化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

2006年4月13日李建芳油藏?cái)?shù)值模擬原理化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬1第1頁化學(xué)驅(qū)發(fā)展概況、技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展前景復(fù)合化學(xué)驅(qū)驅(qū)油機(jī)理和物化現(xiàn)象數(shù)學(xué)模型及模擬軟件化學(xué)驅(qū)模型與黑油模型比較主要物化現(xiàn)象及物化參數(shù)描述三、化學(xué)驅(qū)模型2第2頁發(fā)展概況、技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展前景我國陸上各油區(qū)大都處于高含水期開采階段，穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大。后備資源不足，儲(chǔ)采矛盾逐年加大:當(dāng)年增加可采儲(chǔ)量一直小于當(dāng)年產(chǎn)油量，后備資源量不停下降，儲(chǔ)采矛盾逐年加大綜合含水逐年升高，主力油區(qū)已進(jìn)入注水開發(fā)后期，依靠現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)已極難保持穩(wěn)產(chǎn)新探明儲(chǔ)量動(dòng)用程度不高，開發(fā)難度大急需發(fā)展和應(yīng)用提升采收率方法

油田開發(fā)覺實(shí)狀況和問題：3第3頁1999年完成全國17個(gè)油區(qū)進(jìn)行潛力評(píng)價(jià)工作，評(píng)價(jià)結(jié)果表明，我國油田提升采收率潛力很大。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，可增加可采儲(chǔ)量11.8×108t，相當(dāng)于可提升采收率11%以上

發(fā)展概況、技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展前景提升采收率方法是保持各油區(qū)產(chǎn)量穩(wěn)定主要辦法聚合物驅(qū)已在我國工業(yè)化應(yīng)用，可提升采收率10%，年產(chǎn)油達(dá)1000萬噸復(fù)合化學(xué)驅(qū)，做為一個(gè)高效率提升采收率方法，在一定油藏條件下，能夠大幅度地提升原油采收率，室內(nèi)和礦場(chǎng)試驗(yàn)提升采收率20%以上。復(fù)合化學(xué)驅(qū)研究和應(yīng)用取得了重大突破，成為我國最為主要潛在三采技術(shù)貯備。4第4頁引言復(fù)合化學(xué)驅(qū)驅(qū)油機(jī)理和物化現(xiàn)象降低界面張力驅(qū)油機(jī)理流度控制作用降低昂貴化學(xué)劑吸附損失（A）堿+原油中酸性物表面活性物質(zhì)A+S+P

多元化學(xué)劑復(fù)合協(xié)同效應(yīng)堿對(duì)酸性原油屢次萃取聚合物降低驅(qū)替液流度含鹽量降低聚合物粘度堿引發(fā)聚合物深入水解乳化夾帶、乳化捕集、乳化聚并5第5頁質(zhì)量傳遞（對(duì)流、擴(kuò)散、液-液、固-液、化學(xué)反應(yīng)）復(fù)合協(xié)同效應(yīng)及界面張力降低各種化學(xué)劑損耗：堿耗、化學(xué)劑吸附滯留等殘余飽和度降低多相相對(duì)滲透率化學(xué)劑擴(kuò)散和稀釋聚合物溶液特征離子交換含鹽量及其改變影響等乳狀液形成及流動(dòng)特征沉淀、結(jié)垢復(fù)合化學(xué)驅(qū)驅(qū)油機(jī)理和物化現(xiàn)象引言6第6頁數(shù)學(xué)模型及模擬軟件以黑油模型為基礎(chǔ)化學(xué)驅(qū)數(shù)學(xué)模型：NHANCE-- 美國SSI:簡(jiǎn)化機(jī)理ISLAM-- 加拿大提升采收率研究所：簡(jiǎn)化機(jī)理VIP-POLYMER-- 美國：聚合物驅(qū)模型以組份模型為基礎(chǔ)化學(xué)驅(qū)數(shù)學(xué)模型：UTCHEM-- TEXAS大學(xué):考慮復(fù)雜機(jī)理，教學(xué)模型SCORPIO-- 英國原子能研究所：聚合物驅(qū)模型ASP-- 中國石油勘探開發(fā)研究院：復(fù)合驅(qū)模型7第7頁ASP軟件數(shù)學(xué)模型

對(duì)流項(xiàng)——j相密度——相濃度，表示i組份在j相中濃度——達(dá)西速度

擴(kuò)散項(xiàng)累積項(xiàng)產(chǎn)量項(xiàng)

累積項(xiàng)包含流體組分在孔隙中質(zhì)量聚集和由吸附/滯留等引發(fā)在巖石中質(zhì)量損失源匯項(xiàng)包含注入/產(chǎn)出和化學(xué)反應(yīng)等引發(fā)質(zhì)量增加或降低8第8頁計(jì)算流程9第9頁化學(xué)驅(qū)模型與黑油模型比較現(xiàn)象黑油模型化學(xué)驅(qū)模型相油、水、氣油、水（或化學(xué)相）組份有多少個(gè)相就有多少個(gè)組份5~3０相態(tài)PVT大量復(fù)雜計(jì)算吸附不考慮表活劑與聚合物吸附界面張力計(jì)算為常數(shù)大量復(fù)雜計(jì)算毛管數(shù)改變不考慮10-7考慮10-7~101粘度水相粘度為常數(shù)，油與氣粘度隨壓力而改變流變性、含鹽量、交聯(lián)調(diào)剖離子交換不考慮表活劑、粘土與鈉及鈣離子交換生成表活劑不考慮考慮求解方法全隱IMPES方法10第10頁主要物化現(xiàn)象及物化參數(shù)描述

界面張力隨化學(xué)劑濃度改變：

為了真正表達(dá)各種化學(xué)劑復(fù)合協(xié)同效應(yīng)，采取實(shí)測(cè)界面張力等值圖進(jìn)行描述，對(duì)于給定原油和配置水礦化度，界面張力主要隨堿、表面活性劑、聚合物濃度改變：經(jīng)過各化學(xué)劑濃度可取得對(duì)應(yīng)界面張力11第11頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述

堿屢次萃取引發(fā)界面張力改變

主要考慮堿對(duì)酸性原油屢次萃取引發(fā)界面張力深入降低，其降低幅度與堿濃度、與新原油接觸萃取次數(shù)相關(guān)，通常主要發(fā)生在驅(qū)替前緣與新鮮原油接觸區(qū)帶。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，該降低幅度可達(dá)1各數(shù)量級(jí)以上（該現(xiàn)象是有利于驅(qū)油原因）。模型中可依據(jù)試驗(yàn)資料考慮此現(xiàn)象引發(fā)界面張力降低，也可進(jìn)行以下簡(jiǎn)化考慮：即在驅(qū)替前緣某一堿濃度范圍內(nèi)，因?yàn)閴A屢次萃取，使得該范圍內(nèi)界面張力比正常計(jì)算值低（其幅度由試驗(yàn)確定）。

12第12頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述

聚合物加入引發(fā)界面張力改變

主要考慮聚合物加入引發(fā)ASP體系與原油間界面張力升高情況。通常聚合物濃度越高，越易發(fā)生該現(xiàn)象（該現(xiàn)象是不利于驅(qū)油原因）?？梢罁?jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行以下改進(jìn)：在聚合物濃度大于某值后，使正常計(jì)算出AS體系界面張力隨聚合物濃度增加而增加，幅度由試驗(yàn)資料確定：

13第13頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述殘余飽和度和相對(duì)滲透率

殘余飽和度

各相殘余飽和度與毛管數(shù)相關(guān)，毛管數(shù)定義:

經(jīng)過試驗(yàn)可測(cè)得不一樣Nc下殘余飽和度值

各相相對(duì)滲透率

14第14頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述物化現(xiàn)象及參數(shù)描述

堿耗

影響原因較多，且較復(fù)雜，模型用一些簡(jiǎn)化處理，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)項(xiàng)給予描述。溶液中與巖石表面離子交換引發(fā)快速堿耗

r1原油中酸性物質(zhì)引發(fā)堿耗r2試驗(yàn)給出不一樣酸、堿濃度下堿耗曲線巖石溶解引發(fā)長久堿耗r3該堿耗可用一級(jí)表觀動(dòng)力學(xué)方程描述

式中K31由試驗(yàn)確定

水相中CO2引發(fā)堿耗r4可依據(jù)化學(xué)反應(yīng)折算出CO2引發(fā)堿耗

Ca++、Mg++離子引發(fā)堿耗r5可依據(jù)K51，K52溶度積折算出堿耗r515第15頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述表面活性劑吸附

式中：qs0,as與陽離子強(qiáng)度E相關(guān)，由試驗(yàn)資料確定。

C+,C++分別為一價(jià)和二價(jià)陽離子濃度，β為加權(quán)因子。

當(dāng)堿存在時(shí)，表面活性劑吸附滯留量將隨PH升高而降低

16第16頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述堿對(duì)粘度影響

堿對(duì)溶液粘度影響

堿加入將引發(fā)溶液含鹽量環(huán)境改變，陽離子濃度大大增加將引發(fā)聚合物溶液粘度大大降低，這也是堿加入帶來最主要不利原因之一。

堿引發(fā)聚合物深入水解

在一定范圍內(nèi)，堿加入引發(fā)聚合物長久水解，造成聚合物溶液粘度增加，與堿濃度，聚合物水解度及時(shí)間相關(guān)?？梢罁?jù)試驗(yàn)資料考慮該現(xiàn)象引發(fā)粘度增加（該現(xiàn)象是有利于驅(qū)油原因）。

17第17頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述聚合物溶液粘度靜止粘度

運(yùn)動(dòng)粘度

聚合物溶液靜止粘度（零剪切速率下粘度）是聚合物溶液濃度和含鹽度函數(shù)

式中：a1、a2、…是與含鹽度相關(guān)常數(shù)，由試驗(yàn)資料確定。剪切造成聚合物溶液粘度降低，能夠經(jīng)過Meter方程描述

為剪切速率，

1/2為（

p0+

w）/2粘度時(shí)剪切速率。nr表示流體非牛頓性冪律指數(shù)，1.0nr1.8，Newton流體nr=1.0。

18第18頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述聚合物吸附量

對(duì)于近似遵照Langmuir等溫吸附理論靜態(tài)吸附

式中：qpmax——不一樣鹽度下，聚合物在巖石表面上最大吸附量a1,b1——平衡吸附常數(shù)，其值由試驗(yàn)室測(cè)定對(duì)于不符合Langmuir吸附規(guī)律情況，可采取試驗(yàn)室給定不一樣含鹽量下聚合物吸附曲線插值計(jì)算吸附量。19第19頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述

聚合物水相滲透率降低系數(shù)

由聚合物吸附滯留所引發(fā)

qp,Rkp——不一樣含鹽量下，聚合物吸附滯留量和水相滲透率下降系數(shù)qpmax,Rkpmax——不一樣含鹽量下，聚合物飽和吸附滯留量和最大水相滲透率下降系數(shù)。亦可直接給定不一樣含鹽量下Rkp

～qp(Cp)表格插值計(jì)算

20第20頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述復(fù)合體系毛管壓力可描述成油水毛管壓力和界面張力函數(shù)Cpc,Npc為常數(shù)（由試驗(yàn)資料確定），Sn為濕相飽和度

各相密度取決于各相壓力和組成

P0,ρ0分別為參考?jí)毫驮搲毫ο旅芏取?/p>

j為壓縮系數(shù)。

毛管壓力、流體各相密度21第21頁物化現(xiàn)象及參數(shù)描述離子交換、聚合物可及孔隙體積

離子交換水相中一價(jià)陽離子與巖石表面二價(jià)陽離子離子交換，使得溶液中陽離子強(qiáng)度增加，影響了聚合物粘度和吸附

QV——離子交換能力

c——離子交換系數(shù)

聚合物可及孔隙體積為聚合物、交聯(lián)劑、凝膠可及孔隙體積，可經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)定

22第22頁新增物化現(xiàn)象描述堿垢物化現(xiàn)象描述堿與礦物反應(yīng)產(chǎn)生垢，堿垢對(duì)地層產(chǎn)生了不一樣程度堵塞，從而影響地層滲透性，使流體流動(dòng)能力降低，驅(qū)動(dòng)壓差上升。能夠采取簡(jiǎn)化描述方式：

（1）計(jì)算堿與礦物反應(yīng)形成堿垢量，堿垢量隨堿濃度改變。試驗(yàn)給出堿垢量與地層滲透率下降系數(shù)關(guān)系。（2）在給定油藏條件下，試驗(yàn)直接給出地層滲透率下降系數(shù)隨堿濃度改變曲線。

主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)23第23頁新增物化現(xiàn)象描述堿垢反應(yīng)是受多重機(jī)理控制,影響反應(yīng)機(jī)理?xiàng)l件為堿型、堿濃度、反應(yīng)溫度、巖石中含有較高反應(yīng)活性礦物種類及含量等。在數(shù)學(xué)描述中我們只考慮堿濃度，其它變量能夠經(jīng)過試驗(yàn)間接給出（比如對(duì)某特定堿型、特定溫度和特定巖石中礦物種類進(jìn)行試驗(yàn)），形成堿垢后主要是影響滲透性，這種影響對(duì)水相和油相都起作用堿垢物化現(xiàn)象軟件模塊研制主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)24第24頁新增物化現(xiàn)象描述堿垢物化現(xiàn)象軟件模塊研制我們引入堿垢引發(fā)滲透率降低系數(shù)，在給定油藏條件下，試驗(yàn)直接給出滲透率降低系數(shù)隨堿濃度改變曲線。由每個(gè)網(wǎng)格塊堿濃度經(jīng)過堿垢引發(fā)滲透率降低系數(shù)曲線查到每個(gè)網(wǎng)格塊