捕集數(shù)對(duì)碳酸鹽巖油藏生物聚合物驅(qū)采收率的影響

AL-SHALABI Emad W.

（阿聯(lián)酋哈利法科技大學(xué)石油工程學(xué)院，阿布扎比 127788，阿聯(lián)酋）

0 引言

在一次采油和二次采油后，約 60%的原始石油地質(zhì)儲(chǔ)量仍滯留在儲(chǔ)集層中，需要應(yīng)用溶劑法、熱力法、化學(xué)驅(qū)法等方法進(jìn)行三次開(kāi)發(fā)，此類(lèi)提高采收率方法主要開(kāi)采未波及的原油以及被毛細(xì)管捕集的殘余油[1]，其中聚合物驅(qū)屬于成熟的化學(xué)驅(qū)方法。全球40多個(gè)成功的聚合物驅(qū)項(xiàng)目大多應(yīng)用在溫度低于60 ℃、地層水礦化度低于 1×105mg/L、滲透率大于40×10-3μm2的中高滲透砂巖儲(chǔ)集層中[2]。中東地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層具有地層溫度高（高于85 ℃）、地層水礦化度高（大于 1×105mg/L）、非均質(zhì)性強(qiáng)、滲透率低（小于100×10-3μm2）的特點(diǎn)[3-5]，儲(chǔ)集層為混合潤(rùn)濕—油濕，原油采收率低，大部分提高采收率技術(shù)均難以實(shí)施[6-7]。因此，研究人員一直致力于擴(kuò)大聚合物驅(qū)的應(yīng)用范圍，使其能適應(yīng)惡劣條件下的碳酸鹽巖，主要研究方向包括開(kāi)發(fā)新型聚合物，以及將聚合物驅(qū)與其他提高采收率技術(shù)相結(jié)合[8-9]。

聚合物根據(jù)其來(lái)源分為合成聚合物和生物聚合物。由于生物聚合物含剛性分子鏈而合成聚合物含柔性分子鏈，高礦化度溶液中生物聚合物性質(zhì)優(yōu)于合成聚合物[10-11]。生物聚合物包括黃原膠、硬葡聚糖和裂褶菌多糖等，其中裂褶菌多糖具有與多糖親水性生物聚合物相同的化學(xué)特性和流變特性，且能耐受高礦化度和硬度，抗機(jī)械降解；裂褶菌多糖由于具有三螺旋分子構(gòu)象，熱穩(wěn)定性更好[12-13]；裂褶菌多糖在厭氧條件下能在長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月內(nèi)保持黏度。Quadri[14]研究指出，裂褶菌多糖在溫度為120 ℃、礦化度為2×105mg/L的儲(chǔ)集層中具有應(yīng)用前景。但生物聚合物在惡劣儲(chǔ)集層條件下的應(yīng)用一直集中于實(shí)驗(yàn)研究方面，關(guān)于生物聚合物行為的模擬研究很少。

Zeito[15]開(kāi)發(fā)了三維油藏模擬器，研究了均質(zhì)和非均質(zhì)油藏中聚合物驅(qū)對(duì)提高垂向波及效率的影響；Bondor等[16]建立了聚合物的流變行為模型，研究了近井地帶對(duì)聚合物注入性的影響；Goudarzi等[17]總結(jié)了數(shù)值模擬中聚合物驅(qū)模塊常用的主要函數(shù)，包括聚合物黏度、聚合物吸附量、滲透率降低系數(shù)、不可及孔隙體積、礦化度和硬度。近年來(lái)鮮有分析聚合物對(duì)提高惡劣條件下碳酸鹽巖儲(chǔ)集層采收率影響的數(shù)值模擬研究。筆者[18]使用德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校開(kāi)發(fā)的化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬器 UTCHEM[19]研究了裂褶菌多糖生物聚合物對(duì)碳酸鹽巖巖心采收率的影響，結(jié)果表明，與水驅(qū)相比，生物聚合物驅(qū)可提高碳酸鹽巖采收率。

本文基于文獻(xiàn)[18]的生物聚合物驅(qū)油巖心數(shù)值模型，對(duì)碳酸鹽巖油藏裂褶菌多糖生物聚合物驅(qū)進(jìn)行模擬研究，對(duì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史擬合，分析降低殘余油飽和度的主要影響因素。

1 數(shù)值模型與數(shù)據(jù)

本文采用文獻(xiàn)[18]的碳酸鹽巖巖心數(shù)值模型（見(jiàn)圖1），對(duì)裂褶菌多糖生物聚合物驅(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

圖1 模擬所用的碳酸鹽巖巖心數(shù)值模型[18]

裂褶菌多糖生物聚合物平均相對(duì)分子質(zhì)量為（2～6）×106，由重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元由3個(gè)葡萄糖單元和1個(gè)支鏈葡萄糖單元組成（見(jiàn)圖2）[20]。裂褶菌多糖生物聚合物在120 ℃及高達(dá)2×105mg/L的礦化度條件下表現(xiàn)出剪切稀化行為和強(qiáng)熱穩(wěn)定性[14]。裂褶菌多糖對(duì)滲透率高于 30×10-3μm2的巖心注入能力良好，其在滲透率為（3～163）×10-3μm2的巖心上的動(dòng)態(tài)吸附量為7～48 μg/g。Li[21]通過(guò)碳酸鹽巖巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)得出，在三次采油模式下，質(zhì)量濃度為200 mg/L的裂褶菌多糖生物聚合物提高采收率幅度達(dá) 7～10個(gè)百分點(diǎn)。本文數(shù)值模擬研究采用文獻(xiàn)[14]中的裂褶菌多糖生物聚合物溶液特性參數(shù)和文獻(xiàn)[21]的三次采油驅(qū)替方式。

圖2 裂褶菌多糖生物聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)[20]

Li[21]的巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)在水驅(qū)后進(jìn)行生物聚合物驅(qū)，實(shí)驗(yàn)步驟為：巖心飽和地層水，然后飽和地層原油造束縛水，而后在油藏條件（120 ℃，20 684 kPa）下注入地層水進(jìn)行水驅(qū)，最后采用生物聚合物驅(qū)進(jìn)一步提高巖心采收率。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中巖心和流體的物性參數(shù)如表1所示，更多數(shù)據(jù)信息參考文獻(xiàn)[14]和[21]。文獻(xiàn)[18]對(duì)該驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的水驅(qū)階段進(jìn)行了歷史擬合（見(jiàn)圖3），本文主要對(duì)該實(shí)驗(yàn)的三次采油階段進(jìn)行歷史擬合。

表1 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中巖心和流體的物性參數(shù)

圖3 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)水驅(qū)階段歷史擬合曲線[18]（PV—孔隙體積）

2 生物聚合物特性模擬

2.1 生物聚合物黏度

生物聚合物黏度是生物聚合物質(zhì)量濃度和注入水礦化度的函數(shù)，利用Flory-Huggins方程描述[22]：

該式描述了生物聚合物黏度隨礦化度增加及質(zhì)量濃度降低而降低的性質(zhì)。溫度對(duì)生物聚合物黏度沒(méi)有明顯影響，當(dāng)溫度升至150 ℃時(shí)該生物聚合物仍具有熱穩(wěn)定性[14,21]，本文采用（1）式對(duì) 120 ℃下的生物聚合物黏度進(jìn)行了計(jì)算。用Csep描述注入水礦化度和硬度對(duì)生物聚合物黏度的影響，其定義為：

圖4a和圖4b顯示了生物聚合物質(zhì)量濃度和注入水礦化度對(duì)生物聚合物黏度的影響?；A(chǔ)案例中生物聚合物質(zhì)量濃度為200 mg/L，地層水礦化度為168 948 mg/L，地層水中 Na+，Cl-，Ca2+，Mg2+，SO42-，HCO3-，K+的質(zhì)量濃度分別為53 394，102 989，9 260，1 450，0，1 107，748 mg/L。

圖4 120 ℃下生物聚合物的模擬數(shù)據(jù)（綠色點(diǎn)代表基礎(chǔ)案例的相應(yīng)數(shù)據(jù)）

該方程描述了生物聚合物溶液的剪切稀化行為，生物聚合物黏度隨著剪切速率的增加而降低。在（3）式中，μp,0為低剪切極限（接近零）時(shí)的生物聚合物黏度，μw為高剪切極限（接近無(wú)窮大）時(shí)的水黏度。等效剪切速率用Cannella方程定義[24]：

圖4c顯示了剪切速率對(duì)生物聚合物黏度的影響，當(dāng)剪切速率從10 s-1增加到1 000 s-1時(shí)，生物聚合物黏度從 20 mPa·s減小到 0.4 mPa·s。其中，10 s-1和1 000 s-1分別代表油藏和注入井附近的剪切速率。

2.2 剪切效應(yīng)

剪切對(duì)生物聚合物黏度的影響使用 Meter方程描述[23]：

2.3 生物聚合物吸附量

與機(jī)械捕集和流體動(dòng)力學(xué)捕集相比，生物聚合物吸附是最主要的生物聚合物滯留機(jī)制。聚合物吸附取決于巖石表面、注入水溶液和聚合物本身的性質(zhì)[11]。本文研究中生物聚合物吸附用Langmuir等溫吸附曲線描述[25]：

2.4 滲透率降低系數(shù)

生物聚合物吸附可能導(dǎo)致滲透率顯著降低，采用滲透率降低系數(shù)（FKr）表示：

模擬器中該系數(shù)使用以下方程計(jì)算：

其中，假定FKr,max經(jīng)驗(yàn)值為10。

2.5 不可及孔隙體積

在生物聚合物驅(qū)過(guò)程中，生物聚合物無(wú)法波及儲(chǔ)集層中的所有孔隙，因此引入不可及孔隙體積參數(shù)Vip，定義為半徑小于生物聚合物顆粒半徑的孔隙體積占總孔隙體積的比例。尤其使用高相對(duì)分子質(zhì)量生物聚合物時(shí)，由于聚合物單體分子尺寸更大，不可及孔隙體積也更大。不可及孔隙體積對(duì)生物聚合物波及效率既有積極影響，也有消極影響：積極方面包括促進(jìn)生物聚合物溶液驅(qū)替前緣的推進(jìn)并減少聚合物滯留量，消極方面在于不能波及不可及孔隙中的油[26]。模擬器中通過(guò)將生物聚合物守恒方程中的孔隙度乘以輸入?yún)?shù)Vap（關(guān)鍵字EPHI4）考慮Vip的影響：

2.6 捕集數(shù)

3 數(shù)值模擬結(jié)果與討論

Li[21]的巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明，裂褶菌多糖生物聚合物驅(qū)與水驅(qū)相比，采收率增加了 7～10個(gè)百分點(diǎn)。在巖心驅(qū)替過(guò)程中，先注入3 PV（孔隙體積倍數(shù)）水，然后注入3 PV生物聚合物。文獻(xiàn)[18]對(duì)該驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的水驅(qū)階段進(jìn)行了歷史擬合（見(jiàn)圖3），然后對(duì)三次采油進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示注入生物聚合物后采收率增加了 2個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果差異大。本文基于敏感性分析，對(duì)生物聚合物驅(qū)階段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史擬合。

對(duì)不可及孔隙體積、生物聚合物吸附量、滲透率降低系數(shù)、剪切速率系數(shù)和注入水的硬度等變量進(jìn)行了敏感性分析，以了解其對(duì)生物聚合物驅(qū)提高采收率的影響程度。表2為各變量對(duì)應(yīng)的 UTCHEM模擬器輸入?yún)?shù)及其不同取值，各設(shè)定值均基于實(shí)驗(yàn)和以往文獻(xiàn)的典型值確定。本文模擬研究中溫度為120 ℃，生物聚合物質(zhì)量濃度為 200 mg/L，注入水礦化度為168 948 mg/L、硬度為10 710 mg/L。

表2 生物聚合物驅(qū)三次采油的敏感性分析參數(shù)

3.1 不可及孔隙體積

在基礎(chǔ)案例中，假設(shè)不可及孔隙體積分?jǐn)?shù)為零（即Vip=0），可以通過(guò)將UTCHEM模擬器中的波及孔隙體積分?jǐn)?shù)（Vap）設(shè)置為 1來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)表3調(diào)整Vap參數(shù)值，對(duì)不可及孔隙體積進(jìn)行敏感性分析。不可及孔隙體積對(duì)生物聚合物驅(qū)三次采油的影響如表3和圖5所示。

表3 不可及孔隙體積敏感性分析結(jié)果

圖5 不可及孔隙體積對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響

表3中Vip不同取值下的采收率與基礎(chǔ)案例采收率差異微小，圖5中所有模擬曲線幾乎重疊，表明生物聚合物驅(qū)采收率對(duì)不可及孔隙體積不敏感。總體來(lái)看，不可及孔隙體積的影響不大，但隨著不可及孔隙體積的增加，采油速度提高，而生物聚合物驅(qū)采收率略有下降。這是因?yàn)椴豢杉翱紫扼w積的增大使生物聚合物驅(qū)替前緣推動(dòng)加快，減少了生物聚合物滯留，但同時(shí)有大量石油殘留在不可及孔隙中。

3.2 生物聚合物吸附量

在UTCHEM模擬器中采用Langmuir模型描述裂褶菌多糖生物聚合物的吸附，調(diào)整參數(shù)ap1以描述吸附的生物聚合物質(zhì)量濃度。在基礎(chǔ)案例中，ap1=1.857，生物聚合物在120 ℃下的吸附量為6.9 μg/g。根據(jù)表4調(diào)整ap1，對(duì)生物聚合物吸附量進(jìn)行敏感性分析。

表4 生物聚合物吸附量的敏感性分析結(jié)果

表4和圖6都表明生物聚合物吸附對(duì)提高采收率略有負(fù)面影響。生物聚合物吸附量的增加導(dǎo)致提高采收率幅度的降低，這是因?yàn)楸晃降纳锞酆衔锩撾x水相，從而不能發(fā)揮生物聚合物的增黏作用。但這種負(fù)面效果并不明顯，吸附量從零增加至20 μg/g時(shí)相對(duì)水驅(qū)的采收率增幅降低0.33個(gè)百分點(diǎn)；吸附量增加至200 μg/g時(shí)相對(duì)水驅(qū)的采收率增幅降低1.36個(gè)百分點(diǎn)。從圖6可以看出無(wú)吸附時(shí)為最佳方案，而如果實(shí)驗(yàn)中吸附量高達(dá) 200 μg/g，則說(shuō)明該生物聚合物驅(qū)油表現(xiàn)不佳且經(jīng)濟(jì)性差，不能用于油田規(guī)模的驅(qū)替。

圖6 生物聚合物吸附量對(duì)采收率的影響

3.3 滲透率降低系數(shù)

在UTCHEM模擬器中調(diào)整輸入?yún)?shù)ckr模擬生物聚合物導(dǎo)致的水相有效滲透率降低對(duì)采收率的影響。對(duì)于基礎(chǔ)案例，ckr=0.008 83 m，滲透率降低系數(shù)FKr為3.9。根據(jù)表5調(diào)整ckr，模擬結(jié)果見(jiàn)表5和圖7。

表5 滲透率降低系數(shù)的敏感性分析結(jié)果

圖7 滲透率降低系數(shù)對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響

結(jié)果表明，隨著滲透率降低系數(shù)的增加，生物聚合物驅(qū)提高采收率幅度增加。這是因?yàn)樗挠行B透率降低，導(dǎo)致含水率降低、采收率提高。如表5和圖7所示，不考慮滲透率降低（FKr=1）情況下的采收率與其他FKr取值情況下的采收率存在顯著差異。需要注意的是，滲透率降低系數(shù)通常不會(huì)超過(guò)10。

3.4 剪切速率系數(shù)

在UTCHEM模擬器中通過(guò)輸入?yún)?shù)cγ˙描述剪切速率對(duì)生物聚合物黏度的影響，cγ˙取決于剪切速率系數(shù)（C）。根據(jù) Kulawardana等[13]的研究，基礎(chǔ)案例中假設(shè)剪切速率系數(shù)為2.55。根據(jù)表6調(diào)整參數(shù)cγ˙，對(duì)剪切速率系數(shù)進(jìn)行敏感性分析。剪切速率系數(shù)對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響如表6和圖8所示。

表6 剪切速率系數(shù)的敏感性分析結(jié)果

圖8 剪切速率系數(shù)對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響

表6中的采收率差異及圖8幾乎重疊的曲線表明生物聚合物驅(qū)對(duì)剪切速率不敏感，當(dāng)剪切速率系數(shù)增加到 1以上時(shí)，采收率不會(huì)受到太大影響。另外，模擬水驅(qū)持續(xù)注水6 PV，對(duì)比分析高剪切速率系數(shù)下生物聚合物驅(qū)對(duì)提高采收率是否仍有效果。結(jié)果表明即使在高剪切速率系數(shù)下，與連續(xù)注水6 PV相比，生物聚合物驅(qū)仍可以提高采收率，證明在本研究的剪切系數(shù)取值下，生物聚合物沒(méi)有完全失去增黏能力。

當(dāng)剪切速率系數(shù)為零時(shí)，即忽略剪切速率效應(yīng)時(shí)，生物聚合物驅(qū)采收率最高，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歷史擬合相對(duì)良好。然而這種情況不合理且不現(xiàn)實(shí)，由于生物聚合物分子在多孔介質(zhì)中的滑移效應(yīng)，一定會(huì)產(chǎn)生有效剪切，尤其是在非均質(zhì)性相對(duì)較強(qiáng)的地層中剪切更為明顯。此外，隨著剪切速率系數(shù)的增大，生物聚合物驅(qū)的采收率降低。因?yàn)殡S著剪切速率的增加，剪切稀化效應(yīng)導(dǎo)致生物聚合物在高剪切速率下的增黏能力下降，因此降低了流度控制能力和采收率。應(yīng)注意的是，生物聚合物黏度的這種損失通常是暫時(shí)的，其剪切作用可逆。

3.5 注入水的硬度

注入水的礦化度和硬度采用聚合物有效礦化度（Csep）進(jìn)行描述。水硬度參數(shù)βp用于確定二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)生物聚合物有效礦化度的影響，在文獻(xiàn)中的典型值為10。當(dāng)βp等于1時(shí)，一價(jià)和二價(jià)陽(yáng)離子的作用均等；然而，當(dāng)βp大于1時(shí)，二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)聚合物性能的影響更為明顯[11]?；A(chǔ)案例中取βp=1，代表忽略注入水硬度的影響。根據(jù)表7調(diào)整 UTCHEM 模擬器中的βp值[30-32]，進(jìn)行水硬度的敏感性分析。

表7 注入水硬度的敏感性分析結(jié)果

在該分析中，總體水礦化度保持恒定，僅調(diào)整了硬度參數(shù)。從表7中極小的采收率差異以及圖9中幾乎重疊的曲線可以看出，隨著注入水硬度的增加，采收率略有下降，然而這種效果并不明顯。這是因?yàn)榱疡蘧嗵巧锞酆衔锸且环N非離子聚合物，對(duì)注入水的礦化度和硬度不敏感。

圖9 注入水硬度對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響

3.6 捕集數(shù)

從上述不同參數(shù)的敏感性分析結(jié)果可以看出，通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)無(wú)法擬合巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的采收率數(shù)據(jù)，未能對(duì)生物聚合物驅(qū)提高采收率的控制因素進(jìn)行解釋?zhuān)时疚囊氩都瘮?shù)，分析其對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響。

在本文研究中，將捕集數(shù)簡(jiǎn)化為毛管數(shù)，在注入3 PV水后注入3 PV生物聚合物，分別計(jì)算了水驅(qū)和生物聚合物驅(qū)的捕集數(shù)（見(jiàn)表8）。與水驅(qū)相比，生物聚合物驅(qū)期間的捕集數(shù)增加了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。捕集數(shù)的增加主要是由于溶液中加入生物聚合物導(dǎo)致水相黏度增加，捕集數(shù)增加很可能導(dǎo)致殘余油飽和度降低，尤其是在碳酸鹽巖中。因此，對(duì)捕集數(shù)與殘余油飽和度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。

表8 水驅(qū)和生物聚合物驅(qū)階段的捕集數(shù)

不同研究人員使用與Li[21]實(shí)驗(yàn)中相似的碳酸鹽巖巖心對(duì)捕集數(shù)與殘余油飽和度的關(guān)系進(jìn)行了研究[33-35]，其中 Kamath等[34]研究發(fā)現(xiàn)，注水期間的捕集數(shù)為3.77×10-8，水驅(qū)后殘余油飽和度約 25.1%；生物聚合物驅(qū)期間的捕集數(shù)為9.80×10-7，聚合物驅(qū)后殘余油飽和度下降到約10.0%。因此，生物聚合物驅(qū)的提高采收率幅度與捕集數(shù)的大小有關(guān)。

本文研究中采用CDC模型描述捕集數(shù)對(duì)殘余油飽和度的影響（見(jiàn)（14）式）。對(duì)于碳酸鹽巖，通常假設(shè)Sor,high為零，Sor,low取水驅(qū)后殘余油飽和度25.1%；τ取文獻(xiàn)中碳酸鹽巖的典型值0.8；捕集參數(shù)To為100 000，通過(guò)擬合生物聚合物驅(qū)期間殘余油飽和度與捕集數(shù)的關(guān)系曲線獲得。通常對(duì)于砂巖，τ取值為1，捕集參數(shù)To為25 000，Sor,high為零，Sor,low為25.1%。

CDC模型計(jì)算結(jié)果如圖10所示，本文研究中生物聚合物驅(qū)階段的捕集數(shù)為9.80×10-7，小于砂巖的臨界捕集數(shù)NT*，即殘余油飽和度曲線開(kāi)始下降時(shí)的捕集數(shù)。通常，砂巖的臨界捕集數(shù)為1×10-6～1×10-5，超過(guò)碳酸鹽巖的臨界捕集數(shù)至少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。通常碳酸鹽巖孔徑分布范圍比砂巖更大，非均質(zhì)性相對(duì)更強(qiáng)，碳酸鹽巖的CDC曲線更平緩。因而，從碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中開(kāi)采部分原油較容易，但剩余油很難開(kāi)采；而對(duì)于砂巖儲(chǔ)集層，只要超過(guò)臨界捕集數(shù)就可以開(kāi)采出大部分原油。因此，為了顯著降低碳酸鹽巖殘余油飽和度，捕集數(shù)需達(dá)到 1×10-5～1×10-4。

圖10 砂巖和碳酸鹽巖的CDC曲線

表9所示為捕集數(shù)小于臨界捕集數(shù)和大于臨界捕集數(shù)情況下計(jì)算的相對(duì)滲透率參數(shù)（見(jiàn)（15）—（18）式），圖11為兩種情況下的相對(duì)滲透率曲線。對(duì)于水相，假定為0.3，注水過(guò)程中為 0.063，nw,high假定為 1。此外，假定束縛水飽和度恒定，超過(guò)臨界捕集數(shù)后的油相端點(diǎn)相對(duì)滲透率和Corey指數(shù)no保持不變。

表9 捕集數(shù)小于臨界捕集數(shù)和大于臨界捕集數(shù)情況下的相對(duì)滲透率參數(shù)

圖11 捕集數(shù)小于臨界捕集數(shù)和大于臨界捕集數(shù)情況下的相對(duì)滲透率曲線

將上述CDC模型模擬結(jié)果用于巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歷史擬合中，擬合結(jié)果如圖12所示，可見(jiàn)考慮捕集數(shù)影響的模擬結(jié)果與Li[21]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合更好。不考慮捕集數(shù)影響時(shí)生物聚合物驅(qū)相對(duì)水驅(qū)提高采收率幅度為3.90個(gè)百分點(diǎn)，考慮捕集數(shù)影響時(shí)提高采收率幅度為8.85個(gè)百分點(diǎn)，與Li[21]實(shí)驗(yàn)中得到的水驅(qū)后生物聚合物驅(qū)可以提高采收率 7～10個(gè)百分點(diǎn)的觀點(diǎn)吻合。圖13所示為巖心生物聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歷史擬合效果，水驅(qū)階段和生物聚合物驅(qū)階段均成功擬合。

圖12 捕集數(shù)對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響

圖13 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歷史擬合效果

從表8看出，殘余油飽和度由低捕集數(shù)下的25.1%降低到高捕集數(shù)下的10.0%。捕集數(shù)的顯著影響是由于聚合物驅(qū)后水的黏度比聚合物驅(qū)前增加了大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。生物聚合物驅(qū)期間忽略捕集數(shù)影響可能會(huì)出現(xiàn)誤導(dǎo)，尤其在以平緩CDC曲線為特征的碳酸鹽巖中更為明顯。捕集數(shù)對(duì)生物聚合物驅(qū)采收率的影響程度取決于目標(biāo)巖石類(lèi)型和生物聚合物黏度。需要說(shuō)明的是，本文重點(diǎn)研究生物聚合物提高驅(qū)替效率和波及效率的能力，僅考慮聚合物的彈性效應(yīng)，不考慮黏彈性效應(yīng)，因?yàn)榕c合成聚合物相比，生物聚合物通常不表現(xiàn)出黏彈性效應(yīng)。

4 結(jié)論

采用 UTCHEM 模擬器成功評(píng)價(jià)了碳酸鹽巖儲(chǔ)集層水驅(qū)后注入裂褶菌多糖生物聚合物驅(qū)油階段捕集數(shù)對(duì)采收率的影響，對(duì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了良好的歷史擬合。

敏感性分析表明，在本文研究范圍內(nèi)，不可及孔隙體積、生物聚合物吸附量、滲透率降低系數(shù)、剪切速率系數(shù)和注入水硬度均無(wú)法準(zhǔn)確描述生物聚合物驅(qū)對(duì)碳酸鹽巖的提高采收率效果；而采用毛細(xì)管去飽和曲線模型考慮捕集數(shù)影響時(shí)，殘余油飽和度從不考慮其影響或低捕集數(shù)條件下的25.1%降低到10.0%，采收率擬合效果較好。在碳酸鹽巖儲(chǔ)集層生物聚合物驅(qū)模擬中，不能忽略捕集數(shù)的影響。為了顯著降低殘余油飽和度，本文研究條件下捕集數(shù)需達(dá)到1×10-5～1×10-4的數(shù)量級(jí)。

致謝：感謝哈利法科技大學(xué)提供的基金資助（FSU-2018-26）；感謝德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Kamy Sepehrnoori教授提供UTCHEM模擬器的使用權(quán)限。

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

ap——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，無(wú)因次；ap1——擬合參數(shù)，無(wú)因次；ap2——擬合參數(shù)，L/mg；Ap1——擬合常數(shù)，（L/mg）Sp+1；Ap2——擬合常數(shù)，（L/mg）Sp+2；Ap3——擬合常數(shù)，（L/mg）Sp+3；Ap4——擬合常數(shù)，（L/mg）Sp；bKr——輸入?yún)?shù)，L/mg；bp——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，L/mg；cKr——UTCHEM模擬器中滲透率降低系數(shù)輸入?yún)?shù)，m；C——剪切速率系數(shù)，無(wú)因次；C11——溶液中水的體積分?jǐn)?shù)，無(wú)因次；C51，C61——溶液中陰離子和二價(jià)陽(yáng)離子的質(zhì)量濃度，mg/L；Cp——生物聚合物質(zhì)量濃度，mg/L；p——被吸附的生物聚合物濃度，mg/L；Csep——聚合物有效礦化度，mg/L；D——深度，m；FKr——滲透率降低系數(shù)，最大值取10，無(wú)因次；g——重力加速度，m/s2；K——滲透率，m2；K——滲透率張量，m2；Keff,p——聚合物驅(qū)時(shí)巖石的有效滲透率，m2；Keff,w——水驅(qū)時(shí)巖石的有效滲透率，m2；Kro，Krw——油相、水相相對(duì)滲透率，無(wú)因次；——油相、水相相對(duì)滲透率端點(diǎn)值，無(wú)因次；Kref——吸附測(cè)量實(shí)驗(yàn)中巖石的參考滲透率，m2；K——平均滲透率，m2；m——裂褶菌多糖生物聚合物結(jié)構(gòu)單元數(shù)量；n——Corey指數(shù)，無(wú)因次；NB——邦德數(shù)，無(wú)因次；Nc——毛管數(shù)，無(wú)因次；NT——捕集數(shù)，無(wú)因次；NT*——臨界捕集數(shù)，無(wú)因次；S——飽和度，%；Sor——?dú)堄嘤惋柡投龋?；Sp——（μp,0-μw）/μw與Csep雙對(duì)數(shù)圖的斜率，本文取-0.33；Swi——束縛水飽和度，%；T——捕集參數(shù)，無(wú)因次；v——巖心中的達(dá)西流動(dòng)速率，m/s；Vap——可及孔隙體積分?jǐn)?shù)，無(wú)因次；Vip——不可及孔隙體積分?jǐn)?shù)，無(wú)因次；x，y，z——坐標(biāo)軸，cm；α——經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通過(guò)擬合黏度實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)求取，無(wú)因次；βp——硬度參數(shù)，通常約為10，無(wú)因次；γ˙c——UTCHEM模擬器中等效剪切速率輸入?yún)?shù)，無(wú)因次；γ˙eq——等效剪切速率，s-1；1/2——聚合物溶液黏度為其初始值一半時(shí)的剪切速率，s-1；θ——接觸角，（°）；?——驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中巖心傾角，（°）；μp——生物聚合物的黏度，mPa·s；μp,0——零剪切速率下的生物聚合物黏度，Pa·s；μw——水的黏度，Pa·s；ρ——密度，kg/m3；σow——水相和油相之間界面張力，N/m；τ——與巖石孔徑分布相關(guān)的參數(shù)，無(wú)因次；φ——孔隙度，%；?pw——水相的壓力梯度，Pa；?Φw——水相的壓力勢(shì)梯度，Pa。下標(biāo)：high——高捕集數(shù)；Kr——滲透率降低；low——低捕集數(shù)；max——最大值；o——油相；w——水相。