化学驱数值模拟.ppt

1、- 1 -,2006年4月13日,李建芳,油藏数值模拟原理,化学驱数值模拟,- 2 -,化学驱发展概况、技术进展和发展前景 复合化学驱驱油机理和物化现象 数学模型及模拟软件 化学驱模型与黑油模型的比较 主要物化现象及物化参数描述,三、化学驱模型,- 3 -,发展概况、技术进展和发展前景,我国陆上各油区大都处于高含水期开采阶段，稳产难度越来越大。 后备资源不足，储采矛盾逐年加大 :当年增加的可采储量始终小于当年的产油量，后备资源量不断下降，储采矛盾逐年加大 综合含水逐年升高，主力油区已进入注水开发后期，依靠现有生产技术已很难保持稳产 新探明储量的动用程度不高，开发难度大 急需发展和应用提高采收率

2、方法,油田开发现状和问题：,- 4 -,1999年完成的全国17个油区进行潜力评价工作，评价结果表明，我国油田提高采收率的潜力很大。在现有技术条件下，可增加可采储量11.8108 t，相当于可提高采收率11%以上,发展概况、技术进展和发展前景,提高采收率方法是保持各油区产量稳定的重要措施 聚合物驱已在我国工业化应用，可提高采收率10%，年产油达1000万吨 复合化学驱，做为一种高效率的提高采收率方法，在一定的油藏条件下，能够大幅度地提高原油采收率，室内和矿场试验提高采收率20%以上。 复合化学驱研究和应用取得了重大突破，成为我国最为重要的潜在的三采技术储备。,- 5 -,引言,复合化学驱驱油机

3、理和物化现象,降低界面张力,驱油机理,流度控制作用,降低昂贵化学剂的吸附损失（A）,碱 + 原油中酸性物,表面活性物质,A + S + P 多元化学剂复合协同效应,碱对酸性原油的多次萃取,聚合物降低驱替液的流度,含盐量降低聚合物的粘度,碱引起聚合物的进一步水解,乳化夹带、乳化捕集、乳化聚并,- 6 -,质量传递（对流、扩散、液-液、固-液、化学反应） 复合协同效应及界面张力的降低 各种化学剂的损耗：碱耗、化学剂吸附滞留等 残余饱和度的降低 多相相对渗透率 化学剂的扩散和稀释 聚合物溶液特性 离子交换 含盐量及其变化的影响等 乳状液的形成及流动特性 沉淀、结垢,复合化学驱驱油机理和物化现象,引言

4、,- 7 -,数学模型及模拟软件,以黑油模型为基础的化学驱数学模型： NHANCE - 美国SSI: 简化机理 ISLAM - 加拿大提高采收率研究所：简化机理 VIP-POLYMER -美国：聚合物驱模型 以组份模型为基础的化学驱数学模型： UTCHEM - TEXAS大学: 考虑复杂机理，教学模型 SCORPIO - 英国原子能研究所：聚合物驱模型 ASP - 中国石油勘探开发研究院：复合驱模型,- 8 -,ASP软件的数学模型,对流项,j相密度,相浓度，表示i组份在j相中的浓度, 达西速度,扩散项,累积项,产量项,累积项包括流体组分在孔隙中的质量聚集和 由吸附/滞留等引起的在岩石中的质量

5、损失,源汇项包括注入/产出和化学反应等引起的质量增加或减少,- 9 -,计算流程,- 10 -,化学驱模型与黑油模型的比较,- 11 -,主要物化现象及物化参数描述,界面张力随化学剂浓度的变化： 为了真正体现多种化学剂的复合协同效应，采用实测的界面张力等值图进行描述，对于给定的原油和配置水矿化度，界面张力主要随碱、表面活性剂、聚合物浓度变化：,通过各化学剂浓度可获得对应的界面张力,- 12 -,物化现象及参数描述,碱多次萃取引起的界面张力变化,主要考虑碱对酸性原油多次萃取引起的界面张力的进一步降低，其降低幅度与碱浓度、与新原油接触萃取次数有关，通常主要发生在驱替前缘与新鲜原油接触的区带。根据实

6、验结果，该降低幅度可达1各数量级以上（该现象是有利于驱油的因素）。 模型中可根据实验资料考虑此现象引起的界面张力的降低，也可进行如下简化考虑：即在驱替前缘某一碱浓度范围内，由于碱多次萃取，使得该范围内的界面张力比正常计算值低（其幅度由实验确定）。,- 13 -,物化现象及参数描述,聚合物的加入引起的界面张力变化,主要考虑聚合物的加入引起的ASP体系与原油间的界面张力升高情况。通常聚合物浓度越高，越易发生该现象（该现象是不利于驱油的因素）。 可根据实验结果进行如下改进：在聚合物浓度大于某值后，使正常计算出的AS体系界面张力随聚合物浓度的增加而增加，幅度由实验资料确定：,- 14 -,物化现象及参

7、数描述,残余饱和度和相对渗透率,残余饱和度 各相残余饱和度与毛管数有关，毛管数定义:,通过实验可测得不同Nc下的残余饱和度值,各相相对渗透率,- 15 -,物化现象及参数描述,物化现象及参数描述,碱 耗,影响因素较多，且较复杂，模型用一些简化处理，通过化学反应项给予描述。,溶液中与岩石表面的的离子交换引起的快速碱耗 r1,原油中酸性物质引起的碱耗r2,实验给出不同酸、碱浓度下的碱耗曲线,岩石溶解引起的长期碱耗r3,该碱耗可用一级表观动力学方程描述,式中K31由实验确定,水相中CO2引起的碱耗r4,可根据化学反应折算出CO2引起的碱耗,Ca+、Mg+离子引起的碱耗r5,可根据K51，K52溶度积

8、折算出碱耗r5,- 16 -,物化现象及参数描述,表面活性剂吸附,式中：qs0,as与阳离子强度E有关，由实验资料确定。,C+,C+分别为一价和二价阳离子浓度，为加权因子。,当碱存在时，表面活性剂的吸附滞留量将随PH的升高而降低,- 17 -,物化现象及参数描述,碱对粘度的影响,碱对溶液粘度的影响,碱的加入将引起溶液含盐量环境的变化，阳离子浓度的大大增加将引起聚合物溶液的粘度大大降低，这也是碱加入带来的最重要的不利因素之一。,碱引起的聚合物进一步水解,在一定范围内，碱加入引起的聚合物长期水解，导致聚合物溶液粘度的增加，与碱浓度，聚合物水解度及时间有关。可根据实验资料考虑该现象引起的粘度增加（该

9、现象是有利于驱油的因素）。,- 18 -,物化现象及参数描述,聚合物溶液的粘度,静止粘度,运动粘度,聚合物溶液的静止粘度（零剪切速率下的粘度）是聚合物溶液浓度和含盐度的函数,式中：a1、a2、是与含盐度有关的常数，由实验资料确定。,剪切导致聚合物溶液的粘度降低，可以通过Meter方程描述,为剪切速率， 1/2为（p0+ w）/2粘度时的剪切速率。nr表示流体非牛顿性的幂律指数，1.0nr1.8，Newton流体的nr=1.0。,- 19 -,物化现象及参数描述,聚合物吸附量,对于近似遵循Langmuir等温吸附理论的静态吸附,式中： qpmax不同盐度下，聚合物在岩石表面上的最大吸附量 a1,

10、b1平衡吸附常数，其值由实验室测定 对于不符合Langmuir吸附规律的情况，可采用实验室给定的不同含盐量下的聚合物吸附曲线插值计算吸附量。,- 20 -,物化现象及参数描述,聚合物的水相渗透率降低系数,由聚合物的吸附滞留所引起,qp,Rkp不同含盐量下，聚合物吸附滞留量和水相渗透率下降系数 qpmax,Rkpmax不同含盐量下，聚合物饱和吸附滞留量和最大水相渗透率下降系数。 亦可直接给定不同含盐量下的Rkp qp(Cp)表格插值计算,- 21 -,物化现象及参数描述,复合体系毛管压力可描述成油水毛管压力和界面张力的函数,Cpc,Npc为常数（由实验资料确定），Sn为湿相饱和度,各相密度取决于

11、各相压力和组成,P0,0分别为参考压力和该压力下的密度。 j为压缩系数。,毛管压力、流体各相密度,- 22 -,物化现象及参数描述,离子交换、聚合物可及孔隙体积,离子交换,水相中一价阳离子与岩石表面的二价阳离子的离子交换，使得溶液中阳离子强度增加，影响了聚合物的粘度和吸附,QV离子交换能力 c离子交换系数,聚合物可及孔隙体积,为聚合物、交联剂、,凝胶的可及孔隙体积，可通过实验测定,- 23 -,新增物化现象描述,碱垢物化现象的描述,碱与矿物反应产生垢，碱垢对地层产生了不同程度的堵塞，从而影响地层的渗透性，使流体的流动能力降低，驱动压差上升。可以采取简化的描述方式：,（1）计算碱与矿物反应形成的

12、碱垢量，碱垢量随碱浓度变化。实验给出碱垢量与地层渗透率下降系数的关系。 （2）在给定的油藏条件下，实验直接给出地层渗透率下降系数随碱浓度的变化曲线。,主要创新点,- 24 -,新增物化现象描述,碱垢反应是受多重机理控制的,影响反应机理的条件为碱型、碱浓度、反应温度、岩石中具有较高反应活性的矿物种类及含量等。 在数学描述中我们只考虑碱浓度，其它变量可以通过实验间接给出（例如对某特定碱型、特定温度和特定岩石中矿物种类进行实验），形成碱垢后主要是影响渗透性，这种影响对水相和油相都起作用,碱垢物化现象软件模块的研制,主要创新点,- 25 -,新增物化现象描述,碱垢物化现象软件模块的研制,我们引入碱垢引起的渗透率降低系数，在给定的油藏条件下，实验直接给出渗透率降低系数随碱浓度的变化曲线。 由每个网格块碱浓度通过碱垢引起的渗透率降低系数曲线查到