石油开发聚合物研究

　　油田开发，就是策划出合理的油藏开发方案，以必要的实验生产资料和详探成果为根据，按照石油市场的实际需求，从生产规律和油田实际的情况出发，为了达到提高最终采收率的目的，在综合研究的基础上对具有工业价值的油田进行勘探，随后对油田进行投产和建设，使得油田按方案规划的经济效益和生产能力顺利进行生产，直到油田开发的结束这个全部过程。油田开发的这个过程是极其复杂多变的，一个油藏开发方案从制定到开发过程是一个很长的周期，并且需要巨大的经济投入，而且一旦对地层进行了开发就变成了不可逆的过程。油藏数值模拟正是这样一门关键技术，可以将油田开发的重大决策全部纳入到严格科学的轨道，通过模拟软件对油田在从开始至结束在对应方案下有可能的开发变化过程进行数值模拟，找到提高最终采收率的方法和途径，预测油藏未来动态。三次采油在1979年被列为我国石油开发的重要科学技术方法。

　　所谓一次采油:油田开发初期，仅依靠天然能量进行原油开采的方法，其中天然能量包括:弹性水驱，天然水驱，溶解气驱，弹性能量驱，气驱及重力驱。一次采油的结果是很低的，具体的数值一直不能超过巧%。二次采油:天然能量不足之后广泛应用的注水(注气)方法，这就是最常用的二次采油，又称压力保持法，用注水(或注气)的方法借以补偿采油后地层中的亏空体积、增加补充地层的能量进行采油。在我国，为了保持压力，多数是将二次采油方法与第一次采油共同进行。二次采油平均采收率也很低，不超过50%能达到70%-80%是个别现象。三次采油:针对一次采油后未能采出的剩余油和残余油，采用向地层引入其他功能或注入其他驱油工作剂的方法，一般在压力保持法之后要马上进行三次采油，如化学驱油及某些混相驱油等。

　　由于我国陆上老油田已经发现的气源很少，油藏混相压力很大，经过各机构与各国家的大量研究交流结果表明我国油田大部分无法使用混相的方法进行油藏开发，所以化学驱开发方法在我国三次采油过程中迅速的发展并成为核心开发方式，是保证各大油公司产量安全的重要技术。所谓的化学驱方法，又叫做改型水驱法，为了改善水的波及率和驱油性能，在注入的水中添加化学剂混合物，从而达到提高采收率的目的。聚合物驱油方法就是采用含有大分子化合物的各种聚合物溶液注入进行油藏驱油的方法，作为主要的化学驱油方法对比原来简单的水驱方法，由于增大了水溶液的粘度，使得注入溶液在进入地层之后的波及体积增大，并且降低了原水相与地层中有机物之间的界面张力，达到提高最终采收率增大驱油效率的目的。

　　油藏数值模拟是利用油藏数学模型动态的表示或者求解真实的油藏动态过程，是通过建立对应地质部分的数学模型表示物理化学性质，再运用计算机程序的高速准确的特点进行烃类油藏预测开采的油田模拟实用方法。利用油藏数值模拟技术，工作人员以及管理人员都可以在油藏还未正式开始开发之前，模拟出油藏的全部开发过程，从而可以比较各种预订的开发方案，根据模拟的计算结果，来选出最佳的开发方案以便正式投产实施，最后达到最优开发的效果，减少了开采的风险性，并且节约了资金的流出，大大降低了成本。在油田投入开发一段时间之后，由于油藏内部压力温度能量在发生变化，会造成油藏中流体重新分布问题的产生，这时就可以借助数值模拟技术模拟出具体油藏的这种流体再分布情况，然后辅助寻找到原油富集区，对开发方案采收率预测结果进行指导改进和再确定，就可以为油田的开发提供具体严格的实验数据支持并且节省了巨大的经济成本，从油田投产开始，无论是单井动态，还是整个油田动态，都可以进行监测与控制，油藏数值模拟是油田开发最优决策的有效工具。

　　聚合物驱油这种方法比常规开发的方法更加高风险、高技术和高成本，就意味着更加需要数值模拟技术的辅助管理，我们利用数值模拟的方法来进行化学驱方案的优选，驱油效果的预测，为驱油方案的经济评价和可行性论证提供了严谨可靠的理论依据;还可以利用数值模拟技术对正在实施中的一些化学驱方案进行动态跟踪监测，然后根据拟合和预测结果对实施方案进行科学的调整。计算机硬件和聚合物驱油方法的不断进步导致产生了很多优秀的油藏数值模拟模型和效果良好的聚合物驱运算方法，但是还是无法满足大庆油田日益增长的大规模实践投产需要。

　　大庆油田作为我国最大的陆上老油田已经进入高含水采油期，注水的效率很低，产油量也逐年递减，但对于亿吨级的油藏地质储量，聚合物驱油的作用越发的显著，但是以前的聚合物驱油模拟软件已经无法满足油田科研生产的实际需要。目前大庆油田实际生产中的分质分注挖水挖潜技术在广泛的运用中，并且近年来聚合物粘弹性可以用来增加微观驱油效率的说法也在进步之中。这些技术的可行性研究以及实施方案效果预测都需要数值模拟方法来进行，但是以前的数值模拟模型无法满足当前的需要，从生产和实际的需求出发迫切的要求具有齐全模拟功能的聚合物调剖驱油软件的研制，满足不断进步的生产实践需要，并且对科学的开发油田提供正确的指导理论，最后达到提高油田开发经济效益的目的。

　　(1)开发更加完善的数值模拟软件来满足大庆油田聚合物驱方法的新发展。

　　大庆油田聚合物驱油技术已经在二类油藏开始逐渐推广应用，二类油藏物性比一类油藏差得多，表现为不仅非均质性增强，而且平面连通性变差，多数油层表现为大面积不连通出现尖灭的情况，现有的数值模拟模型很难较好地描述二类油层的真实情况。

　　(2)在未来依托聚合物驱技术开拓国内外市场过程中，需要驱油机理描述正确、模拟功能完善的数值模拟软件作为必要的技术支撑。

　　从企业发展的角度出发，大庆油田的聚合物驱油技术已经居于世界领先地位，必然会走出去，进入国际竞争市场。将来所面临的是利用聚合物驱油方法开发各种各样的复杂类型的油藏。数值模拟技术是油藏开发方法评价和实施科学油藏管理的重要手段，必需建立自己的功能完善的数值模拟模型，以满足企业发展的需要。

　　(3)改进完善现有的聚合物驱数值模拟软件，也为将来大庆油田自主研发化学驱数值模拟软件奠定坚实的基础。

　　国内外现有的商业化化学驱数值模拟软件，用来模拟大庆油田所实施的化学驱油过程，普遍存在缺点，满足不了大庆油田的实际应用。为了使数值模拟技术更好地为化学驱油提供科学的理论指导，需要依托大庆油田己发展起来的化学驱油理论，开发出满足大庆油田自身特点的油田开发辅助软件。因此，进完善，驱功能，使其模拟机理和油藏描述功能更加完善，有必要对现有的聚合物驱模型进行改然后以此为基础软件，增加各种化学从而为自主研发更加适合大庆油田特点的化学驱模拟软件奠定坚实的基础。

　　聚合物驱数值模拟技术就是结合了物理、油藏工程、计算机程序以及数学来预测聚合物驱油方式下烃类油藏的变化和动态的有效工具。从20世纪50年代产生发展至今数值模拟技术已经被开发成为一种比较成熟的方法。

　　一直以来有实验、类比和数学三种传统角度可以进行油田数值模拟的计算，发展到现在大多数的油田公司都采用拥有动态模拟能力的数值方式来进行油藏开发生产方案制定模拟的主要手段。高速电子计算机的普及和发展促进了这种油藏模拟方法的进步，通过对物理化学过程的数学模型进行求解方式得到油田开发动态预测结果。组分模型、气体模型以及黑油模型作为主要的典型方式配合化学驱油、热力采油和常规方式来进行生产开发。数值模拟研究的主要步骤有:先找出问题所在，确定研究的对象;取得整理和校正全部油藏数据;建立油藏数学模型;对油藏模型进行历史拟合;进行动态预测;形成完整的模拟报告。

　　使用偏微分方程组以及相关的辅助方程作为聚合物驱油模拟系统的基本数学模型，可以充分描绘表示出整个开发周期中涉及到的理性变化，相关的流体和地质物理化学变化有:流体流动、相间质量转移和物质间化学变化。想要建立能够反映油藏中所发生的化学变化数学模型一般需要按照以下的化学物理原理f9_lll:质量守恒定律、流体状态方程组(流体的状态方程和空隙状态方程)、能量守恒原理、各种辅助方程(反映油藏中的物理化学变化)和运动方程中流体渗流方式满足达西定律

　　油藏数值模拟的一般过程就是根据这些化学物理原理建立反映实际油藏开发的油藏数学模型，接着对数学模型离散化变成油藏数值模型，然后将此数值模型编写成计算机程序，产生计算模型，随后一步就是求解计算这些计算机模型，最后得到油藏开发实际过程中所需的各类状态结果和参数。由于数值模拟方法是可以用来进行油藏开发方案优选、可行性研究以及效果评价的有效方式。所以世界各三次采油主要技术国即使油藏开发规模很小也会投入大量人力物力来进行三次采油数值模拟软件的研发，因此，在这个领域已经开发研制出了很多三次采油数值模拟功能软件。

　　就数值模拟自身来说，要考虑聚合物驱油机理和描述物理化学现象，其中运用的数值模拟算法和用户界面都是重点要考虑的问题，另外并行化解法，网格处理，通用数据库，网络等技术的迅速发展，传统的数值模拟概念已经发生了很大的改变。显式方法和隐式方法作为常用的方式被大部分数值模拟软件所采用，其中的全隐式计算模式需要同时求解饱和度和压力方程;另外一种被大量应用的!MP S顺序求解相应的饱和度AIM方法使用自调整方法，对变量和节点进行判断是否进行隐式还是显示的方法，用最小的计算量实现算法的稳定性。目前被各大油田规模广商业化程度高的数值模拟软件有:VIP-Polymer,ECLIPSE,STARS和UTCHEM。

　　本文以大庆油田作为研究对象，主要针对聚合物去机理进行研究。在调研国内外现状的基础上，预期完成的主要研究内容如下：

　　(1)研究油层非均质性分析聚合物驱油原理，构建聚合物驱油的数学模型；

　　(2)对ECLIPSE软件，进行研究和实际操作

　　(3)影响聚合物驱油效果的因素进行系统分析

　　储层非均质性指油气储层由于在形成过程中受沉积环境、成岩作用和构造作用的影响，在空间分布及内部各种属性上都存在的不均匀的变化这种不均匀变化具体地表现在储层岩性、物性、含油性及微观孔隙结构等内部属性特征和储层空间分布等方面的不均一性储层的均质性是相对的，而其非均质性则是绝对的。

　　研究中根据目的层低孔、低渗，且储层主要为孔隙性储层，裂缝的储集性能可以忽略(与一般碎屑岩类似)的地质实际，参考碎屑岩研究中主要通过渗透率变异系数、突进系数和极差等参数定量数学统计分析储层非均质性的方法，来实现火山岩储层层内非均质性的定量评价.本文所用的渗透率是指储层总的渗透率，其中包含了裂缝渗透率，充分考虑到了裂缝对储层非均质性的影响作用，在统计不同系数评价非均质性强弱时，尝试参考了碎屑岩非均质性强弱的划分指标。

　　(1)岩心分析层内非均质性特征

　　研究中求取56块岩心分析样品的垂直渗透率与水平渗透率的比值(Kv/Kh)(表1)，来获取火山岩储层层内渗透率非均质性信息.其中Kv/Kh1和Kv/Kh2分别为垂直渗透率与不同方向的水平渗透率的比值.从表1中看到，垂向渗透率与水平渗透的比值明显，从0到4.33，最大平均值达到1.19,这既说明在层内储层非均质性在层内纵向上和横向上都很强烈.虽然分析测试的资料比较有限，但层内非均质性的变化趋势是不变的.主力层YC111在垂向上渗透率基本达到横向上的1/2到1倍多.受火山岩体和火山岩相在侧向上展布范围的限制，同时受火山喷发作用在不同相带火山岩岩性变化所引起的成岩作用在侧向上的变化共同影响，储层渗透率在横向上的变化要远大于垂向上。

　　(2)测井解释层内非均质性特征

　　研究中根据32口井的精细测井解释结果，计算了层内渗透率变异系数、突进系数和级差(表2)。从表中可以看出，4个不同的小层，渗透率变异系数的均值基本分布在0.74到1.00的范围之内，突进系数的均值在1.934到3.106之间，而级差的均值范围从48.455到144.203。参考砂岩层内非均质性参数的评价标准川，渗透率变异系数大于0.7时，反映非均质性强，渗透率突进系数反映的非均质性属于中到强，从渗透率级差来看，研究区目的层储层层内非均质性也属于强烈。

　　以层内变异系数为例，说明储层层内非均质性在不同小层平而上的变化.研究中绘制了小层YC1I1,YC1I2,YC1II1和YC1II2的渗透率变异系数平而图，分别对应于图2a}2d.在小层YC1I1，渗透率变异系数的高值主要集中在XS3,XS17,XS21-4等井附近，其余区域的渗透率变异系数取值基本属于渐变.小层YC1I2中渗透率变异系数取值较大的区域主要集中在XS14-1,XS21-2,XS21-3,XS21-1和XS21-5等井处，靠近上述区域渗透率变异系数的取值在很短的距离内变化至U.小层YC1II1中渗透率变异系数取值较大的区域主要集中在XS302,XS21-2等井处，而靠近XS21-2等井的区域渗透率变异系数的取值很快变化至。，而且。值的分布区域较广，这说明该小层层内非均质性在平而上变化快，差异大.小层YC1II2延续了小层YC1II1的变化规律，渗透率变异系数取值较大的区域主要集中在XS14-1,XS21-2和XS23等井处，而在相邻的区域，该取值迅速减小至U，该小层层内非均质性在平而上变化更加明显，差异更大.自上而下，从小层YC1I1到小层YC1II2，储层层内非均质性呈逐渐增强的趋势.渗透率突进系数和级差等在4个小层中也有类似的变化规律。

　　对比4个小层，小层YC1I1中虽然也有渗透率变异系数在平而上的变化，但这种变化并不是突变，也没有局部区域的取值突变，这是因为小层YC1I1属于营城组一段第3个火山喷发旋回的晚期，火山作用整体上减弱，火山活动趋于稳定.这说明在上述4个小层中，该小层的非均质性强烈程度最差，这也是该小层能成为目的层的主力层位的一个十分重要的原因.对比火山口与渗透率变异系数取值的关系，一般靠近火山口的部位，渗透率变异系数的取值较大，非均质性强烈(图2)。这是受火山喷发活动自身的特点决定的.在靠近火山口的部位，主要发育火山通道相、爆发相和侵出相，其对应的岩性主要为火山角砾岩、角砾熔岩等，相变快，储层物性变化较大，储层非均质性相对较强.而远离火山口的部位，主要发育溢流相和火山沉积相，对应的岩性主要是流纹岩和凝灰岩等，岩相延伸范围大，物性较差，变化慢。储层物性变化不甚剧烈，非均质性相对较弱.因此，储层非均质性的强弱与火山喷发作用关系密切，在很大程度上受火山口位置的影响。

　　(3)层内非均质性的影响因素

　　储层层内非均质性的影响因素众多，大致包括构造、火山喷发特征、火山岩性、火山岩相以及成岩作用等多种。

　　构造作用对于储层层内非均质性的影响主要通过断裂来体现，主要是规模大小不一的断层和裂缝将一些原本不连通，无效的储集空间连接起来，进而影响到储层渗透率(图3)。这些区域和层位与断裂不发育的区域和层位储层性质差异很大，从而表现为强烈的非均质性的差异.同时，断裂的规模和分布的疏密程度也造成了非均质性特征在空间上的巨大差异.以XS27井区为例(图4)，在很小的范围内，断裂的发育程度就有很大的变化，反映在非均质方而，非均质的区域差异性十分

　　同一油田在不同的部位的石油储层是不同的，我们就从纵向上来看，石油可以分为不同的储集层，不同的储集层之间的性质又是不同的，一些典型的储油层有陆相油气藏、复合油气藏储层等，这些储油层的非均质性更加明显，所以我们在研究的时候要特别注意，我们在开采石油的时候遇到这些油层的时候更要小心，这些油层很容易出现问题，一旦出现问题，轻则会造成一定程度的财产损失，重则可能会对人们的生命安全造成威胁，所以我们要谨慎小心，深入研究，这样才能保证我们的石油开采更加的合理、安全。

　　(1)储油层岩性之间的差异

　　我们的大地在形成的时候分成了不同的岩层，而石油的储存就是在这些岩层之间，储油层的岩石种类是多种多样的，而沉积岩是最容易形成储油层的，沉积岩储油层也是分为很多种，有砂岩储油层、砾岩储油层等，在一定的情况下，变质岩和火成岩也都可以成为储油层，我们在开采石油的过程中遇到这方面的问题时就要考虑岩层的问题了。

　　(2)储油空问与油气运移通道小同

　　储油空问和油漆运移通道主要是空隙、裂缝和空洞，这三种情况也并小是同时出现的，他们在出现的时候可能是一个单独出现，可能是其中的两个出现，也可能是三个一起出现，这样我们在研究的时候就要看情况了。储油空问的储油层和渗流孔道、油水运动规律、空隙内的油都是小同的，我们在研究的过程中就要注意这方面的特点了。

　　(3)层问渗透率的小同

　　层问渗透率是从纵向上来说的，由于小同的层问的很多颗粒的数量和分布的情况都是小同的，所以层问的渗透率也是小同的。针对于岩层来说，油层问的渗透率的小同是油层非均质性的重要特点。油层问的渗透率的小同会使得油层的一些地方造成突进，这样小利于我们对石油进行开采。

　　平面非均质性是从横向上来说的，同一个平面上因为一些因素的小同或者是储油量大小的小同使得整个平面形成非均质性，而且非均质性程度大。实践证明，油田储量大的地方一般都是厚度很大，整个平面上的局部油层连续性好，流动性大，有利于对油田的开发，这样的部位我们在开采的时候难度较小，剩余油的量也很小。相对来说，石油储量小的地方的特点就比较的小好了，这些部位小利于我们对石油进行开采，这种地方的厚度比较小，流动性较差，非均质性强，我们在进行石油开采的过程中遇到的问题也会比较多，开采的难度会很大，剩余油的量也很大。

　　2.3.1油层非均质在开发过程中的现象

　　我们在开采石油的过程中总会遇到很多问题，也会出现很多矛盾，下面我们就来谈谈层问矛盾，层问矛盾主要是分为两个方面，一是层问突进，二是单层突进。层问矛盾的出现主要是由于内因和外因两部分组成，内因是层问的非均质性，外因则是由于人们的小合理注水或者是小合理开采石油，当我们对油田注水的时候，渗透率相差悬殊的地方因为吸水能力的差异就会产生这样的现象。

　　在对砂体格架和遮挡条件进行研究之后，对砂体渗透率和孔隙度平面分布研究则是平面非均质性研究的重点，特别是渗透率平面非均质性，因为其方向性及大小差异直接影响流体流动的方向性、流动能力。注入剂平面波及范围和平面驱油效果。渗透率平面非均质性可分为如下三方面：

　　(1)宏观渗透率方向性是指砂体内由岩性变化引起的宏观渗透率方向性，其主要受沉积作用影响，如沉积时高能带与低能带差异，主题带与边缘带差异，砂体几何形态引起的方向性等。可用渗透等值图表示。

　　(2)微观渗透率方向性是指砂体内沉积构造和结构因素引起的渗透率方向性，一般以各向渗透率之间比值来表示。

　　(3)裂缝引起的渗透率方向性是指储层存在裂缝时，它会导致严重的渗透率方向性。应研究各种裂缝的产状，尤其死裂缝走向。常见的裂缝有构造缝和层面缝。

　　聚合物驱是一种提高采收率的方法，在宏观上，它主要靠增加驱替液粘度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积；在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率。

　　数学模拟作为研究油藏的主要方法之一，其原理就是通过求解描述某一物理过程的数学方程式(组)来研究这个物理变化规律的方法[11]。自然界的物理现象，常常可以用某一数学方程式或方程组来加以描述，这种方程式或方程组就称为原现象的数学模型。因此，所谓数学模型并不是一个实体模型，而是从物理现象中抽象出来，能够描述该现象物理本质的一个数学方程式。

　　早期的聚合物驱油机理认为，聚合物驱只是通过增加注入水的粘度，降低水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积来提高原油采收率，聚合物驱后残留在孔隙介质中的油的体积和水驱之后相同，即聚合物驱不能增加岩石微观扫油效率经过多年的研究发现，由于聚合物的非牛顿粘弹性，聚合物驱不仅能够扩大波及体积，而且能够增加油藏岩石的微观驱油效率从而提高原油采收率聚合物驱可有效地驱替簇状、柱状、孤岛扰膜(环)扰盲状等以各种形态滞留在孔隙介质中的残余油。室内实验还表明，具有粘弹性的聚合物溶液与具有相同粘度但不具备粘弹性的驱替液相比，多提高采收率3-5个百分点。:聚合物驱油机理主要可以归纳为一下几个方面:

　　（1）降低油冰粘度比

　　研究结果表明，降低油冰粘度比可以提高驱油效率因此，设法降低地层原油的粘度和提高驱油剂的粘度就可以达到提高驱油效率的目吮显然，大面积的降低地层原油粘度的做法是不现实的，通过再注入水中添加高相对分子品质聚合物，提高驱替相粘度的方法是很容易做到的。

　　（2）降低水袖流度比

　　降低水袖流度比的直接结果是减少注入水单层突进现象降低水袖流度比可以提高注水波及体积系数和驱油效率水袖流度比的降低扩大了注水波及体积系数，使得原来需要大量注水才能采出的的原油，仅用少量的稠化水便可采出。从这一意义上来讲，聚合物驱的正真意义在于改善驱替效果，缩短开发周期

　　（3）降低注水地层渗透率

　　注水油藏的流度比M等于驱替相(水)的流度，和被驱替相(油)的流度之比：

　　从水油流度比的概念可以看到，降低水油流度比的方法是降低注入水的流度或提高地层油的流度显然大面积提高地层原油流度的做法是不现实的，而设法降低注入水的流度是很容易实现吮根据式，降低注入水流度的途径:一是降低地层的有效渗透率;二是提高驱替相的粘度这两种途径都是可以通过人工方法实现的。例如，通过机械的或是化学的方法对地层中的高渗透层段进行封堵作业(调整注水地层吸水剖面)可以降低地层的有效渗透率;通过在注入水中添加聚合物增稠剂可以提高驱替相的粘度

　　（4）产生流体转向效应

　　聚合物溶液在非均质油层中优先进入高渗透带，由于注入流体粘度的增大和高渗透带渗透率的下降使得进入的驱替流体转入未曾被注入水波及的含剩余油部位，提高了采收率

　　（5）提高油相分流系数

　　根据达西定律，油、水相的粘度KQ KW和油、水相的有效渗透率KQ KW决定了油、水两相同时流经孔隙介质时油相的分流系数fa

　　聚合物溶液水相粘度拜μW增大，同时又降低了水的相对渗透率KW，因此，提高了油的分流系数f0从而提高原油采收率。

　　聚合物的运移性质、与岩石的相互作用和可能存在的化学反应以及非牛顿流变性，使得聚合物在多孔介质中的渗流特征非常复杂。因此，无论进行室内实验还是用数值模拟软件进行数值模拟，通常都希望知道聚合物驱油的如下物理特征及其指标值。

　　(1)聚合物在多孔介质中流动时的表观粘度，这主要取决于聚合物在多孔介质中流动期间的聚合物浓度及其流动速度。

　　(2)聚合物的吸附、滞留、渗透率降低，这是影响聚合物驱油效果的重要量化值。

　　(3)运移性质，聚合物在多孔介质中流动时聚合物高分子具有扩散、不可进和不可及孔隙体积效应，这取决于聚丙烯酰胺的高分子量。

　　(4)化学反应，聚合物在油藏环境下可能会发生一些化学反应引起聚合物的化学降解，由此导致聚合物粘度损失，或者油藏中的高价阳离子如三价铁离子发生交联反应生成凝胶物质。

　　(5)热效应，聚合物的某些性质如降粘速率与温度有关

　　(6)敏感性，聚合物溶液对油藏环境里的矿化度、pH值等比较敏感。

　　如果同时考虑各种因素对聚合物驱油效果的影响，建立的数学模型势必非常复杂，因此这里首先考虑在一维空间中建立聚合物驱油的数学模型以揭示聚合物驱油机理，并将结论应用于聚合物驱油方案设计或了解聚合物驱未来动态。

　　3.2.1基本假设：

　　①流体为油水两相，水相中含水和聚合物两种组分；

　　②水与聚合物完全混溶，而油与水、油与聚合物完全非混溶；

　　③油、水、聚合物溶液在油藏内按达西定律流动；

　　④聚合物在孔隙表面上的吸附作用是瞬时完成的，忽略吸附作用对孔隙度的影响；

　　⑤流体和岩石不可压缩，并考虑重力和毛管力的影响；考虑扩散、吸附等作用；

　　⑥忽略聚合物溶质对含水相密度的影响。

　　从物质守恒原理、压力变化机理、浓度变化过程三方面来描述聚合物驱数学模型。整个聚合物驱基本数学模型是基于注入溶液的相和组分可压缩带吸附混溶和非混榕混合驱动的数学模型。

　　（2）物质守恒方程

　　应用Darcy定律给出以第i种物质组分总体积分数C，形式表达的L种物质组分的物质守恒方程为

　　式中:Ci为第i种物质组分的总体积分数;Ci1为l相中第i种物质组分的体积分数;ρi为i组分的密度;Dil为Fick弥散项;l表示第l相;小为孔隙度;Q为源汇项;np为相数;相流量ui满足Darcy定律，即

　　（3）饱和度方程

　　设S,}-和S。分别是水相和油相的饱和度，满足S,}-}So-1，则由物质守恒方程式(1)可得到油相饱和度方程为

　　(4)组分浓度方程

　　由于所有化学组分聚合物和各种离子全部存在于水相中，相间不发生物质传递，则有

　　将式(1-4)代入式(1-1)得到组分浓度方程为：

　　其中，A（Ciw）为与吸附有关的函数。

　　聚合物驱物化参数确定

　　由于用于胜二区1-2单元高温高盐聚合物为新型产品，数值模拟所需物化参数需要在岩心驱替试验拟合基础上获得。考虑高温高盐聚合物的特点，在室内驱替试验基础上，利用微机版聚合物驱机理模拟器进行室内参数的确定。

　　实验条件:

　　①驱替所用岩芯长度为30 cm，直径为2.5cm，渗透率为293 410一3林m z},},m，孔隙体积为58.7 cm;，含油饱和度为88.5%;

　　②注人水的矿化度为17 402 mg/L，钙镁总量为428 mg/L;

　　③饱和原油的赫度为35 mPa.s;

　　④岩芯温度保持在80℃;

　　⑤聚合物:聚合物溶液的浓度为1 800 mg/L,采用清水配、污水注，含水在94%一%%转注;

　　⑥注人速度为0.23 cm3/minx通过岩芯驱替实验可以得到注人倍数与含水率的关系曲线。

　　在岩心驱替试验拟合的基础上，利用驱油效果等效关系，得到聚合物驱数值模拟软件VIP-OLY-MER所需的聚合物的物化性质参数，如表5所示。

　　可及孔隙体积EPHZP 0.8

　　（2）数学模型

　　建立聚合物驱数学模型，进行了如下的假设:忽略气相的存在，流体为油、水两相，聚合物仅溶于水中;考虑三种组分:水、油、聚合物，各组分间没有化学反应产生，但考虑聚合物溶液中存在的化学降解;相平衡瞬间建立;流体和岩石均为不可压缩，流体的流动符合达西定律;模型忽略重力、毛管力的影响，但考虑扩散、吸附等作用;平面均质、层间非均质的拟三维油藏。

　　对于具有N，相N〔组分系统，其物质平衡系统可表达为:

　　由于聚合物驱过程中具有某些特殊的物理化学现象，本文就主要的物化参数的选取做了以下的考虑:

　　①聚合物溶液粘度

　　②渗透率下降系数

　　式（3）中为最大渗透率下降系数，无因次；为待定常数。（mg/cm3）-1。

　　（3）不可及孔隙体积

　　模拟过程中定义聚合物可及孔隙度或聚合物可及孔隙体积，他们通常被看做常数。

　　（4）扩散系数

　　扩散系数为张量形式，对于三位系统可表示为

　　(5)吸附

　　聚合物在油层孔隙表面吸附是聚合物驱油过程中发生的重要物化现象之一。模型采用Langmuir吸附等温线对其描述，即

　　式(5)中，a为表征离子交换与吸附量大小的参数，(g/cm3)-1；b为吸附常数，(mg/cm3)-1。

　　第4章ECLIPSE软件聚驱模块简介

　　4.1 Eclipse各个模块的主要功能

　　Eclipse软件主要包括3部分，分别是FIoGid,Schedule和Office。主要功能主要在FloGid,Schedule和Office三个模块中体现。

　　Eclipse软件中可以导出离散点数据，但导出的数据是整个区块的所有层的数据而不是单层的数据，Surfer可以读取离散点数据，首先通过编程的方式实现将Eclipse所有层的数据体拆解为单层的数据。

　　由于Eclipse导出数据是正向输出的，即由上向下输出数据，而Surfer读入数据的方式是由下向上读入，如果直接绘图则绘出的图件在Y方向上是倒置的，所以要使Surfe:读入和Eclipse相同方向的图件，则需要将拆解后的单层数据在Y方向上进行倒转，然后通过修改表头文件即能转化为Surfer数据，增强原有Eclipse数据的插值功能和绘制图件能力。

　　从Eclipse数模模型中导出剩余油储量(即地下原油体积)、剩余油饱和度、目前地层压力等参数，然后利用程序将其转换为Surfer格式的数据，并在Surfer中进行运算，得到剩余油储量(地面原油的质量)，根据原始储量丰度，计算动用程度等并绘图。

　　Eclipse数据格式向Surfer数据格式转换的具体实现过程如图

　　数据操作的基本流程图

　　4.2初始数据流

　　Surfer提供的一种格网文件格式是GS BinaryC（*.gr)的ASCII版本。它使用单精度值，具体格式如下表：

　　Surfer ASCII格式

　　以华北留西油田为例，从留西油田部分区块的Eclipse数模模型中导出该区块目前储量、剩余油饱和度及目前压力等参数的ASCII码数据，用所编软件进行处理，转化为Surfer格式的网格数据，在Surfer中进行运算，得到剩余油储量(地面原油的质量)，根据原始储量丰度，并计算出动用程度进行绘图。

　　以下以留西油田17区块剩余油饱和度为例。首先，由Eclipse导出剩余油饱和度数据(原始数据)(图2)，然后从导出数据中提取出我们所需的参数数据，修改头文件，以Eclipse及网格大小为关键字，处理结果如图3将以上数据用所编软件进行处理，将一个数据拆解为多个数据文件，文件数目为小层数

　　建立的地址模型为两种：一种是三围非均质地质模型，模型的非均质性考虑了渗流能力非均质,即考虑了渗透率k在纵向上的变化。三维模型的网络划分为Nx=10,Ny=10,Nz=3,网格大小为30m×30m×1m,为1注1采五点法井网，注入井的坐标位置为（1,1）,生产井的坐标位置（10，10，1）。油层深度为1000m；孔隙度为0.2。假设地层中只有油水两相，考虑了毛管力的影响。岩石的物性为：岩石参考压力为0.2082MPa，压缩系数为0.004MPa-1，岩石密度为1000Kg/m3，岩石的残余阻力系数为1，吸附指数为2，最大吸附浓度为0.00005Kg/m3。水的物性参数为：水的密度为1028.02Kg/m3，体积系数为1m3/m3，水的压缩系数为为0.0004MPa-1，水的粘度为0.6×10-3mpa.s；油的密度为845Kg/m3。

　　注入聚合物的数据参数为：当不考虑聚合物浓度影响时恒定注入浓度为0.5Kg/m3,当不考虑注入速度影响时恒定注入速度为100m3/d；考虑聚合物的粘度特性和剪切变稀特性。

　　另一种为均质模型假设各层渗透率值都为100×10-3μm2。

　　聚合物驱过程中，由于增加了注入水的粘度以及聚合物在油层中的滞留作用，使油水流度比降低，油层渗透率下降，流体的渗流阻力增加。因而在与水驱相同的注入速度下，注入压力将会升高。注聚合物初期，由于注入井周围油层渗透率下降较快，而导致注入压力上升快，当近井地带油层对聚合物的吸附捕集达到平衡后，渗流阻力趋于稳定，注入压力亦趋稳定或上升缓慢。当降低注入浓度或转入后续水驱阶段时，注入压力又开始逐渐下降。

　　由于各个推广区块的地质条件和其它因素影响，导致各个区块的聚合物溶液的注入速度不尽相同，结合工业化推广区块的实际情况，应用数值模拟方法研究了注入速度对聚合物驱开采指标的影响，并取得了如下认识:

　　①注入速度对最终采收率影响不大(图1);

　　②注入速度越低，相应的开采时间越长;注入速度越高，开采时间越短(图2);

　　③注入速度的高低对聚合物驱生产井的最低含水值影响不大，只是影响最低含水值出现时间的早晚，并影响“锅底”的形状(图3);

　　④注入速度对阶段采油量影响较大，不同的注入速度对区块产量高峰期影响较大，注入速度相对较低时，相应产量高峰较低，但高峰期延续较长，有利于区块的稳产(图4)。

　　下表是相同分子量聚合物在不同用量条件下的驱油实验结果。从中可以看出，聚合物用量愈大驱油效果愈好，这主要是因为聚合物用量增大引起注入压力增加，进而导致聚合物溶液波及体积增大。当然，随着聚合物用量的增加，吨聚合物的增油量将下降。一般来说，聚合物用量多少受油价高低和国家经济政策等因素影响。不同聚合物用f的驱油效果

　　数值模拟研究结果表明，当注入聚合物溶液井口粘度从31.25mPa·s降低到25.00mPa·s时，采收率提高值从14.37%下降到12.90%，采收率提高值损失1.47个白分点;单井累积增油量降低3 583t，单位粘度降低增油量573t/mPa·s。当注入聚合物溶液井口粘度从25.00mPa·s降低到18.75mPa·s时，提高采收率值从12.90%降低到10.96%，采收率提高值损失1.94个白分点;单井累积增油量降低4 729t，单位粘度降低增油量757t/mPa·s

　　由以上分析可以看出，如果把注聚区块的注入聚合物粘度保持在较高水平上注入，聚合物驱将会取得较好的效果。

　　一般地说，聚合物驱适合于水驱开发的非均质砂岩油田。渗透率变异系数是描述油层纵向非均质也室的参数，是影响聚合物驱采收率的重要参数之一，是决定一个油层是否适合聚合物驱的重要指标内试验资料表明，非均质变异系数vk=o.72的油层对聚合物驱油最有利，在这样的油层条件下，不仅聚合物的用量可以成倍地减少，而且所能获得的技术经济效果反而成倍增抓二连地区内蒙古林砂岩油藏油层的非均质变异系数0.89，从油层非均质性角度分析，二连地区蒙古林砂岩油藏适合开展聚合物驱油现场试验，但非均质变异系数差异较大，是聚合物驱油效果差异较大的影响原因之一。

　　本文在调研国内外有关页岩气水平井钻井液致塌机理和防塌机理研究成果的基础上，针对长宁龙马溪组页岩易塌地层，通过对该地层进行矿物组成分析、理化特性分析以及钻井液作用前后岩石强度测试、评价，结合岩石力学理论、钻井液化学相结合分析了易塌地层的致塌机理，在此基础上深入研究了钻井液化学的防塌机理及多场耦合条件下井壁坍塌压力、坍塌周期定量确定，进而建立了以协同优化钻井液成分、优化钻井液坍塌压力、优化钻井方位、优化长水平井段钻井周期的一系列协同优化方法，本文得到了如下认识：

　　（1）龙马溪页岩总粘土矿物含量13%～44%。无蒙脱石矿物，水敏性较弱，易水化分散性矿物伊蒙晶层矿物较高。脆性非粘土矿物石英等含量高。页岩脆性强。

　　（2）龙马溪组页岩蒸馏水中的线性膨胀率仅为13.77%，说明其膨胀性低。盐类抑制剂中K2SiO3的防膨性能最好。油具有最好的防膨性能，其次为乳化沥青。

　　（3）龙马溪组页岩蒸馏水回收率69.16%，回收率较高，分散性较弱。无机盐类抑制剂中回收率最高的是K2SiO3，其次是CaO。有机类抑制剂中油基钻井液的抑制效果最好。

　　（4）龙马溪组下部页岩油基钻井液浸泡后强度随时间变化逐渐降低。清水浸泡后强度随时间变化迅速降低。页岩强度对水非常敏感。

　　（5）通过页岩分散实验、膨胀实验、XRD实验，不同矿物线膨胀实验，得到优选结果以5%KCl作为抑制剂、3%聚二甲胺抑制页岩分散为好。

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　　本文是在我的导师杨昭的悉心指导下完成的，论文的选题、研究内的制定以及研究的进展情况等方面，都倾注了导师大量的精力和心血。

　　首先，衷心地感谢导师在工作、学习及生活等方面给予的大力支持和帮助，杨昭老师渊博的学识，勇于创新的科研精神，勤奋的工作精神，严谨的治学风范和一丝不苟的教学态度、坚实的理论功底、广阔的知识面和清晰的分析思路给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。在未来的工作和学习生活中，我将以导师为榜样，严谨刻苦，争取更大的进步。在此论文完成之际，特向我的导师致以深深的敬意。

　　在本文的研究和完成过程中，得到了同班同学的热心帮助和支持，在此对他们表示无尽的谢意。

　　向在论文中引用到其学术著作和研究成果的众多学术前辈以及同仁们表示感谢!

　　感谢我的家人及亲友，是他们的关心和支持才使得我的学业得以顺利完成。

　　最后，感谢哈尔滨石油学院，祝愿母校明天会更好!