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聚合物驱偏心分注技术研究 摘要 大庆油田主力油层聚合物驱油己得到广泛应用，对提高油田最终采收率、控制油田产量递减、 改善油田高含水后期开发效果起到了重要作用。聚合物驱油技术已成为大庆油田高含水后期增储上 产保持油田可持续发展的一项重要技术手段。然而，随着主力油层注聚面积的扩大，油田适合聚合 物驱油的一、二类油层剩余储量潜力逐年减少，探索三类油层聚驱的可行性和研究聚驱的效果，寻 找接替一、二类油层注聚的储量潜力显得非常重要。 为了配合油田中区西部三次加密与聚合物驱结合现场试验，提高注聚井的吸液厚度，改善差油 层的动用状况，进一步调整注聚结构，必须进行分层注聚。但原有的聚合物分层注入技术不能满足 三类油层多层注聚的要求需研制聚合物驱多层分注工艺，以缓解低渗透油层及表外储层间的渗透 率差异造成的笼统注入井各层吸入量不平衡的矛盾，使得三类油层进行三次采油成为可能，提高最 终采收率。 本文综合运用了量纲原理、相似定理及石定理建立了聚合物在内管带有等距环槽的环形空伺流 动的准则方程。并且给出了方程的推导。设计并进行了室内试验，结合试验数据和最d , - 乘法算法 得到了非牛顿流体在内管带有等距环槽的环形空间中流动的摩阻系数的拟合公式，进而得到非牛顿 流体在内管带有等距环槽的环形空间中流动时的压降与流量、环形空间的尺寸及非牛顿流体流变性 参数的关系。利用优化设计结果研制出偏心配注器以及在结构上不受使用级数限制、适用于四层以 上分注要求，低剪切降解的桥式偏心分层注聚管柱及配套工具。 现场试验9 口井，采用存储式电子流量计进行分层测试调配。资料表明分注后吸液层段数比笼 统注入时增多，吸水厚度增大。与注聚前对比，日产液下降，日产油上升，综合含水下降。聚合物 驱偏心分注技术解决了三类油层聚合物驱多层分注的问题，提高了注聚井的吸液厚度，改善了差油 层动用状况，提高最终采收率，具有较高的技术经济价值和杜会效益。 关键词：三类油层聚合物驱多层分注环形空间偏心配注器 t h er e s e a r c ho fp o l y m e re c c e n t r i c i t yl n j e c t i o ut e c h n o l o g y a b s t r a c t t h ep o l y m e rd r i v o do i li sw i d e l yu s e di nt h em a i no i ll a y e ro fd a q i n go i lf i e l d i te f f e c t e do nr a i s i n g t h el a s tr e c o v e r yr a t i o ，p r e v e n t i n gt h ep r o d u c t i o nf r o mr e d u c i n g , i m p r o v i n gd e v e l o p m e n te f f e c t i o ni nt h el a t e f o rh i g hp e r c e n tw a t e r , t h et e c h n o l o g yo f t h ep o l y m e rd r i v i n go i lh a sb e c o m ea nv e r yi m p o r t a n tt e c h n o l o g y i n i n c r e a s i n gr e s e r v e s ，c o n t i n u ed e v e l o p m e n t i nt h el a t ef o rh i 【g h p e r c e n t w a t e ri nt h e d a q i n g o i l f i e l d h o w e v e r , t h el a r g e ro ft h ea r e at h a tt h ep o l y m e ri n j e c t i o ni nt h em a i no i ll a y e r , t h el i r l er e m a i n i n g r e s e r v e si nt h ef i r s ta n dt h es e c o n dt y p eo ft h eo i ll a y e r st h a ta d o p tt op o l y m e rd r i v eo i l i ti sn o to n l y i m p o r t a n tt h a tw er e s e a r c he f f e c t i o no f t h ep o l y m e rd r i v eo i la n df e a s i b i l i t yo f t h ep o l y m e rd r i v eo i li nt h e t h i r do i ll a y e rb u ta l s ow el o o kf o rp o t e n t i a lt h a tr e p l a c et h ei n j e c t i n gp o l y m e r sr e s e r v e si nt h ef i r s ta n dt h e s e c o n d t y p yo f t h eo i ll a y e r s w em u s ti n j e c tp o l y m e rs e p e r a t l yi nt h ed e f f e r e n tl a y e r si no r d e rt oc o o p e r a t et h ef i e l de x p e r i m e n to f t h et h i r di n f i l li nt h em i d - w e s to ft h eo i l f i e l dw i t ht h ep o l y m e rd r i v i n go i l , t oi m p r o v ea c c e p t i n gf l u i d t h i c k n e s s ，t oi m p r o v et h ep r o d u c t i n gr e s e r v e si nt h eb a do i ll a y e r s ，t oa d j u s tt h ec o m p o s i t i o no f t h ep o l y m e r i n j e c t i o n t h ep r e s e n tt e c h n o l o g yt h a tt h ep o l y m e ra r es e p e r a t l yi n j e c t e di nt h ed e f f e r e n tl a y e r sd i dn o t c o n t e n tt h er e q e s tt h a ti n j e c tp o l y m e rt om a n yl a y e r si nt h et l l i r dt y p eo fo i ll a y e r ! w em u s td e v e l o pa t e c h n o l o g yt h a tt h ep o l y m e ra r ei n j e c t e dt om a n yl a y e r s s ot h a tt h ei n t a k i n gi m b a l a n c ea n t i n o m yc a u s e d b yt h ed e f f e m c ob e t 、v e c nt h el o w e rp e n e t r a t i o nl a y e ra n dt h eo u to fl a y e r i nt h ed e f f e r e n tl a y e r si nt h e c o m m i n g l e dw a t e ri n j e c t i o nw e l l sw i l lb es o l a t a d t h u st h et l l i r dp r o d u c t i o n i si m p o s s i b l ei nt h et h i r d t y p eo f l a y e r t h ef i n a lr e c o v e r ye f f i c i e n c yw i l lb ei n c r e a s 甜 t h i sp a p e ri n t e g r a t i n gu t i l i z et h ed i m e n s i o nt h e o r y , t h el a wo f s i m i l a r i t y , 石t h e o r y t o e s t a b l i s ht h en o r n lf o r m u l a rt h a tt h ep o l y m e rf l o wi n s i d et h ep i p e sw i t hi s o m e t r yc i r c l i n es p a c e a n dg i v e t h ef o r m u l a r sd e r i v a t i o n d e s i g nt h ei n t e r i o re x p e r i m e n t w eg e tt h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n tf i tf o r m u l a rt h a t t h en o n - n e w t o n i a nf l u i df l o wi n s i d et h ep i p e sw i t hi s o m e t r yc i r e l i n es p a c ec o m b i n a t et h ee x p e r i m e n t d a t a sa n dt h el e a s ts q u a r em e t h o d s ot h a tw eg e tt h ep r e s s u r ed r o o p i n g ，t h er a t eo f f l o w , t h es i z eo ft h e c i r e l i n es p a c ea n dt h er e l a t i o n s h i po f t h en o n n e w t o n i a nf l u i df l o w a g ep a r a m e t e r st h a tt h en o n - n e w t o n i a n f l u i df l o wi n s i d et h e i s o m e t r yc i r c l i n es p a c e w eu t i l i z eo p t i m i z i n gd e s i g nr e s u l t t od e v e l o pt h e d c c o n t e ri n j e c t i o np r o r a t i o ne q u i p m e n t w ed e v e l o pt h eb r i d g ed e c e n t e rs e p a r a t i n gl a y e ri n j e c t i n gp o l y m e r p i p e sa n dt o o l sa d a p tt h ep i p e sw i t hl o w e rs h e a rd e g r a d 缸i o nt h a ta d a p tt os e p a r a t i n gi n j e e t i o na b o v ef o u r l a y e r sw i t h o u tt h el i m i tn u m b e r s w et e s tt h et e c h n o l o g yi nn i n ew e l l s u s e dt h ee l e c t r o n i cm e m o r yr o w m e t e rt oa l l o c a t et h et e s t i n g s e p a r a t e l y t h ed a t as h o w e dt h en u m b e r so ft h ei n t a k i n gl a y e ra f t e rs e p a r a t i n gi n j e c t i o na r em o r et h a nt h e c o m m i n g l e d w a t e ri n j e c t i o n t h e i n t a k i n g t h i c k n e s se n c h a r g e c o n t r a s tt h eb e f o r et h e p o l y m e r 硼e c f i o n , t h ep r o d u a t i n gf l u i dp e r c e n td a yr e d u c e d , t h ep r o d u c i n go i lp e r c e n td a yi n c r e a s e d ，t h es y n t h e s i z e w a t e rc o n t a i n e dr e d u c e d t h et e c h n o l o g yt h a tb i a ss e p a r a t i n gl a y e ri n j e c t i o no nt h ep o l y m e rd r i v i n go i l s o l u t et h ep r o b l e mt h a tt h ep o l y m e rd r i v i n go nm a n yl a y e r ss e p a r a t i n gi n j e c t i o ni nt h et h i r dt y p el a y e r 1 t i m p r o v ea c c e p t i n gf l u i dt h i c k n e s s ，t oi m p r o v et h ep r o d u c t i n gr e s e r v e si nt h eb a do i ll a y e r s ，t h ef i n a l r e c o v e r ye f f i c i e n c yw i l lb ei n c r e a s e d i th a st h eb i g g e s tt e c h n o l o g i c a le c o n o m i cv a l u a t i o na n ds o c i e t y b e n e f i t k e yw o r d s ：t h et h i r dt y p eo fo i ll a y e r t h ep o l y m e rd r i v eo i l s e p a r a t i n gi n j e c to nm a n yl a y e r s i s o m e t r yc i r c l i n es p a c e t h ed e c , e n t e ri n j e c t i o np r o r a t i o ne q u i p m e n t 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说 明并表示谢意 作者签名：圣煎日期：丝1 2 ：! 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容 编入有关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文 在解密后适用本规定 学位论文作者签名：王掺 日期：2 咖- i 彳占 导师麟：城 日期如7 i 多，0 穸拶。d ， 创新点摘要 1 、以环型降压槽结构为节流元件的桥式偏心配注器，能够实现对聚合物的低剪切 降解，确保驱油效果。 2 、聚合物驱偏心分注管柱结构上不受使用级数限制，适用于四层以上分注要求。 3 、摸索出了一套三类油层聚合物注入井调配及测试工艺方法。 4 、聚合物驱偏心分注技术的研究成功，为三类油层聚合物驱提供了有利的技术保 障。进入推广应用后，可缓解低渗透油层及表外储层间的渗透率差异造成的笼统注入井 各层吸入量不平衡的矛盾，使得三类油层进行三次采油成为可能，提高最终采收率，具 有极高的技术经济价值和社会效益。 5 、该技术同样适用于一、二类油层的聚合物驱多层( 四层以上) 分注，具有广阔 的推广应用前景。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第1 章绪论 聚合物驱油技术始于上个世纪5 0 年代，美国于上个世纪的7 0 8 0 年代现场实施了很 多聚合物驱油区块，但平均采收率只4 9 ( 大庆认为提高6y r 7 是经济下限) ，效益 差，所以国外一般是否定聚合物驱油的。卜嘲，主要原因是认为聚合物驱油只能扩大波及体积， 不能提高驱油效率，因此采收率提高值较低。究其原因是他们把聚合物溶液当成了牛顿流体 考虑嗍巾3 ，而实际上聚合物溶液是粘弹性流体( 非牛顿流体) ，除具有一定的粘度之外，还 具有弹性的性质。粘弹性流体对提高采收率起作用的机理是聚合物溶液的“海棉效应”，即 可以在孔隙中胀、缩并将孔隙边缘的油“扫”出来和孔壁处的速度梯度高，可以使油膜变薄。 而水不是粘弹性流体，没有“海棉效应”，因此不能把孔隙边缘的油扫出来；孔壁处的速度 梯度也低，不能再把油膜变薄。 大庆油田从2 0 世纪的9 0 年代开始进行大规模的聚合物驱油现场试验，并投入工业性生 产，对稳油控水，提供原油采收率，确保油田高产、稳产起到了至关重要的作用。但在聚合 物驱开发过程中，也存在着些问题与矛盾。 i 1 大庆油田聚合物驱开发过程中的层问矛盾 大庆油田为陆相沉积的大型砂体油田，油藏埋藏深度1 0 0 0 m 左右，油层温度约4 5 ，原 始地层水矿化度7 0 0 0 唱l ，注入水矿化度4 ( x ) - i o o ( h l g l ，油层渗透率变异系数介于o 5 - o 8 之间，各方面条件均有利于聚合物驱。 大庆油田聚合物驱技术始于7 0 年代初，于9 0 年代中期开始工业化推广应用，目前己成 为世界e 应用聚合物驱油规模最大的油田吖。截止2 0 0 5 年1 2 月，已投入聚合物驱工业 化区块3 5 个，面积3 1 4 4 1 k m 2 ，动用地质储量5 1 8 8 8 3 4 1 0 4 t 。投入聚驱井5 7 4 2 口，其中注 入井2 5 9 9 口，生产井3 1 4 3 口。2 0 0 5 年，工业化聚合物驱全年产油量达到1 2 0 0 1 0 4 t ，占大 庆油田当年总产油量的四分之一。从大庆油田6 个较早投注聚合物工业化区块的效果来看， 工业化聚合物驱平均提高采收率1 0 个百分点以上，吨聚增油8 2 3 t ，投入产出比达到i ：6 8 。 盯】 在大庆油田聚驱开发过程中发现，聚合物驱可在一定程度上使注入剖面得到改善，但由 于油层非均质性和井网完善程度等多种因素的影响，层间矛盾依然没有从根本匕得以解决。 在笼统注入方式下，好油层与差油层之间的矛盾比较突出。f j t - 唧 注聚合物后连续测得的同位素资料、中子寿命测井资料，以及密闭取心井资料表明，渗 ，透率高、油层发育较好的厚油层动用程度高，而渗透率低、油层发育较差的油层动用程度较 低。统计萨尔图油田3 个注聚区块5 9 口井同位素测试资料，有效厚度大于2 0 m 的厚油层动 用厚度比例为5 3 3 9 6 9 6 2 ，小于2 0 l 的薄差油层动用厚度比例只有1 3 2 9 6 4 5 1 。油层 第1 章绪论 性质较差的pi1 4 层和si i1 - - 3 层注入量仅占总注入量的1 7 1 ，与其厚度比例( 3 2 7 ) 不匹配。萨尔图油田三个注聚区块吸液状况统计( 表卜1 ) 。 表卜1 萨尔图油田三个注聚区块吸液状况统计表 i h b l a l - 1t h el i q l l i da b s o r b e ds l a l i s t i ao f t h r e ep o l y m 日 i n j e a e ds c c t i o n o i li ns a e r t ao i lf i e l d 葡北试验区注聚后，层间矛盾进步加大，注入剖面没有得到调整。与注聚前对比，吸 液层由6 6 个减少到2 7 个，不吸液层由7 个增加到4 6 个，吸液层位主要集中在厚油层，原来 吸液的薄差层不吸液。葡北试验区注聚前后油层吸液状况对比( 表l 2 ) 。 表1 _ 2 葡北i 费硷区注聚前后油层吸液状况对比表 h b u - 2 t h e l a y e r a b s o r f i e ds t a t u sc o n t r a s t o f 叫。嘶n o r n o t o f t h e n o r t h o f p i l t r i a l 蹦譬曲 5 3 6 0 - 6 2 1 - 2 3 73 252 6 6 2 5 51 42 1 71 5 13 2 5 8 屯981 2 2 1 2 082 0 2 1 4 02 98 76 = 94 1 7 1 3 3 - 3 5 - 3 o - 5 - 1 2 2 - 1 2 0 - 8 - 1 6 5 - 1 0 8 谢1 7 91 8 61 02 0 01 3 82 9 由于薄差油层动用比例远低于所占厚度比例，很难在聚驱过程发挥作用，不利于聚合物 驱整体开发效果的改善，必须采用分层注聚措施，保证薄差油层聚驱潜力的发挥。 1 2 国内外聚合物驱分层注入工艺技术发展现状 1 2 1 国外聚合物驱中的分注工艺 国外聚合物驱主要采用两种注入方式：一是多管分注法；二是分层预处理后笼统注入法。 前者虽然实现了分注，但每一口井都需要两套以上的注入设备，投入太大。后者仍不能根本 解决层间渗透率差异的问题。聚合物驱分层注入技术能较好的改善差油层的动用程度，提高 聚合物驱整体技术经济效果，分层注聚合物比笼统注聚合物至少多提高采收率2 个百分点。 2 曲 厚度厚度厚度 躲后澡前糙 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 从国外文献看，双管分注技术在国外几个油田已得到了应用。咖一伽如：中后期注水井 剖面调整的经济有效方法文中提到在两个l 、a 盆地的油田上应用双管注入技术调整注 水剖面。又如洛杉矶盆地多层水驱注入剖面的控制一文中叙述到了在双管注入井进行土 酸冲洗比在单管注入井更为有效，更为经济合理。阿萨巴斯卡沥青砂单井注入生产蒸汽驱 ( s w z e s ) 过程的模拟文中提到了双管注蒸气技术。在国外还有“多管柱封隔器”的专利。 在国外油田也有在聚合物分注方面的先例，美国伊利诺斯州s a l e m 油田在注聚合物驱油试验 区采用了双平行管分层注 管柱。贝克公司有单管多层分注管柱采用的是可取式封隔器、插 入式油管密封、滑套、工作筒等组成的多层分注管柱。 1 - 2 2 国内聚合物驱分注技术 近几年来，随着聚合物驱油技术的工业化推广应用，聚合物驱分注工艺技术发展迅速， 技术水平不断提高，较好地改善了聚驱效果。国内其它油田在这一方面虽然做了一j 些工作， 但也没有成型的分注工艺。嘲恤1 目前在大庆油田得到应用的聚合物驱分注工艺，有以下几种： l 、聚驱地面控制双管分注技术 大庆油田采油四厂研制的地面控制双管分注技术 其工艺原理是通过中8 9 哪与中4 8 哪油管的组合，由封 隔器、注聚器和密封接头组成工艺管柱( 图卜1 ) ，通过 地面流量调节器控制分层注入量。单层控制流量范围1 2 - - 1 2 0 m 3 d ，在3 0 m p a 压差下，对聚合物溶液最大粘损 率小于4 。 工艺适应性：不改变地面设备、管网，分层流量 控制简便，一次性投入较大，适应于层间矛盾大、单层 注入量大的分注井，对聚合物溶液最大粘损割、于4 。 工艺优点：地面控制分层注聚工艺的地面腔制系 统，简化了测试调配工艺，提高了测试准确率，缩短了 测试周期，降低了测试费用。 一 一 昌吕 一 雾呈 中8 9 哪油管 中4 蛔油管 封隔器 图卜1 地面控制双管分注技术 f i g1 - 1t h es 印a m 血g 叫e e t 坛m m 蛔 o f t h e t i o o r e o n l r o l 工艺缺点：只满足2 层分注，施工复杂，一次性投入较大，很难实现规模应用。 2 、间歇注入工艺 间歇注入工艺就是对高、f 蝴率层通过井下工具来实现间歇注入，从而在总注入量上 实现均衡注入，现场已应用4 口井。 该工艺管柱主要由封隔器和井下开关组成，井下开关主要由主体和中心堵塞器组成，主 体工作筒上有注入通道，通过钢丝投捞中心堵塞器可进行开关操作。根据主体工作筒和中心 堵塞器直径大小设计二种规格，直径大的对上层，直径小的对下层。投入下层中心堵塞器则 关闭注入通道，高渗透层停注；捞出下层中一嘴塞器则打开注入通道，高渗透层注入，从而 3 第1 章绪 论 实现高、低渗透层交替注入或低渗透层常注、高渗透层周期注入。该工艺管柱结构原理简单， 容易实现单层计量，但注入速度受到限制，聚合物在地层会产生滞留现象，对油层的适应性 也有待于进步研究。 3 、聚合物驱双泵双管分注工艺 大庆油田1 9 9 5 年就在北二西东块进行了地面双管 双泵、井下双管分层注入试验，取得了很好的效果，使 薄差层动用状况得到很好的改善。聚合物驱双管分注工 艺( 图1 - 2 ) 共应用了1 6 口井，在北二西东块应用了3 口 井，实现了葡i 组二套油层的分注。统计北二西东块注 聚初期双管分注的聚合物驱效果表明，分注井的p 1 1 - 4 和p 1 5 - 7 两个砂岩组的注入压力上升幅度均为4 唧a 左右，比该区块笼统注入井多上升0 鲫a 并且p i i 一4 和p 1 5 - 7 的相对吸入量始终保持较小的差。周围8 口采 出井含水最低点下降了2 5 6 个百分点，比全区多下降 4 o 个百分点，单位有效厚度累计增油量较全区平均 水平高2 0 9 t 。 工艺适应性： 霞 l i 澎 伽 副日f 开蕾爵 踟 上勇 。2匹艟 仲曩暑 基匿 内翻增 嚣堰 囊 廿 围1 - 2 聚合物驱双泵双管分注工艺 f i g 1 - 2t h es e p a r a t i n gi n j e c tt 。c h 妇 b o t h p u m p a n d p i p e o f t h e p o l y m e r d r i v c d 分层流量控制准确，可实现分质分压注入，地面设备投资大，需要在注聚区块的总体方 案阶段就确定分注井号，或在原有地面、管网基础匕改造，不适合规模应用。 4 、聚合物驱2 3 层分注技术 工艺原理： 聚合物驱2 - 3 层分注技术适应于2 - 3 层聚合物分注。地面果用单泵单管供液，井下管柱 采用单管同心分注形式。通过获得专利的同心配注器( 图1 3 ) 来调节限制层注入压力，限 制注入量，同时升高加强层注入压力，提高注入量。同心配注器由随分注管柱下入井下的工 作筒和用钢丝投捞的节流芯组成。该节流芯采用环型降压槽结构，节流芯下入井下后与工作 筒内表面形成环形过流通道，通过液体流场的改变来产生节流压力，具有粘损率低、调配简 单等优点。由于过流面积较大，所以在形成足够节流压差的同时可以保证较低的粘损率。 该分注工艺管柱( 图1 _ 4 ) 主要由封隔器、同心配注器等井下工具组成。每个注聚层段 对应级同心配注器。 正艺参数： 配注器可控制注入量2 0 - 1 5 0 m a d ，最大控制压差3 o m p a ，聚合物溶液的粘损率小于4 2 9 6 。 4 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 图1 - 3 同心配注器示意图 巧咀3c o a e e n b i e 蛳艇t 脚e e l m p n - m 蝴鼬m p 图1 - 4 聚合物驱2 - 3 层分注管柱 巧g l - 4 2 - 3b o e r m r a 血g 自舡i 咖e o f 血e 胛l b m 盯酬 现场应用： 至2 0 0 5 年1 2 月底，已在大庆油田6 个采油厂及眈利油田、南阳油田推广应用7 0 0 口井。 现场应用证明，实施该分注技术后注入井的吸入剖面得到改善，差油层动用状况有明显提高。 根据大庆油田勘探开发研究院2 0 0 3 年对6 8 口聚驱分注井的研究结果表明，分注后较笼 统注入可提高采收率2 1 个百分点。 统计萨中地区1 1 口分注井中，控制层平均有效厚度8 5 i n ，渗透率1 0 8 5um 3 ，注入压力 1 2 9 - l p a ，日配注1 7 0 m 3 ，日实注1 4 9 m s ；加强层平均有效厚度5 知，渗透率0 5 3 8 um 3 ，注 入压力1 3 2 m p a ，日配注9 耐，日实注1 0 8 , 3 ，两层对比，渗透率级差大于2 ，加强层的注入 压力高0 3 m p a ，均能完成配注。控制层注入强度为1 7 5 m v d m ，加强层注入强度为2 0 7 7 m 3 d m ，说了通过分层注聚可以较好地调整层间矛盾。 但e 述技术均不能满足低渗透油层或表外储层多层( 四层以上) 聚驱分注的工艺要求。 1 3 本课题研究的意义 大庆油田主力油层聚合物驱油己得到广泛应用，对提高油田最终采收率、控制油田产量 递减、改善油田高含水后期开发效果起到了重要作用。聚合物驱油技术已成为大庆油田高含 水后期增储匕产保持油田可持续发展的一项重要技术手段。然而，随着主力油层注聚面积的 扩大，油田适合聚合物驱油的一、二类油层剩余储量潜力逐年减少，探索三类油层聚驱的可 行性和研究聚驱的效果，寻找接替一、二类油层注聚的储量潜力显得非常重要。 第1 章绪 论 三类油层聚合物分注存在着分注层段多、层间压差大的特点，为了配合大庆中区西部三 次加密与聚合物驱结合现场试验，提高注聚井的吸液厚度，改善差油层的动用状况，进步 调整注聚结构，必须进行分层注聚。但原有的聚合物驱分注技术不能满足多层注聚的要求， 需研制聚合物驱多层分注工艺。该技术进入推广应用后，可缓解低渗透油层及表外储层间的 渗透率差异造成的笼统注入井各层吸入量不平衡的矛盾，使得三类油层进行三次采油成为可 能，提高最终采收率，具有极高的技术经济价值和社会效益。 1 4 本课题的主要研究内容 1 4 1 聚合物驱偏心分注管柱的研究 1 、研究在较低降解率条件下，满足三类油层分层注聚所需的注入量及节流压差等参数要 求的偏心配注器： 2 、分层注入管柱配套工艺的研究。 1 屯2 分层测试调配工艺研究 l 、确定适应分层管柱集流测试要求的分层测试仪： 2 、在柱塞泵条件下调配及分层测试方法。 6 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第2 章压降准则方程的建立 2 1 量纲和谐原理 2 1 1 基本概念 1 、量纲 通过基本量度单位表示的导出的量度单位的表达式称为量纲。 2 、有量量纲 个量，若在所有被采用的量度单位制中其量度单位都相同：。我们就称之为有量量纲。 3 、无量量纲 个量，若在实验或在理论研究中实际e 或潜在地( 明显地或隐含地) 允许有不同的量 度单位，我们就称之为无量量纲。 无量量纲的特点： ( a ) 无量量纲既无量纲又无单位，它的数值大小与所选用的单位无关； ( b ) 无量量纲常用来区分或判别流态，如用r e 数判别层流或紊流： ( c ) 常用无量纲数作为模型实验的相似判据或准则数，即在原型和模型两种规模大小 不同的流态中，其作为相似准则数的无量纲量应保持不变，这就是相似原理的基础之一： ( d ) 由于无量纲量不随所选用单位的不同而改变其数值，所以要正确反映客观规律， 最好将其物理量合成用无量纲量表示的形式，或者说，个完整的、正确的力学方程式应用 无量纲项组成的方程式。整理实验数据或绘制曲线也应选用无量纲量作为主要参量，这对表 达客观规律有较多优点； ( e ) 无量纲量的重要性还表现在对对数、指数、三角函数等超越函数的运算中，都必 须对无量纲量来说的。 2 1 2 和谐原理及其重要性 。 凡是正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲都必须是一致的，即只有方程两边量 纲相同，方程才能成立。这称为量纲和谐原理。 量纲和谐原理的重要性： ( a ) 个方程在量纲e 应是和谐的，所以可用来检验经验公式的正确性和完整性； ( b ) 量纲和谐原理可用来确定公式中物理量的指数； ( c ) 可用来建立物理方程式的结构形式。 ， 2 1 3 物理量的量纲公式应具有幂次单项式的证明 设我们有任有量纲的导出量y ，为简单起见，先假定量y 是几何量，从而它只依赖于 长度。于是 7 第2 章压降准则方程的建立 y = 厂( 五，屯，矗) ( 2 1 ) 其中毛，毛，而是一些举；例：以y 表示对应于五，而，矗的) ，值。y 的羹值，同样y 的数 值，同距离五，x 2 ，的量度单啦：有关。现在把这个单位或距离的尺度缩小为原来的彪a 于 是根据上述条件我们应有 詈=糕f x 2= 盟f ( x 。a 老舞 口国 少 “，毛)，屯盯，口) 也就是说，比值形在任何长度比尺的值n 下都应相同。由等式得 盥f ( x 筹t 掣= 甓案署 ，而，毛)，( 爿，e ，) 、 或者 等= 鬻= 删 因此，用不同长度尺度量度的导出几何量的数值之比只同长度尺度之比有关。 由式( 1 q 容易求出函数p ) 的形式。事实上，我们有 等= 酬，等= 矿心) 因此 掣= 伊芦) 这是因为在写：而锡，墨：南，= 时我们有 3 器尊制 将式( 1 甸对嵋微商并令q = 呸= 口，得 积分之，得 口= c h “ 因为在口= 1 时有伊= l 所以c = 1 因此 ( 2 - 7 ) ( 2 9 ) 小一口 k 警k 口咖卜蔷 上 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 矿= 口“( 2 - 1 0 ) 对于依赖几个基本量的任何有量纲量，如果我f 门改变一种尺度的话，上述结论也是正确 的。不难看出，如果三个基本量的比例尺口，都改变，则函数伊将具有如下的形式 矿= 口4 。一 ( 2 - 1 1 ) 这就证明了：物理量的量纲应具有幂次单项式的形式。 2 2 相似原理 2 2 1 相似第一定理例湘似正定理) 咖 彼此相似的现象必定具有数值相同的相似准则。 ，相似第一定理的结论是由分析相似现象的相似性质后得出的。相似性质共有四个； 性质( 1 ) ：由于相似的现象都属于同种类的现象，因此它们都可用文字上与形式上完全 相同的完整方程组来描述： 性质( 2 ) ：用来表征这些现象的切物理量的场都相似； 性质( 3 ) ：相似现象必然发生在几何相似的空间中，所以几何的边界条件必定相似； 性质( 4 ) ：由性质( 2 ) 知，相似现象的切量各自互成比例；由f i n ( 1 ) 知，由这些量组成的 方程组又是相同的，所以各物理量的比值不能是任意的，而是彼此既有联系又相互约束的。 2 2 2 相似第二定理( 或相似逆定理) 凡同种类的现象，若单值性条件相似，而且由单值性条件的物理量所组成的相似准则 在数值匕相等，则这些现象就必定相似。 相似第二定理讨论的是现象相似的充分必要条件，即“相似条件”的问题。表征现象相 似的相似条件共有三个； 相似条件( 1 ) 由于彼l 比相似的现象是服从于同一自然规律的现象，故都可用文字与形式 完全相同的基本方程组来描述。因此，现象相似的第个必要条件是描述现象的基本方程组 全同； 相似条件( 2 ) ：单值性条件相似是现象相似的第二个! 豳要条件； 相似条件( 3 ) 由单值性条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等是现象相似的第三 个必要# d e e 。 2 2 3 相似第三定理( 或b u e k i n g h 锄t t 定理) 任何个物理过程，如包括有刀个物理量，涉及到m 个基本量纲，则这个物理过程可由 疗个物理量组成的( 万一所) 个无量纲量所表达的关系式来描述。因这些无量纲量用万来表示， 故把这个定理称为窟定理。 9 第2 章压降准则方程的建立 设与个物理过程有关联的( 或称有影响的) 物理量为”个8 j x i ，屯，矗则这个物理过 程可用个完整的函数关系式表示如下： 厂“，而，毛) = o ( 2 - 1 2 ) 设这些物理量包含有m 个基本量纲。根据石定理，这个物理过程可用0 一历) 个无量纲的 组合量万表示的关系式来描述，即 f = ( 万l ，乃，死一，) = 0 ( 2 - 1 3 ) 2 2 4 万定理的证明 假如有个以物理量，并且它们满足方程 厂“，而，毛) = o ( 2 - 1 4 ) 为了简单起见，假定参考量纲是肘，席丁，即埘= 3 则可将而，而，毛表示为 而- - m “p p h = m h 驴f l 而= 吖以驴弘 ( 2 1 5 ) x n = m y d t t 现在改变参量肘，卿丁的量度单位，分别用因子毛y 和z 表示这个变化，则五，而，矗的 数值大小变为 西=(p矿一)而(2-10 而= y 驴) 而 l h = 憎y 1 x 。 将( 2 1 6 ) 式代入( 2 - 1 5 ) 中得到 ( 爿，e ，) ( 2 - 1 7 ) = ，( x n y z “，x 如y z b ，x y z ) = 0 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 矿咄争y 2 x r 2 - i y 呶奄+ a 妒一1 旷少毛石f = o 若取，= y = z = l 则式( 2 - l 缔( 2 - 1 8 z 妫 x i2 x i 五要+ r 2 x 2 r 2 x 2 婺+ 叱要：0五羞一i 一+ + 。2 现在定义组新的变量为 则 将式代入，得到 再定义另一组变量： 因l 比有 x l = 肿 笪：笪塑 铂弛匆 ：! ( 五) l 一4 ) 啊 ：互笪 y l8 a ( 2 - 1 9 a ) ( 2 - 1 蛳 ( 2 - 2 0 ) ( 2 - 2 1 ) 喑+ 4 薏+ + 4 吾- o ( 2 - 2 2 ) 丑= 考 ( 2 - 2 3 ) 厂( 4 ，4 ，4 ，) = 厂( 4 置，4 岛，4 ，最) ( 2 - 2 4 ) 将式( 2 柳对4 求导数，应用式( 2 - 2 2 ) 得到： 第2 章压降准则方程的建立 笪a 4 , = 旦淼+ 马志+ 一丽o f + b 顸j 4 - 堑只- ，- = 石1 卜酉o f + 4 薏+ 一+ 4 善 = 0 故知，不是4 的函数，而是一1 ) 个变量4 ，最，4 ，最，4 e 一的函数。从而可以写出 g ，最，) = 0 ( 2 - 2 6 ) - - z 以用g 代替厂，用y 代替工重复t 述相同的论述，步步进行下去，最后步是应用 z ，最终得到个仅含一3 ) 的独立变量的表达式。 2 2 5 万定理的应用步骤 ( 1 ) 根据对所研究现象的认识，确定影响这个现旁的有关物理量； ( 2 ) 从一个物理量中选取历个基本物理量，作为m 个基本物理量纲的代表，r a 般为3 ； ( 3 ) 从3 个基本物理量以外的物理量中，每次轮取1 个，连同3 个基本物理量组成1 个无 量纲石项，这样共可写出一3 ) 个石项； e ) 每- q - n 项既是无量纲数，因此可根据量纲和谐原理，对每一个万项中的基本量纲的指 数之和应为零，以求出个万项的指数，从而定出个无量纲组合量万项； ( 5 ) 写出描述这物理现象的由无量纲组合量表示的关系式，这样就把一个具有捍个物理 量的关系式简化成一3 ) 个无量纲量的表达式。加以整理，通过实验和理论分析确定该函 数关系式的具体形式。 2 2 6 确定相似准则的方法 ( 1 ) 方程分析法 ( 2 ) 积分类比法7 ( 3 ) 因次分析法吲 2 3 压降准则方程的建立 针对聚合物溶液在带有等距环槽的环形空间的流动特征，本文采用因次分析法来建立准 则方程。 我们在使用因次分析时步骤如下：嗍 ( 1 ) 根据对所研究在带有等距环槽的环型空间的配注器，确定影响这个现象的有关物理 量： 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 ( 2 ) 从玎个物理量中选取m 个基本物理量，作为肌个基本物理量纲的代表，m _ 股为3 ； ( 3 ) b k3 个基本物理量以外的物理量中，每次轮取1 个，连同3 个基本物理量组成1 个无 量纲石项，这样共可写出 一3 ) 个，项； ( 4 每个万项既是无量纲数，因此可根据量纲和谐原理，对每个石项中的基本量纲的指 数之和应为零，以求出个7 项的指数，从而定出个无量纲组合量丌项； 圆写出描述这物理现孝的由无量纲组合量表示的关系式，这样就把个具有疗个物理 量的关系式简化成一3 ) 个无量纲量的表达式。加以整理，通过实验和理论分析确定该函数 关系式的具体形式。 2 3 1 确定流动过程涉及的物理量及其量纲 我们确定在流动过程中涉及的物理量有一：聚合物溶液流性指数