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1、技术创新 7 7 软件 调驱参数研究中的应用 胜利油田公 司采油工艺研 究院李小军 弱凝胶调驱逐渐成为继聚合物驱后的又一个较好的三次采油新技术，并逐步在各 油田推广应用。作为方案设计核心的数值模拟技术也在不断发展 ，软件也在不断完 更新。由于弱凝胶调驱涉及复杂的物理化学过程，在进行数值模拟时，如何求取和 征聚合物驱物理化学参数至关重要。本文通过详细研究，分析 了各个主要物化参数 意义，提供了求解思路，对运用C M G S t a r s 从事弱凝胶调驱数值模拟人员具有很好的 导作用 。 在E C L I P S E、V I P 、G R A ND 和C MG S T A R S 等几种常用的化
2、 学驱数模软件中，E C L I P S E 没有凝胶的处理功能，G R A N D虽然 有凝胶处理功能，但对于有气顶又有断层存在的情况G R A N D 无 法处理 ，所 以选择C MG S T AR S 软件进行 油田聚合物及凝胶驱方 案数值模拟研究。下面就C MG S T A R S 数模软件中凝胶参数进行 详细讨论。在C MG S T A R S 软件中，弱凝胶的主要机理是聚合物 分子和交联剂之间主要通过分子间交联或者分子内交联形成有 胶体性质的热力学稳定体系，具有调剖和驱油的双重作用。由 于弱凝胶是和聚合物 、交联剂共同存在，在讨论弱凝胶的参数 时，必须和聚合物驱参数一起使用。 1弱
3、凝胶调驱机理 聚合物驱提高采收率是通过改善油水流度比来实现的。聚 合物溶 液粘度越 高，流度 比改善越大 。同时 ，由于聚合物分 子 在多孔介质中的吸附，一方面导致聚合物损失，另一方面形成 残余阻力 ，引起 水相渗透率降低 ，有利于聚合物段塞后的水驱 效果 。因此 ，在 聚合物驱数值模拟 中，把粘度 、吸附和 残余 阻 力系数作 为描述驱 油机理的关键参数 。弱凝胶调驱 除了具有上 述 聚合物驱特性外 ，还具有其本身特别考虑的特性 ，在铬 交联 体系的反应动力学 方程 中 ，直接用三价铬与聚合物反应 ，生成 弱凝胶体 系。 调驱机理 ：凝胶本身具有较大的粘度 ，可以增加水相粘 度，改善流度比；
4、在一定压力下凝胶是可动的，具有驱油特 性 ；由于吸 附捕 集 ，形成较大的残余阻力 ，延长后续注水阶段 有效期 。 2 组分定义及化学反应过程 选 用聚合物和交联剂作为驱油化学 剂，采用凝胶与聚合物 段塞组合的方式进行现场注聚，其中凝胶驱中所用聚合物为高 分聚合物 ，交联 剂为C ，聚合 物驱 中所用聚合物 为抗盐 聚合 物。因此 ，在C MG S T A R S 中定义了聚合物 ( P O L Y ME R)、交 联剂 ( X L 1 N K E R)、 凝胶 ( 皿) 以及抗 ( K Y I K ) L Y ME R) 等组分来描述聚合物配方体系。 对于凝胶驱阶段 ，在C MG S T A
5、 R S 中应用化学反应平衡方程 和反应动力学来描述凝胶生成过程 。反应过程及反应动力学描 述的关键在于如何获得凝胶的反应速率、化学反应级数。反应 速率与浓度的关系只有通过实验来测定，实验证明，反应物浓 度与反应速率呈如下函数关系：a A+b B e E+f F 。 反应速度 ：r a t e=k A B 】 ，该式称为反应速率方程或质量 作 用 定 律 (m a s s a c t i o n l a w)。式 中k 为 速 率 常 数 (r a t e c o n s t a n t )，x 为反应物A 的级数( o r d e r ) ，y Y 0 反应物B 的级数，X+ y 为反应的
6、( 总 ) 级数，X 、y 可以是正整数、负整数或分数。 关于反应动力学参数：速率常数、反应级数等可以通过室 内实验测试结果回归得到。 3 粘度非线性表征方法 7 8 南 肛 2 0 1 3 年 第 1 2 期 搪 l 1 2 1 0 曼 8 4 2 O 二 藁 台 糖 - 一 捷 盐 藁 台 糖 _ 一高分聚音糖 _ ， 厂 0 o o l O l 5 2 0 o 。 税壤(ro ll J 1 ) 图1 聚合 物及 凝胶 粘 浓 关 系 从室 内实验测得的粘浓关系 曲线可以看出 ，聚合物和凝胶 的粘度与浓度呈非线性关系。而C MG S T A R S 对粘度的处理 采用 了非线性混合原则进行
7、处理 ，达到更加准确描述聚合物粘度变 化的规律的 目的 ，非线性混合原理推导过程如下。 拉格 朗日线性混合原则： l = x i l i ( - 1 ) i 对于混合物中的某一项 ，将其用非线性权重函数f ( x ) 代替拉 格朗日线性混合函数中的权重 ) a ；f )，并假设替换后各混 合物权重总和仍为1 ，推导得 ： f ( x ) + N Zx i = 1 ( 3 2 ) N ： ( 3 3) 1 一 x l ： f ( X a ) l + x I I i( 3 4 )1 一X l l x 0 x - 1 0 图2粘度 非线 性 混合 原 则 示意 图 对非线性混合原则进行简化处理 ，得
8、到水与聚合物或者水 与凝胶等2 种组分混合时的非线性权重函数f ( x ) 表达式 ： f ( x 。 ) ： ( 3 l n l 。 一I n 4 吸附和残余阻力系数 根据室 内静态吸附评价实验 ，得到 了油田注入弱凝胶 、抗 盐聚合物等在测试岩心 中的静吸附量。 编号 聚合物浓度 ( mg L) 静吸附量 ( mg g) 1 6 0 0 2 51 2 8 0 0 2 8 2 3 1 ( R) 0 3 1 3 4 1 2 0 0 4 31 I s 14 0 0 5 1 6 表1凝胶静吸 附量测试结果 ( 液： 固=2 n ： 1 ，聚： c = 6 0 ： 1 ) 岩心渗透 率 聚舍物 浓度
9、 动 吸附量 驱替液 名称 (1 ( u l1 1) ( mg L) ( mg g ) l 3 3 1 2 0 l 【 】 33 2 聚合物 凝胶 1 1 ( ) 8 1 _ 1 ( 1 【 l f ) 2 2 6 1 2 0 2 1 2 ( 1 ( 】 I l l 1 f l 4 聚合物 溶液 11 ( ( 1 1 ( ) ( ) I 】 ( 1 O7 2 表 2聚合 物 和凝胶 动 吸 附量测 试 结果 C MG S T A R S 数值模拟过程 中所需吸附量为动吸附量，因此 根据表2 中的动吸附数据 ，参考表1 静吸附曲线变化趋势，进行 插值得到动吸附曲线。 根据经验 ，聚合物动吸附量
10、一般为十几到儿 卜个 g g ，而 大庆高分及抗盐聚合物的吸附量实验值超过了1 0 0 g g ，数值偏 高，通过与S Z 3 6 一 l 油田注入聚合物A P P 4 吸附曲线进行对比，大 庆 高分聚合物及抗盐 聚合物的吸附 量是聚合物A P P 4 吸附 量的 2 5 至3 倍，所以数模 中动吸附量取实验数据的l 3 进行 汁算 C MG S T A R S 中定义的吸附量单位采用摩尔单位制 ，而室内 实验室测得的吸附量为质量单位制 ，因此需要推导实验室吸附 量转换为C MG 吸附量的关系式 。 C MG S T A R S 通过控制吸附量和残余阻 力系数来描述 由于聚 合物 、凝胶等在地
11、层多孑 L 介质中吸附 、滞留导致水相渗透率降 低的过程。 水相渗透率下降系数 ： R K W：1 +( R R F 一 1 ( ! ! f 4 -1 1 ADM AX I 式中R R F 为残余阻力系数，A D( C，T)为模型中吸附量， A DMA X T 为最大吸附量。 5注聚动态参数控制方法 注聚动态参数 中的注入速度 、段塞大小 、段塞组合方式 以 及注聚浓度等参数也是注聚方案优化调整的主要参数 。在C MG S T A R S 软件中 ，段塞大小的控制方法是在一定的注入速度和浓 度下 ，改变注 入年限 ，研究不同注聚年限 ( 不同段塞大小 ) 时 的聚驱效果 ；段塞组合方式 的控制
12、是在总的化学剂段塞量相同 的情况下 ，考 虑凝胶段塞前 置 、凝胶段塞后置及聚合物前 后分 别注凝胶段塞等的方式研究驱油效果 ，并与纯聚合物驱和纯凝 胶驱进行 对比分析 ；注聚浓度的控制方法是根据段塞组合方式 优选结果，在一定的注聚速度和段塞大小下，改变聚驱阶段聚 合物浓度 ，研究不同注聚浓度时的聚驱效果。 6 结 语 通过研究化学驱数值模拟软件C MG S T A R S 参数的意义和求 解方法 ，可以更进一步提高化学驱数模技术人 员的技 术水平 ， 不仅可以快速 完成不同相关的方案设计工作 ，更可以利用此工 具进行各项弱凝胶和聚合物驱规律性的研究工作。 【 参考文献 】 1 J He r
13、b a s ， R MORE NO， M F Ro me r o G e l ， P e r f o r ma n c e S i mul a t i ons a nd La bor a t or v Fi e 1 d St udi e s t o De s i g n W a t e r C onf or m a nce Tr e a t m e nt s i n Ea s t e r n Vene z ue l a n H PH T R e s e r vo i r s ， S PE8 9 3 9 8 I 2 I CM G L t d CMG S T ARS MANNUL 【 3 l 李克华， 王任芳， 赵福麟 铬 离子与聚丙烯酰胺 交联反 应动 力学研究 石油学报( 石油加工) ， 2 ( ) 0 1 ， 1 7 ( 6 )
