聚合物溶液的黏弹性对残余油膜的作用

从微观驱油实验和理论出发,研究系列质量浓度的黏弹性聚合物(HPAM)溶液和系列黏度的甘油溶液对简化收缩流道中的残余油膜的驱油效率,分析黏弹性的HPAM溶液和甘油溶液对残余油膜的作用效果,给出HPAM溶液的弹性与残余油膜厚度的关系.研究结果表明:在相同黏度条件下,HPAM溶液驱后的残余油膜厚度比甘油溶液的小,聚合物溶液对油膜的驱替效率比甘油溶液的大;随溶液弹性的增强,对油膜的驱替效率增大,残余油膜的厚度减少;聚合物溶液的弹性改变了聚合物溶液在孔道中的受力状态,增加了凸角内流体的流速,对油膜的作用增强,增加了携带能力,提高了微观驱油效率.

粘弹性聚合物溶液对残余油膜的作用机理

针对水驱后残余油膜的存在形式,及油藏孔隙内聚合物溶液粘弹特性,选取具有相继收敛和扩张特性的波纹管模型和广泛用于数值计算粘弹性流体的上随体Maxwell本构方程,建立了由连续性方程、运动方程和上随体Maxwell 本构方程、流函数、涡量函数及边界条件组成的较完整的数学模型。通过有效的数值求解,从力学的角度提出聚合物驱在理论上提高驱油效率的机理是:(1)粘弹性聚合物溶液产生的第一法向应力和剪切应力对油膜的携带作用大于相同粘度的牛顿流体产生的剪切应力对油膜的携带作用,从而可携带部分残余油膜流动;(2)粘弹性聚合物溶液与牛顿流体相比,相同流函数值的流线位置发生改变,其波及范围大于相同粘度的牛顿流体。

微孔道中残余油膜受力与变形的数值计算

为了分析流体的粘弹性和岩石的润湿性对微孔道中残余油膜受力和变形的影响,从水动力学角度探索聚合物溶液的驱替机理,结合连续性方程、运动方程、上随体Maxwell本构方程建立了粘弹性流体在微孔道中的流动方程,运用数值分析对流场进行了计算,得到了聚合物溶液作用在不同润湿性岩石表面上的残余油膜的受力及变形情况。计算结果表明:与无弹性的驱替液相比,聚合物溶液作用在残余油膜上的法向偏应力发生了突变,同时聚合物溶液的粘弹性越大,作用在残余油膜上的法向偏应力越大,残余油膜的变形就越大;对于不同润湿性的岩石,亲油岩石表面的油膜比亲水的变形稍大一些,为下一步计算特殊边界条件的残余油的受力与变形及残余油膜的破裂问题奠定了基础。

微孔道残余油膜的驱替机理

以微孔道残余油膜为例,分析残余油膜润湿滞后现象发生后,岩石壁面施加在油膜上的阻力、驱替液与残余油膜间的界面张力和驱替液作用在残余油膜上的水平应力,探索微孔道残余油膜的驱替机理。结合连续性方程、运动方程和黏弹性流体的本构方程,数值模拟计算不同流变性的驱替液作用在残余油膜上水平应力的分布。研究结果表明:增大作用在油膜上的水平应力才能从根本上将油膜激活成为可动油,在驱替液流量不变的条件下,黏弹性流体作用在油膜上水平应力的大小和方向均发生了变化,正是由于其弹性的存在,改变了残余油膜的受力规律,更有利于油膜的激活。

粘弹性流体在微孔道中流动的受力分析

针对亲油岩石水驱后残余油膜的存在形式及聚合物溶液的粘弹特性,选取粘弹性流体中的上随体Maxwell本构方程并使用计算流体软件Polyflow对模型进行数值分析。对比研究了在不同的松弛时间,不同的孔道宽度下,聚合物溶液作用于残余油膜上的应力T11的变化趋势,并且将水与聚合物溶液的驱替结果进行了比较。结果表明:随着聚合物溶液弹性的增强,对油膜的作用力T11就越强;孔道宽度与油膜高度越接近,对油膜的作用力就越强;聚合物溶液对油膜的作用力较水溶液强。