非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)數(shù)值模擬研究進(jìn)展

王代剛，胡永樂，孫靜靜

(1.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.北京大學(xué)，北京 100871；3.中國石油大學(xué)，山東 青島 266580)

?

非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)數(shù)值模擬研究進(jìn)展

王代剛1，2，胡永樂1，孫靜靜3

(1.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.北京大學(xué)，北京 100871；3.中國石油大學(xué)，山東 青島 266580)

深部調(diào)驅(qū)是非均質(zhì)油藏改善層間動用差異、提高水驅(qū)開發(fā)效果的有效技術(shù)。中國主力老油田普遍進(jìn)入高含水(特高含水)開發(fā)期后，油藏深部的非均質(zhì)矛盾加劇，水驅(qū)低效問題日益嚴(yán)重，使得深部調(diào)驅(qū)技術(shù)面臨極大挑戰(zhàn)，尤其是對應(yīng)的數(shù)值模擬方法有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善。在對大量文獻(xiàn)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，首先對非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)的數(shù)值模擬研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，詳細(xì)闡述了可動凝膠調(diào)驅(qū)、預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)驅(qū)、泡沫調(diào)驅(qū)和其他調(diào)驅(qū)技術(shù)4個方面。通過分析數(shù)值模擬方面存在的主要問題，指出了下一步的發(fā)展方向，對中國非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬研究具有借鑒意義。

非均質(zhì)油藏；深部調(diào)驅(qū)；數(shù)值模擬；綜述

引 言

由于地層原生及次生的非均質(zhì)矛盾、流體流度差異以及其他原因(如作業(yè)失敗、生產(chǎn)措施錯誤等)的影響，長期注水開發(fā)油藏易形成水流優(yōu)勢通道，導(dǎo)致水錐、水竄、水指進(jìn)，使一些生產(chǎn)井過早見水或水淹，造成水驅(qū)低效或無效循環(huán)[1-2]。隨著油田進(jìn)入高含水或特高含水期，水驅(qū)問題的復(fù)雜性日益加劇，常規(guī)的堵水調(diào)剖工藝已無法滿足控水穩(wěn)油的技術(shù)要求。通過選擇性封堵高滲透通道，進(jìn)而擴(kuò)大注入水波及體積的深部調(diào)驅(qū)技術(shù)取得了較多新的發(fā)展，大幅度改善了開發(fā)效果。通過對可動凝膠調(diào)驅(qū)、預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)驅(qū)、泡沫調(diào)驅(qū)和其他調(diào)驅(qū)技術(shù)4個方面的數(shù)值模擬研究進(jìn)展進(jìn)行概括，指出目前存在的主要問題及發(fā)展趨勢，希望對中國非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬研究的進(jìn)一步發(fā)展有所啟示和借鑒。

1 可動凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)

可動凝膠調(diào)驅(qū)是高含水油田改善注水開發(fā)效果的一項重要技術(shù)?？蓜幽z是指在儲集層多孔介質(zhì)中可以移動的凝膠。使用可動凝膠提高水驅(qū)采收率的主要機(jī)理是：①調(diào)整驅(qū)動方向，通過暫堵高滲透水流通道，擴(kuò)大波及體積和提高沖洗強(qiáng)度；②依靠后續(xù)的注入流體有效地驅(qū)出所擴(kuò)大波及范圍內(nèi)的分散剩余油?？蓜幽z不斷重復(fù)“暫堵—突破—再暫堵—再突破”這一過程，直至油藏的深部，從而提高水驅(qū)采收率[2]。

由于涉及到交聯(lián)反應(yīng)動力學(xué)、聚合物運(yùn)動黏度、聚合物的吸附與滯留、殘余阻力效應(yīng)、機(jī)械剪切和不可及孔隙體積等[3]復(fù)雜的物化機(jī)理，目前可動凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬研究仍處于起步階段，缺乏成熟的數(shù)學(xué)模型和求解方法，國外關(guān)于可動凝膠滲流理論及數(shù)值模擬方面的研究也較少。

袁士義[4]最先建立了一個二維兩相多組分的地下交聯(lián)調(diào)剖數(shù)學(xué)模型，除聚合物驅(qū)本身的物化機(jī)理外，模型還考慮了聚合物和交聯(lián)劑在地下交聯(lián)反應(yīng)后，產(chǎn)生膠結(jié)物質(zhì)封堵高滲透層所涉及的各種物化現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，時富庚等[5]給出了三維兩相六組分油田化學(xué)堵水調(diào)剖模型，該模型綜合考慮了影響堵水調(diào)剖過程的多種因素，包括各組分在孔隙介質(zhì)中的運(yùn)移，聚合物和交聯(lián)劑的地下交聯(lián)反應(yīng)，以及聚合物和凝膠的流變性、吸附滯留、不可及孔隙體積、降解等特性，模型可用于模擬單一的水驅(qū)、調(diào)剖及兩者的任意組合。朱維耀[6]通過深入分析化學(xué)劑堵水調(diào)剖滲流理論，提出了適用于多重瞬時交聯(lián)和緩交聯(lián)聚合物防竄的三維兩相七組分模型，并針對多重交聯(lián)聚合物防竄驅(qū)油油藏數(shù)值模擬問題開展了滲流數(shù)學(xué)理論研究。徐兵等[7]在組分模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合黑油模型的推導(dǎo)方式，建立了三維三相八組分的可動凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，模型綜合考慮了重力、毛管力、流體和巖石壓縮性等各種影響因素，并采用改進(jìn)的隱式求壓力、顯式求飽和度(IMPES)方法進(jìn)行求解。馮其紅等人[8-10]研究發(fā)現(xiàn)，基于IMPES方法求解可動凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型計算速度慢，數(shù)據(jù)彌散現(xiàn)象嚴(yán)重。研究過程中，以黑油模型為基礎(chǔ)，將各化學(xué)組分用水相中的各組分濃度表示，提出了可動凝膠深部調(diào)驅(qū)的三維油、水兩相多組分?jǐn)?shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出了考慮重力和毛細(xì)管壓力的三維流線模型，采用追蹤流線的方法，將可動凝膠深部調(diào)驅(qū)三維滲流問題轉(zhuǎn)化成沿流線計算飽和度的一維問題，大大降低了求解飽和度方程組中方程的數(shù)目，提高了求解精度和速度，最終實(shí)現(xiàn)了可動凝膠深部調(diào)驅(qū)的快速準(zhǔn)確模擬。吳行才等[11]、崔英懷等[12]在可動凝膠流變特性實(shí)驗(yàn)、可動凝膠在多孔介質(zhì)滲流特性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)質(zhì)量傳輸流體力學(xué)及化學(xué)動力學(xué)的深入研究，給出了一個可動凝膠體系驅(qū)油非線性滲流數(shù)學(xué)模型。與前人的研究結(jié)果相比，該模型系統(tǒng)地描述了可動凝膠體系驅(qū)油這一復(fù)雜滲流數(shù)學(xué)描述難題，完善了可動凝膠體系滲流的理論。田鑫[13]以組分模型為基礎(chǔ)，通過引入啟動壓力梯度，建立了三維兩相三組分的可動微凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，并對可動微凝膠的合理注入?yún)?shù)和段塞組合進(jìn)行了模擬優(yōu)化。劉道信[14]在考慮可動凝膠聚合物強(qiáng)度及黏度變化的同時，考慮可流動性等重要因素，形成了三維三相十組分可動凝膠型聚合物驅(qū)數(shù)值模擬器。趙東鋒等[15]還將可動凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬方法推廣至裂縫性油藏，利用裂縫—基質(zhì)耦合滲流理論方法，建立了油水兩相三維裂縫性油藏調(diào)驅(qū)數(shù)值模型。

2 預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)驅(qū)技術(shù)

預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒(PPG)調(diào)驅(qū)是近幾年發(fā)展起來的一種新型深部調(diào)驅(qū)技術(shù)，主要是針對非均質(zhì)性特別嚴(yán)重、高含水、大孔道發(fā)育的儲層[16]。該技術(shù)是將交聯(lián)體系在地面交聯(lián)形成凝膠，然后經(jīng)造粒、烘干、粉碎、篩分等工藝過程制備成PPG顆粒，具有一定的溶脹性。當(dāng)PPG顆粒隨水注入油層后，可在多孔介質(zhì)中隨流體運(yùn)移，在喉道處對水流產(chǎn)生阻力，改變其流動方向；多個PPG顆粒同時堆積可產(chǎn)生滯留、封堵，使水完全繞流。PPG顆粒為軟性顆粒，封堵壓差升高到一定程度時，會發(fā)生彈性變形，進(jìn)而通過喉道繼續(xù)向油藏深部運(yùn)移，從而產(chǎn)生較好的調(diào)驅(qū)效果。該技術(shù)避免了地下交聯(lián)體系在經(jīng)過油藏的吸附滯留和沖洗稀釋等作用造成的成膠概率降低，抗溫、抗鹽性能差等弊端，具有廣泛的油藏適應(yīng)性。

PPG顆粒分散體系的滲流是一個十分復(fù)雜的過程。它不僅涉及到該分散體系的溶脹、運(yùn)移、堵塞、變形通過等機(jī)理，還涉及到PPG顆粒與地層水、原油、巖石間的相互作用[17]。2009年，文獻(xiàn)[18]基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計分析首先建立了一個模擬多孔介質(zhì)中凝膠顆粒運(yùn)移的理論數(shù)學(xué)模型。研究過程中，利用連續(xù)性模擬方法描述凝膠顆粒的運(yùn)移及其對等溫油水相流動過程的影響，通過修正的達(dá)西公式表征顆粒沉積、滯留等引起的滲透率下降，并推導(dǎo)了對應(yīng)的數(shù)值計算格式，但并未針對具體算例進(jìn)行求解[18]。趙玉武等[19]根據(jù)納微米聚合物微球的對流擴(kuò)散及調(diào)驅(qū)滲流特性，提出了一個三維三相三組分(油、水、納微米聚合物微球)調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，并采用隱壓、顯飽、隱濃的差分方法求解了該模型。王國鋒[20]在趙玉武等人建立模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)納微米聚合物顆粒粒徑和喉道半徑的大小關(guān)系，將其在多孔介質(zhì)中的微觀機(jī)理歸納為順利通過、變形通過、破碎通過和形成堵塞4種模式，并基于堵塞壓力方程、堵塞引起的滲透率降低系數(shù)方程和沉積破碎后的濃度方程表征納微米聚合物微球在多孔介質(zhì)中的滲流特性，最終建立了一個新的三維三相三組分納微米聚合物微球調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，分析了參數(shù)敏感性，進(jìn)而制訂了合理的注入方案。El-Amin等人[21-22]考慮了浮力、毛細(xì)管壓力和布朗擴(kuò)散的影響，通過表征顆粒在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移、沉積、捕集等機(jī)理，提出了一個模擬多孔介質(zhì)兩相滲流的納微米顆粒流動模型，并分析了CO2地質(zhì)埋存的懸浮顆粒運(yùn)移規(guī)律。Goudarzi等人[23]基于有限差分方法，考慮PPG顆粒溶脹、運(yùn)移、地下流變特性及其對黏度、滲透性的影響，編制了一個能夠模擬PPG顆粒調(diào)驅(qū)過程的三維多相多組分?jǐn)?shù)值模擬器UTGEL，通過擬合驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的有效性。王敬等[24]基于物質(zhì)守恒定律建立了反映PPG顆粒孔喉堵塞、堵塞顆粒變形重啟動特性的調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，并采用IMPES方法和四階Runge-Kutta方法進(jìn)行求解。研究發(fā)現(xiàn)，PPG顆粒體系可以在不傷害中、低滲部位前提下實(shí)現(xiàn)油藏深部調(diào)驅(qū)；PPG體系的注入速度和注入體積分?jǐn)?shù)是影響調(diào)驅(qū)效果的重要因素；PPG粒徑與孔喉直徑的匹配性和臨界壓力是影響調(diào)驅(qū)效果的關(guān)鍵因素，粒徑與孔喉直徑之比和重啟動臨界壓力較低時無孔喉堵塞，粒徑與孔喉直徑之比和重啟動臨界壓力過高會造成儲層傷害。

3 泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)

泡沫驅(qū)是利用各種氣體(包括N2、CO2、天然氣或其他氣體)與泡沫劑混合形成泡沫作為驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)替技術(shù)，具有選擇性封堵、堵水不堵油、堵高不堵低的特性[25]?？紤]到泡沫所具有的生成、運(yùn)移、破滅、再生等特殊物化和流動性質(zhì)，國內(nèi)外學(xué)者基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了經(jīng)驗(yàn)/半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、總量平衡模型、滲濾模型、分流模型等多種泡沫驅(qū)數(shù)值模擬方法對泡沫體系進(jìn)行滲流模擬。

(1) 經(jīng)驗(yàn)(半經(jīng)驗(yàn))模型。此類模型用經(jīng)驗(yàn)(半經(jīng)驗(yàn))關(guān)系式將有泡沫存在時氣體的流度表達(dá)為流速、氣體分?jǐn)?shù)、表面活性劑濃度和其他因素的顯函數(shù)。盡管泡沫結(jié)構(gòu)控制氣體流度，表達(dá)式中并沒有直接用到表征泡沫結(jié)構(gòu)或氣泡大小的參數(shù)。Marfoe等[26]最先提出了一個一維兩相泡沫驅(qū)模型，通過建立含水飽和度、表面活性劑濃度、氣體流速等因素與氣體黏度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系反映泡沫作用，但忽略了油相和非均質(zhì)性的影響。Islam在Marfoe模型的基礎(chǔ)上，考慮孔隙介質(zhì)滲透率、表面活性劑濃度、壓力和含油飽和度等因素對氣體黏度的影響，提出了一個新的模擬泡沫存在時氣體黏度的表達(dá)式。模型表明，隨著滲透率、活性劑濃度和壓力梯度的增加，氣相黏度增加，而油相的存在不利于泡沫的生成[27]。此外， Vassenden、Namdar、Abbaszadeh等學(xué)者也從不同角度提出了多種經(jīng)驗(yàn)/半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚28-30]。

(2) 總量平衡模型?？偭科胶饽Ｐ突舅枷胧牵簹馀菰隽?流入量-流出量+生成量-聚并量+源匯項。建立總量平衡模型的第1步是對泡沫流度的描述，認(rèn)為泡沫流度是泡沫結(jié)構(gòu)、氣體相對滲透率、氣體黏度、流速度和儲層滲透率的函數(shù)。根據(jù)泡沫結(jié)構(gòu)及流度計算方法不同，模型可分為全物化總量平衡模型和半總量平衡模型2類。以Zitha、于洪敏、Roostapour等[31-33]為代表提出的全物化總量平衡模型比較復(fù)雜，模擬有泡沫存在的氣體流度時除全面考慮泡沫體系的生成、破滅、聚并、運(yùn)移、滯留和啟動等機(jī)理外，還考慮了泡沫對氣相相對滲透率和視黏度的影響，可用來分析靜態(tài)泡沫和流動氣泡的滲流特征。該類模型既可模擬穩(wěn)態(tài)流，也可模擬瞬態(tài)流。研究中，利用有限差分、有限元等數(shù)值方法求解偏微分方程計算泡沫結(jié)構(gòu)，但通過驅(qū)替實(shí)驗(yàn)或礦場數(shù)據(jù)獲取模型參數(shù)存在較大困難，這在很大程度上限制了模型的應(yīng)用范圍。為解決這一問題，Hatziavramidis和Alameddine[34]引入局部平衡泡沫結(jié)構(gòu)理論模擬了泡沫體系的流動過程。近年來，Kovscek、Li、Chen等學(xué)者[35-37]也提出了一系列反映泡沫結(jié)構(gòu)與流速度、飽和度、壓力梯度、表面活性劑濃度、巖石滲透率和孔隙度等參數(shù)相關(guān)函數(shù)關(guān)系的半總量平衡模型。半總量模型不需要通過求解偏微分方程獲取泡沫結(jié)構(gòu)，大幅度提高了計算效率，但許多表征泡沫結(jié)構(gòu)的函數(shù)關(guān)系均是以全物化總量平衡模型為基礎(chǔ)得到的。

(3) 滲濾模型。此類模型是通過孔隙網(wǎng)絡(luò)模擬或滲濾理論研究泡沫體系的滲流機(jī)理。Rossen和Gauglitz[38]、Laidlaw等[39]最先采用網(wǎng)絡(luò)模型分析泡沫體系的生成和運(yùn)移過程。研究過程中，通過模型化的網(wǎng)絡(luò)抽象表征孔隙介質(zhì)內(nèi)復(fù)雜的孔隙喉道空間，結(jié)合泡沫驅(qū)微觀滲流機(jī)理的數(shù)學(xué)表征，在孔喉尺度下隨機(jī)模擬了泡沫體系的滲流規(guī)律。Kharabaf和Yortsos[40]用修正的滲濾方法建立了一個網(wǎng)絡(luò)模型，在給定截斷幾率的條件下模擬了泡沫流動，還將此方法用于模擬非均質(zhì)孔隙介質(zhì)內(nèi)的泡沫滲流問題。Chen等[41]提出了考慮液膜滯后、縮頸分離及薄膜分?jǐn)?種泡沫生成機(jī)理的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型。目前，最常用的網(wǎng)絡(luò)模型包括平行毛管束模型[42-43]、Bethe數(shù)模型[44-45]和格子模型[46]。此外，滲濾理論也被用于模擬敏感參數(shù)對多孔介質(zhì)中氣體捕集機(jī)理的影響和儲層滲透性對泡沫流度的作用[47]，但基于滲濾理論的泡沫模擬計算量很大，存在較多假設(shè)，缺少一般性。

(4) 分流模型。以文獻(xiàn)[48]、[49]為代表在“臨界毛管力”基礎(chǔ)上提出的分流方法是通過Buckley-Leverett驅(qū)替理論求解泡沫驅(qū)半總量模型，而不能用于求解全物化總量模型。模型較為簡單，應(yīng)用解析方法求解，可以作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比分析模型，從滲流力學(xué)角度研究泡沫體系的滲流特征。模型基于以下假設(shè)：非混相不可壓縮流體滲流；忽略毛細(xì)管壓力的影響；無傳質(zhì)擴(kuò)散或黏性指進(jìn)；瞬間達(dá)到局部平衡狀態(tài)。分流模型不能準(zhǔn)確描述泡沫生成的動態(tài)過程，對無限定假設(shè)條件的復(fù)雜滲流問題缺少普遍意義。

以上各種泡沫驅(qū)數(shù)值模擬方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵子趯?shí)現(xiàn)，但并未考慮泡沫生成、聚并以及泡沫結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是很明顯的；總量平衡模型除考慮泡沫體系的生成、破滅、聚并、運(yùn)移、滯留、啟動等微觀滲流機(jī)理外，還考慮了泡沫結(jié)構(gòu)對泡沫流度的影響，模型較為復(fù)雜且不易求解，另外需要擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取所需的模擬參數(shù)，如聚并常數(shù)、生成常數(shù)等；半總量平衡模型是一種折中的方法，因其獨(dú)特優(yōu)勢成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。滲濾模型和分流模型由于不經(jīng)常采用，在此不作比較。

4 其他調(diào)驅(qū)技術(shù)

除上述的3種調(diào)驅(qū)技術(shù)之外，通過暫堵高滲透通道，擴(kuò)大波及體積，進(jìn)而提高原油采收率的方法還有很多。同時，陸相碎屑巖儲層由于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重，且長期注水沖刷，使得開發(fā)矛盾日益突出、油層動用程度嚴(yán)重不均衡，僅依靠單一的深部調(diào)驅(qū)技術(shù)仍難以滿足油田開發(fā)后期深度挖潛“整體高度分散、局部相對富集”剩余油的技術(shù)需求，多相協(xié)同調(diào)驅(qū)體系是下一步的發(fā)展方向。本文著重介紹非均相復(fù)合驅(qū)油體系和水平井置膠成壩深部調(diào)驅(qū)技術(shù)的相關(guān)進(jìn)展。

4.1 非均相復(fù)合驅(qū)油體系

聚合物驅(qū)后油藏非均質(zhì)性強(qiáng)，剩余油普遍分布，需要進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積和提高洗油效率，而已有的驅(qū)油方法應(yīng)用效果有限。為解決這一問題，崔曉紅、曹緒龍等提出了非均相復(fù)合驅(qū)油體系。該體系由黏彈性顆粒驅(qū)油劑PPG、 聚合物和低濃度表面活性劑組成，在礦場中取得了良好的應(yīng)用效果。目前，非均相復(fù)合驅(qū)油體系的數(shù)值模擬研究處于起步階段。山東大學(xué)和中國石油大學(xué)通過調(diào)整商業(yè)數(shù)模軟件CMG或Eclipse中表征交聯(lián)聚合物調(diào)驅(qū)的相關(guān)反應(yīng)關(guān)系，近似反映了非均相復(fù)合驅(qū)油體系的礦場增油效果。

4.2 水平井置膠成壩技術(shù)

針對正韻律厚油層水驅(qū)開發(fā)中注入水沿底部高滲層無效循環(huán)問題，劉玉章等提出了水平井置膠成壩深部調(diào)驅(qū)技術(shù)思路，即在正韻律厚油層底部的高滲透、強(qiáng)水洗油層部位鉆(側(cè)鉆)水平井，通過水平井注凝膠，形成“膠壩”，使注入水轉(zhuǎn)向驅(qū)替上部低滲透層，擴(kuò)大水驅(qū)波及體積，提高上部低滲透層儲量的動用程度，從而起到挖潛和提高水驅(qū)采收率的作用。呂靜等根據(jù)水平井置膠成壩深部調(diào)驅(qū)的技術(shù)思路，應(yīng)用 Eclipse數(shù)值模擬軟件，分別以二層二維、韻律漸變的五層二維和四注九采復(fù)雜五層井網(wǎng)模型為對象，深入研究了膠壩位置、高度、組合以及措施時間等敏感因素對膠壩改善水驅(qū)效果的影響。

5 數(shù)值模擬研究中存在的問題及發(fā)展趨勢

5.1 主要存在問題

已有的絕大多數(shù)可動凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型中，仍沿用了常規(guī)聚合物驅(qū)、調(diào)剖堵水、滲透率修改等數(shù)學(xué)表征方法，由于對凝膠體系的復(fù)雜滲流規(guī)律認(rèn)識不準(zhǔn)確，導(dǎo)致模型的應(yīng)用存在很大局限性。預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒(PPG)調(diào)驅(qū)作為一種新型的深部調(diào)驅(qū)技術(shù)，克服了地下交聯(lián)體系的內(nèi)在缺陷，但研究仍主要集中在實(shí)驗(yàn)樣品制備、特性評價及調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)等方面，數(shù)值模擬方面的研究嚴(yán)重不足。對于泡沫調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，盡管中外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，但已有模型均不能準(zhǔn)確擬合各種條件下的泡沫驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此外，通過擬合實(shí)驗(yàn)和礦場數(shù)據(jù)獲取模型參數(shù)的方法、油相對泡沫流動的影響規(guī)律、調(diào)驅(qū)模型由室內(nèi)尺度向礦場尺度的粗化也有待于進(jìn)一步探討。非均相復(fù)合驅(qū)和水平井置膠成壩等技術(shù)是在水驅(qū)矛盾日益突出、單一調(diào)驅(qū)體系效果變差的基礎(chǔ)上提出的多相協(xié)同體系，以充分發(fā)揮各個相組分的協(xié)同增效作用，但尚處于滲流機(jī)理的探索認(rèn)識階段。

5.2 未來發(fā)展趨勢

對于可動凝膠調(diào)驅(qū)體系，從實(shí)驗(yàn)和理論上分析其滲流規(guī)律，明確驅(qū)替過程中的流體流變和滲流關(guān)系，尤其是視黏度、吸附、相對滲透率、阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)等敏感參數(shù)的變化規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)其數(shù)學(xué)表征，是下一步的研究重點(diǎn)。對于PPG顆粒調(diào)驅(qū)體系，通過滲流實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)模擬等技術(shù)手段研究其微觀滲流機(jī)理，以及敏感參數(shù)的影響規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)PPG顆粒深部調(diào)驅(qū)精細(xì)數(shù)值模擬的關(guān)鍵。定量表征不同實(shí)驗(yàn)條件下多孔介質(zhì)中泡沫生成、聚并等機(jī)理是泡沫調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型下一步的研究方向。對于非均相復(fù)合驅(qū)、水平井置膠成壩技術(shù)等多相協(xié)同體系，準(zhǔn)確認(rèn)識各個體系在多孔介質(zhì)中的微觀滲流機(jī)理，并采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法表征體系間協(xié)同作用是數(shù)值模擬發(fā)展的核心問題。

6 結(jié) 論

非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，已成為高含水(或特高含水)期油田改善層間動用差異、提高開發(fā)效果的有效技術(shù)。本文著重總結(jié)了可動凝膠調(diào)驅(qū)、預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)驅(qū)、泡沫調(diào)驅(qū)和其他調(diào)驅(qū)技術(shù)的數(shù)值模擬研究進(jìn)展，并指出了目前數(shù)值模擬方面存在的問題及發(fā)展趨勢。分析認(rèn)為，對于非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)體系，能否準(zhǔn)確合理地認(rèn)識并數(shù)學(xué)表征其在多孔介質(zhì)中的微觀滲流機(jī)理，以及體系間的協(xié)同作用是制約數(shù)值模擬方法快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。建議下一步從實(shí)驗(yàn)和理論上加強(qiáng)認(rèn)識各個調(diào)驅(qū)體系在多孔介質(zhì)中的復(fù)雜滲流規(guī)律，并建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)表征方法，最終提出具有一般意義的非均質(zhì)油藏深部調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬模型，為最大限度地提高原油采收率提供基礎(chǔ)。

[1] 熊春明，唐孝芬.國內(nèi)外堵水調(diào)剖技術(shù)最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].石油勘探與開發(fā)，2007，34(1)： 83-88.

[2] 韓大匡.關(guān)于高含水油田二次開發(fā)理念、對策和技術(shù)路線的探討[J].石油勘探與開發(fā)，2010，37(5)： 583-591.

[3] 馮其紅，等.弱凝膠調(diào)驅(qū)降維數(shù)值模擬方法研究[J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展，2007，22(4)： 470-474.

[4] 袁士義.聚合物地下交聯(lián)調(diào)剖數(shù)學(xué)模型[J].石油學(xué)報，1991，12(1)： 49-59.

[5] 時富庚，錢玉懷.油田化學(xué)堵水調(diào)剖三維兩相數(shù)值模擬研究[J].石油勘探與開發(fā)，1995，22(3)： 59-64.

[6] 朱維耀.交聯(lián)聚合物防竄油組分模型模擬器[J].石油勘探與開發(fā)，1996，23(1)： 43-46.

[7] 徐兵，程林松.弱凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬[J].計算物理，2005，22(2)： 163-170.

[8] 馮其紅，袁士義，韓冬.可動凝膠深部調(diào)驅(qū)流線模擬方法研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2005，13(2)： 146-152.

[9] 馮其紅，等.可動凝膠調(diào)驅(qū)快速模擬方法研究[J].中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，30(6)： 63-70.

[10] 張戈，馮其紅，同登科，等.可動凝膠深部調(diào)驅(qū)的數(shù)學(xué)模型及快速求解方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2008，15(4)： 55-58.

[11] 吳行才，朱維耀，馬慶坤，等.可動凝膠體系非線性滲流特性及數(shù)學(xué)模型研究[J].石油鉆采工藝，2006，28(5)： 42-45.

[12] 崔英懷，朱維耀，孫玉凱，等.可動凝膠體系非線性滲流數(shù)學(xué)模型[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，28(S0)： 283-285.

[13] 田鑫.可動微凝膠調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬研究[J].石油天然氣學(xué)報，2011，33(7)： 145-148.

[14] 劉道信.可動凝膠型聚合物數(shù)值模擬研究[J].中國礦業(yè)，2012，21(11)： 121-127.

[15] 趙東鋒，廖新維，王紹平，等.基于裂縫-基質(zhì)耦合的裂縫性油藏調(diào)驅(qū)數(shù)值模擬[J].科技導(dǎo)報，2013，31(16)： 35-40.

[16] 李宇鄉(xiāng)，劉玉章，白寶君，等.體膨型顆粒堵水調(diào)剖技術(shù)研究[J].石油鉆采工藝，1999，21(3)： 65-68.

[17] 雷光倫，鄭家鵬.孔喉尺度聚合物微球的合成及全程調(diào)剖驅(qū)油新技術(shù)研究[J].中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，31(1)：87-91.

[18] Wu Y S， Bai B J. Modeling particle gel propagation in porous media[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition，SPE115678，2008.

[19] 趙玉武，等.納微米聚合物驅(qū)油室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[J].石油學(xué)報，2009，30(6)：894-897.

[20] 王國鋒.納微米聚合物調(diào)驅(qū)滲流理論模型研究及其應(yīng)用[J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展，2011，26(4)：393-398.

[21] El-Amin M F， Salama A， Sun S Y. Modeling and Simulation of Nanoparticles transport in a two-phase flow in porous media[C]. SPE International Oilfield Nanotechnology Conference，SPE154972，2012.

[22] El-Amin M F， Sun S Y， Salama A， et al. Modeling and simulation of nanoparticle transport in multiphase flows in porous media： CO2sequestration[C]. SPE presentation at the Mathematical Methods in Fluid Dynamics and Simulation of Giant Oil and Gas Reservoirs，SPE163089，2012.

[23] Goudarzi A， et al.Water management in mature oil field using preformed particle gels[C]. SPE Western Regional & AAPG Pacific Section Meeting， 2013 Joint Technical Conference，SPE165356，2013.

[24] 王敬，劉慧卿，王增林.多孔介質(zhì)中預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒滲流規(guī)律模擬[J].中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，37(3)： 103-109.

[25] 王其偉.泡沫驅(qū)油發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].石油鉆采工藝，2013，35(2)： 94-97.

[26] Marfoe C H， Kazemi H， Ramirez W F. Numerical simulation of foam flow in porous media[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition，SPE16709，1987.

[27] Islam M R， Farouq Ali S M. Numerical simulation of foam flow in porous media [J]. Journal of Canadian Petroleum Technology， 1990， 29(4)： 47-51.

[28] Vassenden F， Holt T. Experimental foundation for relative permeability modeling of foam [J]. SPE Reservoir Evaluation & Engineering， 2000， 3(2)： 179-185.

[29] Namdar Z M， Kam S I， LaForce T， et al. The method of characteristics applied to oil displacement by foam [J]. SPE Journal， 2011， 16(1)： 8-23.

[30] Abbaszadeh M， Garza F R G. Experimentally-based empirical foam modeling[C]. SPE Improved Oil Recovery Symposium，SPE169888，2014.

[31] Zitha P， Du D. A new stochastic bubble population model for foam flow in porous media [J]. Transport in Porous Media， 2010， 83(3)： 603-621.

[32] 于洪敏，任韶然，左景欒.空氣泡沫驅(qū)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬方法[J].石油學(xué)報，2012，33(4)：653-657.

[33] Roostapour A， et al. Anomalous foam-fractional-flow solutions at high-injection foam quality [J]. SPE Reservoir Evaluation & Engineering， 2013， 16(1)： 40-50.

[34] Hatziavramidis D T， Alameddine B R， Weinstein H G， et al. A mechanistic foam model for simulation of steamfoam field applications[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition， SPE30728，1995.

[35] Kovscek A， Bertin H. Foam mobility in heterogeneous porous media (I： scaling concepts)[J]. Transport in Porous Media， 2003， 52(1)： 17-35.

[36] Li B， Hirasaki G J， Miller C A. Upscaling of foam mobility control to three dimensions[C]. SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery，SPE99719，2006.

[37] Chen Q， Gerritsen M G， Kovscek A R. Modeling foam displacement with local-equilibrium approximation： theory and experimental verification[J]. SPE Journal， 2010， 15(1)： 171-183.

[38] Rossen W R， Gauglitz P A. Percolation theory of creation and mobilization of foam in porous media [J]. AIChEJ， 1990， 36(8)： 1176.

[39] Laidlaw W G， et al. A lattice model of foam flow in porous media： a percolation approach [J]. Transport in Porous Media， 1993， 11(2)： 139.

[40] Kharabaf H， Yortsos Y C. A pore network model for foam formation and propagation in porous media [J]. SPE Journal， 1996， 3(1)： 42-53.

[41] Chen M， et al. A pore-network study of the mechanisms of foam generation[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition， 2004，SPE90939.

[42] De Vries A S， Wit K. Rheology of gas/water foam in the quality range relevant to steam foam [J]. SPE Reservoir Engineering， 1990， 5(2)： 185-192.

[43] Rossen W R， Wang M W. Modeling foams for acid diversion [J]. SPE Journal， 1999， 4(2)： 92-100.

[44] Chou S I. Percolation theory of foam in porous media[C]. SPE/DOE Enhanced Oil Recovery Symposium，SPE20239，1990.

[45] Rossen W R， Mamun C K. Minimal path for transport in networks [J]. Physical Review B，1993， 47(18)： 11815-11825.

[46] Veeningen D， Zitha P L J， Kruijsdijk C P J W V. Understanding foam flow physics： the role of permeability[C]. SPE European Formation Damage Conference，SPE38197，1997.

[47] Balan H O， et al. Network modeling of gas trapping and mobility in foam enhanced oil recovery [J]. Energy & Fuels， 2011， 25(9)： 3974-3987.

[48] Shi J X， Rossen W R. Simulation and dimensional analysis of foam processes in porous media [J]. SPE Reservoir Evaluation & Engineering， 1998， 1(2)： 148-154.

[49] Xu Q， Rossen W R. Experimental study of gas injection in a surfactant-alternating-gas foam process[C]. SPE Annual Technical Conference and Exhibition，SPE84183，2003.

編輯 劉兆芝

20141218；改回日期：20150321

國家“十二五”科技重大專項“高含水油田提高采收率新技術(shù)——剩余油分布綜合預(yù)測與精細(xì)注采結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)”(2011ZX05010-002)

王代剛(1988-)，男，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)為中國石油勘探開發(fā)研究院與北京大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生，主要從事油氣田開發(fā)工程方面的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.002

TE357.46

A

1006-6535(2015)03-0008-06