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【ISCO】黃原膠與HPAM溶液在貝雷砂巖中的流變學(xué)比較
檢測(cè)樣品:黃原膠 HPAM溶液
檢測(cè)項(xiàng)目:流變學(xué)比較
方案概述:本研究使用TeledyneISCO1000D注射泵,以廣泛的速率注入黃原膠和HPAM溶液,評(píng)估其在貝雷砂巖中的流變特性。結(jié)果顯示,黃原膠在多孔介質(zhì)中表現(xiàn)出剪切稀化行為,而HPAM溶液則僅有輕微剪切稀化。在低流速下,黃原膠的有效粘度(阻力因子)顯著高于未剪切HPAM和預(yù)剪切HPAM,表明其更適合用于提高石油采收率。
一、引言
流變學(xué)在多孔介質(zhì)中對(duì)增強(qiáng)石油回收(EOR)項(xiàng)目具有重要影響,其中使用了聚合物溶液。如果在靠近注入井的高速度下聚合物溶液的有效粘度較大,則可能會(huì)降低聚合物的注入速率和石油產(chǎn)量。另一方面,如果在儲(chǔ)層深處經(jīng)歷的低速度下聚合物溶液的有效粘度過(guò)低,油的置換可能效率不高。在本報(bào)告中,我們使用Teledyne ISCO 1000X注射泵來(lái)檢查在兩種蕞常用于EOR的聚合物——黃原膠和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的溶液中,有效粘度(即阻力因子)如何隨流速(實(shí)際上是隨通量或表觀速度)在貝雷砂巖中變化。
二、實(shí)驗(yàn)步驟
黃原膠的分子量為1500萬(wàn)道爾頓,而部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的分子量為2100萬(wàn)道爾頓,水解度約為30%。兩種聚合物均在合成海水中制備(蒸餾水中含4.195%的海鹽)。兩種情況下的聚合物濃度均為0.1%。
貝雷砂巖巖心被鑄造在金屬合金中,每個(gè)都有兩個(gè)內(nèi)部壓力表——一個(gè)位于入口砂面2厘米處,另一個(gè)位于出口砂面2厘米處。巖心分為三部分,中央部分長(zhǎng)度為10厘米。巖心的滲透率相當(dāng)均勻,平均約為550毫達(dá)西。巖心橫截面積為11.34平方厘米,孔隙率為0.217,孔隙體積(PV)為36立方厘米。
四臺(tái)Teledyne ISCO 1000X注射泵并聯(lián)(見圖1)。這些泵非常適合本研究,因?yàn)樗鼈兲峁┝朔€(wěn)定的流動(dòng)和廣泛的速率范圍。壓力用石英傳感器測(cè)量。實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。
使用一系列不同的速率注入聚合物溶液,以確定多孔介質(zhì)中的流變學(xué)特性。對(duì)于兩種聚合物,幾升溶液被迫通過(guò)一個(gè)巖心(每種聚合物使用不同的核心),以139英尺/天的通量模擬現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中井筒附近的剪切情況。然后將流出物以各種速率重新注入同一巖心,以模擬流體從井筒向外徑向流動(dòng)時(shí)經(jīng)歷的通量值。
圖1:泵和巖心配置示意圖
黃原膠溶液
對(duì)于黃原膠溶液(圖2中的實(shí)心圓),再注入速率從0.5到32,000立方厘米/小時(shí),轉(zhuǎn)換為通量從0.035到2,222英尺/天,前沿速度從0.16到10,240英尺/天。對(duì)于低于10英尺/天的通量值,黃原膠阻力因子(多孔介質(zhì)中相對(duì)于水的表觀粘度)很好地符合冪律模型,冪律指數(shù)為0.54(即對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)圖中的斜率為-0.46)。隨著通量增加到10英尺/天以上,阻力因子接近一個(gè)固定值2.5(即在“第二牛頓區(qū)”)。我們的速率沒有足夠低到可以觀察到“第一牛頓區(qū)”。
HPAM溶液
對(duì)于預(yù)剪切的HPAM溶液,聚合物再注入速率從2到8,000立方厘米/小時(shí),轉(zhuǎn)換為通量從0.14到555英尺/天,前沿速度從0.64到2,550英尺/天。圖2中的空心圓點(diǎn)繪制了這種預(yù)剪切HPAM溶液的阻力因子。它們顯示了非常輕微的剪切稀化行為,斜率為-0.085(冪律指數(shù)為0.915)。因此,這種HPAM溶液在多孔介質(zhì)中的流變學(xué)幾乎是牛頓流體。
在同一個(gè)核心中(預(yù)剪切HPAM被注入的地方),我們使用通量值范圍從0.14到1,110英尺/天注入了新制備的HPAM溶液。圖2中的空心三角形繪制了這種未剪切聚合物的HPAM阻力因子。阻力因子顯示出非常輕微的剪切稀化行為,斜率為-0.2(冪律指數(shù)為0.8)。這種行為比預(yù)剪切HPAM稍微剪切稀化一些,但比黃原膠溶液要少得多。
在蕞低流速(即0.14英尺/天的通量)下,未剪切HPAM的阻力因子是預(yù)剪切HPAM的2.9倍,但仍比黃原膠少2.4倍。在低通量下的較大阻力因子是理想的,因?yàn)樵趦?chǔ)層的大部分區(qū)域流體速度較低,大多數(shù)石油將在低速度下被置換。
圖2:核心部分2中阻力因子與通量的關(guān)系
在注入井周圍,流體速度通常較高,因此高速度下的阻力因子會(huì)直接影響可注入性。在通量為550英尺/天時(shí),未剪切HPAM的阻力因子與預(yù)剪切HPAM的阻力因子基本相同,但比黃原膠的阻力因子高出35%。
三、結(jié)論
使用Teledyne ISCO 1000X注射泵,我們以廣泛的速率注入黃原膠和HPAM溶液,以確定多孔介質(zhì)中的流變特性。黃原膠溶液在多孔介質(zhì)中表現(xiàn)出剪切稀化流變特性,而HPAM溶液則表現(xiàn)出輕微的剪切稀化。在地層深處通常經(jīng)歷的低速度下,黃原膠提供的有效粘度(多孔介質(zhì)中的阻力因子)比未剪切HPAM高2.4倍,比先通過(guò)核心以典型的近井筒通量(139英尺/天)強(qiáng)制通過(guò)的HPAM高約7倍。
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