ASP三元复合体系在孔隙介质中的流变性

引言

在碱/表面活性剂/聚合物的三元复合驱中,ASP三元复合体系在的地下多孔介质中的粘度是方案设计､动态预测和数值模拟最为重要的输入参数｡由于三元复合体系在地下油层孔隙的流场与流变仪中的流场有很大差别,因此用流变仪测得的流变特性并不能代替三元复合体系在地下的流变特性｡

聚合物溶液在孔隙介质中的流变特性是极其复杂的｡它不仅取决于聚合物本身的性质,油层多孔介质的孔隙结构,而且还取决于多孔介质与聚合物分子之间的相互作用｡这是因为油藏岩石是由岩石颗粒与胶结物组成的复杂混和体,其孔隙空间为不规则的三维孔隙网络结构｡聚合物溶液在这种网络中的流变性会随孔隙介质的剪切和拉伸流场的变化而变化｡此外,聚丙烯酰胺溶液与多孔隙介质的相互作用,如吸附滞留,降解以及不可入孔隙体积效应使得聚丙烯酰胺溶液在孔隙介质中的流变性更加复杂｡

一些学者对三元复合体系在流变仪中的流变行为[1~3]以及岩心中聚合物溶液和流变性流变行为[4,5]进行了广泛的研究,但有关岩石中三元复合体系的流变性及其描述方面的文献却很少｡本文试图通过室内物理模拟的方法,研究三元复合体系在多孔介质中的流变行为,分析聚合物､碱､表面活性剂浓度和岩芯渗透率对三元复合体系在多孔介质中的流变特征的影响,从而为三元复合驱的设计及动态预测提供了理论依据｡

1 实验

1.1 实验材料

1.1.1 ASP三元复合体系

本项研究中采用的聚合物为FLOPAAM3530S,为粉末状,其分子量为1700万,水解度约为25%｡表面活性剂为OP-10,碱为NaCO₃,配制聚合物溶液的溶剂是根据油田注入清水水质分析资料配制而成｡配制好的三元复合体系中,含有部分不溶性杂质和可溶性微胶,因此,进入岩心前,在0.08Mpa的压差下经3μm的滤膜过滤,以防堵塞岩心而影响测试结果｡

1.1.2 多孔介质

实验中使用的多孔介质为100-120目石英砂充填的岩心｡岩心在使用前测定其渗透率､孔隙度｡

1.1.3 实验仪器及装置

实验采用的主要仪器有:恒速泵､中间容器､过滤器及部分取样器｡系统压力由压力传感器及压力显示记录仪测定､记录｡

1.2 溶液流变性测定

本文利用HAAKERV-100型旋转粘度计和TR-1流变仪,测定了不同配方的三元复合体系的流变性,利用Carreau模型对流变数据进行了拟合,其流变性满足Carreau模型｡

1.3 岩心流动实验

整个岩心流动实验都是在恒温条件下(30℃)进行的｡实验步骤如下:

(1)岩心准备 测定其孔隙度､孔隙体积等参数｡

(2)流程的准备 将整个实验装置抽空并恒温8小时｡

(3)以恒定的流速注水,测量岩石渗透率｡

(4)以某一恒定的流速注入三元复合体系5PV以上,直到岩心两端压力稳定｡记录岩心两端的压力及流量｡

(5)在同一流速下,注入盐水测定该流速下的渗透率｡

(6)按照流速降低的方向重复步骤4,5｡

2 多孔介质中流变模型的建立

2.1 有效粘度

三元复合体系有效粘度是由达西公式求得的,即

式中RF,RRF分别为三元复合体系通过岩石的阻力系数和残余阻力系数,ΔP为三元复合体系以达西流速(Vo)通过长度为L岩石的压降｡为三元复合体系通过岩石后的水测渗透率｡

2.2 多孔介质中的视剪切速率

本文利用了Hirasaki剪切速率的计算模型｡并对模型进行了修正[4,5]｡引入了残余阻力系数｡即

V0———达西流速度,cm/s

n———粘度计测定的Power-Law指数

φ———岩石孔隙度,小数

k———岩石渗透率,cm²

C———常数为1.80

3实验结果与讨论

3.1 压力梯度与流速的关系

图1~3为测得的不同三元复合体系的压力梯度(ΔP/L)与达西流速(V0)的双对数关系曲线｡

从图中可以看出,压力梯度与达西流速的双对数关系均为两条直线组成｡第一直线段的斜率总是小于1,而第二直线段的斜率总是大小于1｡这一结果显示,在低流速下,三元复合体系流经多孔介质时,呈现出剪切变稀的流变特性;当流速超过某一临界值时,产生附加压降,呈现出剪切变稠的流变特性｡这是由于在高速下,三元复合体系中聚合物分子在孔隙的收缩与扩张处产生形变而引起拉伸粘度的增加所致｡

压力梯度与达西流速的双对数关系图中两条直线交点对应的流速为临界流变流速,表示聚合物溶液在孔隙介质中的流变特性发生转变临界条件｡实验结果指出,临界流变流速随着聚合物浓度的增加而减小｡

3.2 三元复合体系在多孔介质中的流变性

三元复合体系在多孔介质中的流变性可用有效粘度和视剪切速率的关系来描述｡图4~6是根据方程(1)~(3)及图1~3计算所得的结果｡结果显示,在所研究的三元复合体系在多孔介质中都明显地表现出剪切变稀和剪切增稠双重流变特性,即在低流速下,三元复合体系的视粘度随流速的升高而下降,为假塑性流体;而在高流速下,三元复合体系的视粘度随流速的升高而增大,为粘弹性流体｡复合体系在多孔介质中出现粘弹流变特征的临界剪切速率随着聚合物浓度的升高而减小,随着表面活性剂和碱浓度的增加而增大｡粘弹效应随着聚合物浓度的增加而增大,随表面活性剂和碱浓度的增加而减小｡

4 结论

(1)三元复合体系在多孔介质中的流动中呈现出剪切变稀和剪切增稠双重流变特性｡而聚丙烯酰胺溶液在旋转粘度计中仅出现剪切变稀流变特性｡

(2)三元复合体系在多孔介质中中流动时,出现粘弹流变特征的临界剪切速率随着聚合物浓度的升高而减小,随着表面活性剂和碱浓度的增加而增大｡

(3)三元复合体系在多孔介质中在粘弹效应随着聚合物浓度的增加而增大,随表面活性剂和碱浓度的增加而减小｡

参考文献

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陈铁龙等.三元复合体系宏观流变性研究.西南石油学院学报.1998.1

4陈铁龙等.聚合物溶液在地下的流变特征研究.西南石油学院学报.1997.3

5 陈铁龙等.聚合物应用评价方法.北京:石油工业出版社.1997