)定該流速下的滲透率｡

(6)按照流速降低的方向重復(fù)步驟4,5｡

2 多孔介質(zhì)中流變模型的建立

2.1 有效粘度

三元復(fù)合體系有效粘度是由達(dá)西公式求得的,即

式中RF,RRF分別為三元復(fù)合體系通過(guò)巖石的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù),ΔP為三元復(fù)合體系以達(dá)西流速(Vo)通過(guò)長(zhǎng)度為L巖石的壓降｡為三元復(fù)合體系通過(guò)巖石后的水測(cè)滲透率｡

2.2 多孔介質(zhì)中的視剪切速率

本文利用了Hirasaki剪切速率的計(jì)算模型｡并對(duì)模型進(jìn)行了修正[4,5]｡引入了殘余阻力系數(shù)｡即

V0———達(dá)西流速度,cm/s

n———粘度計(jì)測(cè)定的Power-Law指數(shù)

φ———巖石孔隙度,小數(shù)

k———巖石滲透率,cm²

C———常數(shù)為1.80

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 壓力梯度與流速的關(guān)系

圖1~3為測(cè)得的不同三元復(fù)合體系的壓力梯度(ΔP/L)與達(dá)西流速(V0)的雙對(duì)數(shù)關(guān)系曲線｡

從圖中可以看出,壓力梯度與達(dá)西流速的雙對(duì)數(shù)關(guān)系均為兩條直線組成｡第一直線段的斜率總是小于1,而第二直線段的斜率總是大小于1｡這一結(jié)果顯示,在低流速下,三元復(fù)合體系流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí),呈現(xiàn)出剪切變稀的流變特性;當(dāng)流速超過(guò)某一臨界值時(shí),產(chǎn)生附加壓降,呈現(xiàn)出剪切變稠的流變特性｡這是由于在高速下,三元復(fù)合體系中聚合物分子在孔隙的收縮與擴(kuò)張?zhí)幃a(chǎn)生形變而引起拉伸粘度的增加所致｡

壓力梯度與達(dá)西流速的雙對(duì)數(shù)關(guān)系圖中兩條直線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流速為臨界流變流速,表示聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的流變特性發(fā)生轉(zhuǎn)變臨界條件｡實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出,臨界流變流速隨著聚合物濃度的增加而減小｡

3.2 三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變性

三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流變性可用有效粘度和視剪切速率的關(guān)系來(lái)描述｡圖4~6是根據(jù)方程(1)~(3)及圖1~3計(jì)算所得的結(jié)果｡結(jié)果顯示,在所研究的三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中都明顯地表現(xiàn)出剪切變稀和剪切增稠雙重流變特性,即在低流速下,三元復(fù)合體系的視粘度隨流速的升高而下降,為假塑性流體;而在高流速下,三元復(fù)合體系的視粘度隨流速的升高而增大,為粘彈性流體｡復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中出現(xiàn)粘彈流變特征的臨界剪切速率隨著聚合物濃度的升高而減小,隨著表面活性劑和堿濃度的增加而增大｡粘彈效應(yīng)隨著聚合物濃度的增加而增大,隨表面活性劑和堿濃度的增加而減小｡

4 結(jié)論

(1)三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)中呈現(xiàn)出剪切變稀和剪切增稠雙重流變特性｡而聚丙烯酰胺溶液在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)中僅出現(xiàn)剪切變稀流變特性｡

(2)三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中中流動(dòng)時(shí),出現(xiàn)粘彈流變特征的臨界剪切速率隨著聚合物濃度的升高而減小,隨著表面活性劑和堿濃度的增加而增大｡

(3)三元復(fù)合體系在多孔介質(zhì)中在粘彈效應(yīng)隨著聚合物濃度的增加而增大,隨表面活性劑和堿濃度的增加而減小｡

參考文獻(xiàn)

1 Martin F D. et al. Enhanced Recovery of a ”J” Sand Crude Oil with a Combination of Surfactant and Alkaline Chemi -cals. SPE14293 60^th Annual Fall Meeting,Sept1985

2 Nasr-El-Din H A. et al. Viscosity Behavior of Alkaline-Surfactant-Polyacylamide Solutions Used for Enhanced Oil Recovery, SPE 21028,1991

3陳鐵龍等.三元復(fù)合體系宏觀流變性研究.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào).1998.1

4陳鐵龍等.聚合物溶液在地下的流變特征研究.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào).1997.3

5 陳鐵龍等.聚合物應(yīng)用評(píng)價(jià)方法.北京:石油工業(yè)出版社.1997