【ISCO】黄原胶与HPAM溶液在贝雷砂岩中的流变学比较
时间:2024-10-16 阅读:62
一、引言
流变学在多孔介质中对增强石油回收(EOR)项目具有重要影响,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较大,则可能会降低聚合物的注入速率和石油产量。另一方面,如果在储层深处经历的低速度下聚合物溶液的有效粘度过低,油的置换可能效率不高。在本报告中,我们使用Teledyne ISCO 1000X注射泵来检查在两种蕞常用于EOR的聚合物——黄原胶和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的溶液中,有效粘度(即阻力因子)如何随流速(实际上是随通量或表观速度)在贝雷砂岩中变化。
二、实验步骤
黄原胶的分子量为1500万道尔顿,而部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的分子量为2100万道尔顿,水解度约为30%。两种聚合物均在合成海水中制备(蒸馏水中含4.195%的海盐)。两种情况下的聚合物浓度均为0.1%。
贝雷砂岩岩心被铸造在金属合金中,每个都有两个内部压力表——一个位于入口砂面2厘米处,另一个位于出口砂面2厘米处。岩心分为三部分,中央部分长度为10厘米。岩心的渗透率相当均匀,平均约为550毫达西。岩心横截面积为11.34平方厘米,孔隙率为0.217,孔隙体积(PV)为36立方厘米。
四台Teledyne ISCO 1000X注射泵并联(见图1)。这些泵非常适合本研究,因为它们提供了稳定的流动和广泛的速率范围。压力用石英传感器测量。实验在室温下进行。
使用一系列不同的速率注入聚合物溶液,以确定多孔介质中的流变学特性。对于两种聚合物,几升溶液被迫通过一个岩心(每种聚合物使用不同的核心),以139英尺/天的通量模拟现场应用中井筒附近的剪切情况。然后将流出物以各种速率重新注入同一岩心,以模拟流体从井筒向外径向流动时经历的通量值。
图1:泵和岩心配置示意图
黄原胶溶液
对于黄原胶溶液(图2中的实心圆),再注入速率从0.5到32,000立方厘米/小时,转换为通量从0.035到2,222英尺/天,前沿速度从0.16到10,240英尺/天。对于低于10英尺/天的通量值,黄原胶阻力因子(多孔介质中相对于水的表观粘度)很好地符合幂律模型,幂律指数为0.54(即对数-对数图中的斜率为-0.46)。随着通量增加到10英尺/天以上,阻力因子接近一个固定值2.5(即在“第二牛顿区”)。我们的速率没有足够低到可以观察到“第一牛顿区”。
HPAM溶液
对于预剪切的HPAM溶液,聚合物再注入速率从2到8,000立方厘米/小时,转换为通量从0.14到555英尺/天,前沿速度从0.64到2,550英尺/天。图2中的空心圆点绘制了这种预剪切HPAM溶液的阻力因子。它们显示了非常轻微的剪切稀化行为,斜率为-0.085(幂律指数为0.915)。因此,这种HPAM溶液在多孔介质中的流变学几乎是牛顿流体。
在同一个核心中(预剪切HPAM被注入的地方),我们使用通量值范围从0.14到1,110英尺/天注入了新制备的HPAM溶液。图2中的空心三角形绘制了这种未剪切聚合物的HPAM阻力因子。阻力因子显示出非常轻微的剪切稀化行为,斜率为-0.2(幂律指数为0.8)。这种行为比预剪切HPAM稍微剪切稀化一些,但比黄原胶溶液要少得多。
在蕞低流速(即0.14英尺/天的通量)下,未剪切HPAM的阻力因子是预剪切HPAM的2.9倍,但仍比黄原胶少2.4倍。在低通量下的较大阻力因子是理想的,因为在储层的大部分区域流体速度较低,大多数石油将在低速度下被置换。
图2:核心部分2中阻力因子与通量的关系
在注入井周围,流体速度通常较高,因此高速度下的阻力因子会直接影响可注入性。在通量为550英尺/天时,未剪切HPAM的阻力因子与预剪切HPAM的阻力因子基本相同,但比黄原胶的阻力因子高出35%。
三、结论
使用Teledyne ISCO 1000X注射泵,我们以广泛的速率注入黄原胶和HPAM溶液,以确定多孔介质中的流变特性。黄原胶溶液在多孔介质中表现出剪切稀化流变特性,而HPAM溶液则表现出轻微的剪切稀化。在地层深处通常经历的低速度下,黄原胶提供的有效粘度(多孔介质中的阻力因子)比未剪切HPAM高2.4倍,比先通过核心以典型的近井筒通量(139英尺/天)强制通过的HPAM高约7倍。