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【ISCO】黃原膠與HPAM溶液在貝雷砂巖中的流變學比較
閱讀:373發布時間:2024-10-16
一、引言
流變學在多孔介質中對增強石油回收(EOR)項目具有重要影響,其中使用了聚合物溶液。如果在靠近注入井的高速度下聚合物溶液的有效粘度較大,則可能會降低聚合物的注入速率和石油產量。另一方面,如果在儲層深處經歷的低速度下聚合物溶液的有效粘度過低,油的置換可能效率不高。在本報告中,我們使用Teledyne ISCO 1000X注射泵來檢查在兩種蕞常用于EOR的聚合物——黃原膠和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的溶液中,有效粘度(即阻力因子)如何隨流速(實際上是隨通量或表觀速度)在貝雷砂巖中變化。
二、實驗步驟
黃原膠的分子量為1500萬道爾頓,而部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的分子量為2100萬道爾頓,水解度約為30%。兩種聚合物均在合成海水中制備(蒸餾水中含4.195%的海鹽)。兩種情況下的聚合物濃度均為0.1%。
貝雷砂巖巖心被鑄造在金屬合金中,每個都有兩個內部壓力表——一個位于入口砂面2厘米處,另一個位于出口砂面2厘米處。巖心分為三部分,中央部分長度為10厘米。巖心的滲透率相當均勻,平均約為550毫達西。巖心橫截面積為11.34平方厘米,孔隙率為0.217,孔隙體積(PV)為36立方厘米。
四臺Teledyne ISCO 1000X注射泵并聯(見圖1)。這些泵非常適合本研究,因為它們提供了穩定的流動和廣泛的速率范圍。壓力用石英傳感器測量。實驗在室溫下進行。
使用一系列不同的速率注入聚合物溶液,以確定多孔介質中的流變學特性。對于兩種聚合物,幾升溶液被迫通過一個巖心(每種聚合物使用不同的核心),以139英尺/天的通量模擬現場應用中井筒附近的剪切情況。然后將流出物以各種速率重新注入同一巖心,以模擬流體從井筒向外徑向流動時經歷的通量值。
圖1:泵和巖心配置示意圖
黃原膠溶液
對于黃原膠溶液(圖2中的實心圓),再注入速率從0.5到32,000立方厘米/小時,轉換為通量從0.035到2,222英尺/天,前沿速度從0.16到10,240英尺/天。對于低于10英尺/天的通量值,黃原膠阻力因子(多孔介質中相對于水的表觀粘度)很好地符合冪律模型,冪律指數為0.54(即對數-對數圖中的斜率為-0.46)。隨著通量增加到10英尺/天以上,阻力因子接近一個固定值2.5(即在“第二牛頓區")。我們的速率沒有足夠低到可以觀察到“第一牛頓區"。
HPAM溶液
對于預剪切的HPAM溶液,聚合物再注入速率從2到8,000立方厘米/小時,轉換為通量從0.14到555英尺/天,前沿速度從0.64到2,550英尺/天。圖2中的空心圓點繪制了這種預剪切HPAM溶液的阻力因子。它們顯示了非常輕微的剪切稀化行為,斜率為-0.085(冪律指數為0.915)。因此,這種HPAM溶液在多孔介質中的流變學幾乎是牛頓流體。
在同一個核心中(預剪切HPAM被注入的地方),我們使用通量值范圍從0.14到1,110英尺/天注入了新制備的HPAM溶液。圖2中的空心三角形繪制了這種未剪切聚合物的HPAM阻力因子。阻力因子顯示出非常輕微的剪切稀化行為,斜率為-0.2(冪律指數為0.8)。這種行為比預剪切HPAM稍微剪切稀化一些,但比黃原膠溶液要少得多。
在蕞低流速(即0.14英尺/天的通量)下,未剪切HPAM的阻力因子是預剪切HPAM的2.9倍,但仍比黃原膠少2.4倍。在低通量下的較大阻力因子是理想的,因為在儲層的大部分區域流體速度較低,大多數石油將在低速度下被置換。
圖2:核心部分2中阻力因子與通量的關系
在注入井周圍,流體速度通常較高,因此高速度下的阻力因子會直接影響可注入性。在通量為550英尺/天時,未剪切HPAM的阻力因子與預剪切HPAM的阻力因子基本相同,但比黃原膠的阻力因子高出35%。
三、結論
使用Teledyne ISCO 1000X注射泵,我們以廣泛的速率注入黃原膠和HPAM溶液,以確定多孔介質中的流變特性。黃原膠溶液在多孔介質中表現出剪切稀化流變特性,而HPAM溶液則表現出輕微的剪切稀化。在地層深處通常經歷的低速度下,黃原膠提供的有效粘度(多孔介質中的阻力因子)比未剪切HPAM高2.4倍,比先通過核心以典型的近井筒通量(139英尺/天)強制通過的HPAM高約7倍。
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