一种确定聚合物驱粘度比的方法
【专利摘要】本发明为一种确定聚合物驱粘度比的方法，所述方法利用聚合物驱油原理，建立驱油过程中分流方程和前缘驱替方程等数学模型，利用流管法建立五点井网几何模型，获取不同粘度比条件下的波及系数，从而得到粘度比与波及系数、驱油效率的关系曲线，形成了一套基于分流理论的准确界定聚合物驱过程中合理粘度比界限的获取方法；与现有技术相比，本发明大大减少了聚合物的投入成本，有效提高了原油采收率，具有巨大的经济效益和社会效益。
【专利说明】一种确定聚合物驱粘度比的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气勘探开发领域，尤其涉及一种确定聚合物驱粘度比的方法。
【背景技术】
[0002] 聚合物驱通过改善流度比，提高波及系数，是被实践证实的一项十分有效的提高 原油采收率的技术。聚合物驱过程中，驱替液与原油的粘度比是影响采收率主要因素之一， 进而影响到化学驱的经济效益。
[0003] 粘度比控制是聚合物驱油的核心，其一方面影响采油率，另一方面也影响驱油成 本。粘度比越高提高采收率程度越大，但是粘度比的增加是以提高化学剂用量为代价的，因 此必须找到一个最佳点使得投入产出比达到最大化。
[0004] 国外在聚合物驱方面的研究主要集中在化学剂体系、复杂渗流理论与数值模拟等 方面。国内对于聚合物驱替液与原油的粘度比对提高采收率的影响，主要是通过物理模拟 实验和数值模拟手段进行研究。
[0005] 2000年，彭鹏商通过聚合物驱替过程中流动阻力的获取，对聚合物驱油合理溶液 粘度进行了简单的预测。由于采用的分析方法太过简单，而且没有考虑聚合物在油藏中的 吸附以及聚合物溶液对相渗曲线的影响，因此其并不能起到很好的预测效果。
[0006] 2001年，王克亮、廖广志等人通过室内实验的方法研究了聚合物驱油液粘度对驱 油效果的影响。但是室内实验只能针对特定油藏条件下有限的几组粘度比进行一维驱替实 验，对于想研究任意井网条件及更多油藏条件和粘度比情况下的驱替效果，室内实验就非 常的不方便。
[0007] 2011年，罗建新通过数值模拟技术对聚合物驱聚合物溶液的合理粘度进行了研 究。但是传统的基于差分算法的数模软件在获取波及体积方面具有局限性。
[0008] 上述现有技术中，各油田及学者主要根据室内物理模拟实验和数值模拟对聚合物 驱粘度比界限进行界定，结果差别较大；即目前本领域中没有一种方便准确界定聚合物驱 过程中合理粘度比界限的方法，导致各油田对合理粘度比的认识不统一。
【发明内容】
[0009] 本发明为了解决现有技术对聚合物驱粘度比界限界定不准确的问题，提供了一种 一种确定聚合物驱粘度比的方法；本发明应用流线模拟方法，考虑聚合物的吸附及聚合物 溶液对相渗曲线的影响，克服了现有技术的缺陷。
[0010] 本发明的设计方案如下；
[0011] 一种确定聚合物驱粘度比的方法，所述方法利用聚合物驱油原理，建立驱油过程 中分流方程和前缘驱替方程等数学模型，利用流管法建立五点井网几何模型，获取不同粘 度比条件下的波及系数，从而得到粘度比与波及系数、驱油效率的关系曲线，形成了一套基 于分流理论的准确界定聚合物驱过程中合理粘度比界限的获取方法。
[0012] 所述方法的具体步骤为，
[0013] 步骤I，设定物理参数；
[0014] 设定物理参数，包括油、水井距，孔隙度，油层厚度，束缚水饱和度，残余油饱和度， 井筒半径，恒定组注入速度以及一组粘度比值；
[0015] 步骤2,建立聚合物驱数学模型；
[0016] 假设不考虑聚合物扩散作用、不考虑流体和岩石的可压缩性、整个驱油过程是恒 温过程、聚合物水溶液的粘度只和聚合物浓度有关、不考虑剪切速度的变化、忽略毛管力； 考虑聚合物的吸附以及不可入孔隙体积，在平面平行流的情况下，高分子聚合物水溶液驱 油的水相和油相渗流过程可用注入水的质量守恒连续性方程和水中聚合物的质量守恒连 续性方程来描述。
[0017] 利用注入水的质量守恒连续性方程以及水中聚合物的质量守恒连续性方程建立 聚合物驱数学模型，如公式1、公式2所示：
[0018]
【权利要求】
1. 一种确定聚合物驱粘度比的方法，其特征在于： 所述方法为一种准确界定聚合物驱过程中合理粘度比界限的方法，该方法建立驱油过 程中分流方程和前缘驱替方程等数学模型，利用流管法建立五点井网几何模型，获取不同 粘度比条件下的波及系数，从而得到粘度比与波及系数、驱油效率的关系曲线，形成了一套 基于分流理论的准确界定聚合物驱过程中合理粘度比界限的获取方法。
2. 根据权利要求1所述的一种确定聚合物驱粘度比的方法，其特征在于： 所述方法的具体步骤为， 步骤1，设定物理参数； 设定物理参数，包括油、水井距，孔隙度，油层厚度，束缚水饱和度，残余油饱和度，井筒 半径，恒定组注入速度以及一组粘度比值； 步骤2,建立聚合物驱数学模型； 利用注入水的质量守恒连续性方程以及水中聚合物的质量守恒连续性方程建立聚合 物驱数学模型，如公式（1 )、公式（2 )所示：
其中，A( 〇为流管任意位置处的横截面积，识为孔隙度，扔为可入孔隙度，Cw为水相 质量浓度，Cpw为单位孔隙体积水相聚合物浓度，Cps为单位质量岩石中吸附的聚合物量，P s为基岩密度，Sw为含水饱和度,t为时间,fw为含水率；〖为流管任意位置处的坐标,q t为总 流量； 含水率fw通过公式（3)获取得到；
其中，ii w为水相粘度，k"为水相相对渗透率，ii。为原油粘度，kM为油相相对渗透率； 步骤3,根据聚合物驱数学模型获取驱替前缘速度； 步骤3-1，获取聚合物运移速度Vctw ; 将所述公式（2 )简化，如公式（4 )、公式（5 )所示：
其中，（?"4为单位孔隙体积中的聚合物吸附量； P6 根据公式（4)、公式（5)获取聚合物运移速度Vctw，获取过程如公式（6)、公式（7)所示；
其中，Ci为组分i的总质量浓度，Di为描述岩石吸附能力的参数； 步骤3-2,获取水相运移速度Vsw ; 根据公式（1)获取水相运移速度Vsw，如公式（8)所示；
步骤3-3,获取驱替前缘速度； 聚合物段塞前缘处，水相运移速度与聚合物运移速度相等，二者的关系式如公式（9)所 示：
其中，Swf为前缘含水饱和度，fSwf为前缘含水率
为单位孔隙体积水相聚合物浓 度Cpw的函数； 根据公式（6)至公式（9)获取驱替前缘速度，如公式（10)所示；
步骤4,建立五点井网模型； 步骤4-1，建立五点井网； 利用一口采出井以及对称分布于所述采出井四周的四口注入井，组成五点井网； 步骤4-2,选取计算单元； 选取所述采出井与任意一个所述注入井之间的区域为计算单元； 步骤4-3,获取驱替液流管； 采用质点示踪法获取所述计算单元中的驱替液流管，所述驱替液流管为曲线流管； 步骤4-4,获取直线流管； 通过拉直处理方法将每条所述曲线流管简化为直线流管； 步骤4-5,获取直线流管的参数； 获取所述直线流管的参数，该参数包括流管中线长度L以及流管中线任意位置处的横 截面积A' U )，获取过程如公式（11)、公式（12)所示： L=l/cos ( a - A a /2) (11); A，U )=2tan(A a/2) h (12)； 其中，I为油、水井距，a为流管中线与主流线的夹角，A a为所述直线流管的夹角，h 为均质油藏厚度，I '为流管中线任意位置处的坐标； 步骤5,将所述步骤2的聚合物驱数学模型结合所述步骤4的五点井网模型，获取波及 系数； 步骤5-1，将所述直线流管沿长度方向等距分割分成N个网格； 步骤5-2,求取所述直线流管中的驱替前缘位置I f，如公式（13)所示： 驱替前缘位置=驱替前缘速度X时间（13); 将所述步骤5-2得到的驱替前缘位置I f与流管中线长度L的数值进行比对； 若€ f>L，则进入步骤5-3 ; 若€ f彡L，则进入步骤5-4 ; 步骤5-3,获取直线流管的末端含水饱和度； 获取含水率对末端含水饱和度的导数值C (s")，如公式（14)所示：
其中，fw为含水率，Sire为末端含水饱和度，h为油层厚度，0为流管夹角，r为注采井 距； 将公式（14)获取的含水率对末端含水饱和度的导数值带入公式
得到直线流管的末端含水率，将所述直线流管的末端含水 饱和度设置为前缘含水饱和度Swf，将所述直线流管的末端位置设置为驱替前缘位置； 步骤5-4,获取所述直线流管的前缘含水饱和度Swf ; 通过公式（6)获取某一时间t的前缘含水饱和度Swf的位置，如公式（15)所示；
步骤5-5 :获取注入井到驱替前缘之间各网格节点处的含水饱和度，其过程是： 获取各网格节点处的含水率对含水饱和度的导数值，如公式（30)所示：
其中，V41为孔隙体积，V4lf为驱替前缘处的孔隙体积，C (Swf)为前缘含水率对含水饱 和度的导数； 根据相渗拟合公式，获取每个区间处对应的含水饱和度、油相相对渗透率、水相相对渗 透率； 步骤5-6 :求取所述直线流管的渗流阻力值； 利用两相渗流的达西公式得到两相流动时的压力梯度值，如公式（16)所示：
其中，P为压力，Qi为第i根三角流管的流量，k为绝对渗透率； 对整根所述直线流管积分，得到整根直线流管从注入端到采出端的压力差，如公式 (17)所示；
步骤5-8,获取波及系数； 波及系数为波及面积与总井网面积的比值； 其中，波及面积是根据驱替前缘位置和三角面积公式获取的每根所述直线流管的驱替 前缘扫过的面积之和；总井网面积为五点井网内包含区域的总面积； 步骤6,重复执行所述步骤1至步骤5的操作步骤，直至获取所有粘度比条件下的波及 系数； 步骤7,根据步骤6的获取结果，得到粘度比和波及系数的关系曲线。
3. 根据权利要求2所述的一种确定聚合物驱粘度比的方法，其特征在于： 在所述步骤4-4中，通过拉直处理方法将每条所述曲线流管简化为两条对称的直线流 管；两条对称的直线流管与流管中线构成一个三角流管，即两条直线流管与流管中线围成 的区域为一个等腰直角三角形。
4. 根据权利要求2所述的一种确定聚合物驱粘度比的方法，其特征在于： 在所述步骤5-3中，根据相对渗透率曲线获取前缘含水饱和度Swf以及驱替前缘速度， 其过程是： 油相相对渗透率曲线以及水相的相对渗透率曲线，分别如公式（22)、公式（23)所示； kro= a ^l-SJm (22)； krw=a2SwDn (23)； 其中，a i、a 2、m、n均为回归系数，Swd为归一化含水饱和度，S wd通过公式（24)得出：
其中，Swi为束缚水饱和度，Sot为残余油饱和度； 获取含水率fw，获取过程公式（25 )、公式（26 )所示：
通过数值解法对公式（28)进行求解，获取归一化的前缘含水饱和度swDf、前缘含水饱和 度Swf、前缘含水率fSwf以及驱替前缘速度。
【文档编号】E21B43/22GK104343429SQ201310311343
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】王强, 聂俊 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院