CN107977490B - 一种聚合物驱渗流模拟方法和系统 - Google Patents

一种聚合物驱渗流模拟方法和系统 Download PDF

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    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Abstract

本发明实施例公开了一种聚合物驱渗流模拟实现方法和系统，该方法包括：基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；基于建立的状态方程对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解以实现聚合物驱渗流模拟。多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。通过本发明实施例方案，解决了当前聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题。

Description

一种聚合物驱渗流模拟方法和系统
技术领域
本发明实施例涉及聚合物驱渗流机理与数值模拟方法技术领域，尤其涉及一种聚合物驱渗流模拟实现方法和系统。
背景技术
我国聚合物驱油规模化试验和应用已经开展了二十多年，是三次采油中的主力方法，也是今后进一步完善和推广的重点。由于三次采油技术的复杂性和试验的高投入、高风险性，因此必须采用油藏数值模拟技术辅助研究和预测指标，对指导现场试验和油田开发具有重要的现实意义。
目前投入商业应用的聚合物驱模拟理论几乎全部基于国外油藏实践建立，但随着国内聚合物驱开发理论和技术的发展、现场应用的深入，当前聚合物驱模拟方法在很多方面不能很好地满足国内现场的要求，直接导致了部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限：第一、目前国外的聚合物驱模拟理论和方法不能很好地适应国内复杂的地质特征；第二、随着聚合物驱基础理论研究的进展，部分研究成果具备了应用的基础和条件，需要在数值模拟过程中加以补充和完善。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物驱渗流模拟实现方法和系统，能够解决当前聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种聚合物驱渗流模拟实现方法，该方法包括：
基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；
基于建立的状态方程，对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程，以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解，以实现聚合物驱渗流模拟；
其中，多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。
聚合物机械降解数学表征方程，用于表征聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性；
聚合物动态吸附数学表征方程，用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；
聚合物堵塞机制数学表征方程，用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；
聚合物增粘特性数学表征方程，用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。
可选地，聚合物机械降解数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000021
其中，μp(L)为L处对应的聚合物粘度；μw为水的粘度；μp(0)为初始注入的聚合物粘度；L为聚合物渗流距离；K为储层渗透率；v为水相渗流速度，m/d；A、m、n为相关系数。
可选地，当聚合物浓度小于或等于预设的第一临界值时，聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000031
当聚合物浓度大于所述第一临界值时，所述聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000032
其中，
Figure BDA0001462722230000033
为吸附的聚合物浓度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物临界浓度；K为储层渗透率；a、b、d、f、A0、A1、B为相关系数。
可选地，当聚合物吸附浓度小于或等于预设的第二临界值时，聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000034
当聚合物吸附浓度大于所述第二临界值时，聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000035
其中，K为储层渗透率；Ke为储层等效渗透率；；aKd为聚合物临界吸附浓度；a、b、d、g、f为相关系数。
可选地，聚合物增粘特性数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000036
其中，Csep＝CNa+betap·CCa，μp为聚合物粘度；μw为水的粘度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物增粘临界点；Csep为等效阳离子浓度；CNa为孔隙介质中一价阳离子的浓度；CCa为孔隙介质中二价阳离子的浓度；betap为二价阳离子有效性系数；Ap1、Ap2、Ap3、Ap4、Sp为相关系数。
可选地，基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程包括：将基于所述多个数学表征方程计算的模拟参数代入状态方程中相应的模拟参数中。
可选地，在基于多个数学表征方程对聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程进行求解之前，还包括：预先确定常规聚合物驱遵循的初始条件和边界条件。
可选地，初始条件包括：在t＝0时刻，油相压力为预设的Poi，水相饱和度为预设的Swi，油相饱和度为预设的Soi；
边界条件包括：
Figure BDA0001462722230000041
可选地，连续性方程包括：
油组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000042
水组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000043
其中，
Figure BDA0001462722230000044
气组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000045
其中，
Figure BDA0001462722230000046
为微分算子；K为渗透率；Kri为各相的相对渗透率；qi为各相的注入与产出；Si为各相的饱和度；Bi为各相的体积系数；γi为各相的重度；Pi为各相的压力；下标i＝o,w,g，其中，o、w、g分别代表油、水、气；Rso为溶解汽油比；
Figure BDA0001462722230000047
为聚合物的附加转变压力梯度；SGN为符号函数；BULL为开关函数；t为时间。
传质扩散方程包括：
Figure BDA0001462722230000048
其中，
Figure BDA0001462722230000051
为微分算子；Di为组分i的扩散系数；Φ为各组分的可及孔隙体积；Sw为水相饱和度；Ci为组分i的质量浓度；
Figure BDA0001462722230000052
为达西速度；qi为井产量；V为井所在网格块的体积；fi为水可以接触到的岩石比例；ρR为岩石密度；Cir为岩石表面吸附的组分i的浓度。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种聚合物驱渗流模拟实现系统，该系统包括：构建模块和模拟模块；
构建模块，用于基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；
模拟模块，用于基于建立的状态方程，对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程，以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解，以实现聚合物驱渗流模拟。
其中，多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。
聚合物机械降解数学表征方程，用于表征聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性；
聚合物动态吸附数学表征方程，用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；
聚合物堵塞机制数学表征方程，用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；
聚合物增粘特性数学表征方程，用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。
可选地，聚合物机械降解数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000053
其中，μp(L)为L处对应的聚合物粘度；μw为水的粘度；μp(0)为初始注入的聚合物粘度；L为聚合物渗流距离；K为储层渗透率；v为水相渗流速度，m/d；A、m、n为相关系数。
可选地，当聚合物浓度小于或等于预设的第一临界值时，聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000061
当聚合物浓度大于所述第一临界值时，聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000062
其中，
Figure BDA0001462722230000063
为吸附的聚合物浓度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物临界浓度；K为储层渗透率；a、b、d、f、A0、A1、B为相关系数。
可选地，当聚合物吸附浓度小于或等于预设的第二临界值时，聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000064
当聚合物吸附浓度大于所述第二临界值时，聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000065
其中，K为储层渗透率；Ke为储层等效渗透率；；aKd为聚合物临界吸附浓度；a、b、d、g、f为相关系数。
可选地，聚合物增粘特性数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000066
其中，Csep＝CNa+betap·CCa，μp为聚合物粘度；μw为水的粘度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物增粘临界点；Csep为等效阳离子浓度；CNa为孔隙介质中一价阳离子的浓度；CCa为孔隙介质中二价阳离子的浓度；betap为二价阳离子有效性系数；Ap1、Ap2、Ap3、Ap4、Sp为相关系数。
可选地，构建模块基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程包括：将基于多个数学表征方程计算的模拟参数代入所述状态方程中相应的模拟参数中。
可选地，在模拟模块基于多个数学表征方程对聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程进行求解之前，模拟模块还用于：预先确定常规聚合物驱遵循的初始条件和边界条件。
可选地，初始条件包括：在t＝0时刻，油相压力为预设的Poi，水相饱和度为预设的Swi，油相饱和度为预设的Soi；
边界条件包括：
Figure BDA0001462722230000071
可选地，连续性方程包括：
油组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000072
水组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000073
其中，
Figure BDA0001462722230000074
气组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000075
其中，
Figure BDA0001462722230000076
为微分算子；K为渗透率；Kri为各相的相对渗透率；qi为各相的注入与产出；Si为各相的饱和度；Bi为各相的体积系数；γi为各相的重度；Pi为各相的压力；下标i＝o,w,g，其中，o、w、g分别代表油、水、气；Rso为溶解汽油比；
Figure BDA0001462722230000077
为聚合物的附加转变压力梯度；SGN为符号函数；BULL为开关函数；t为时间。
传质扩散方程包括：
Figure BDA0001462722230000081
其中，
Figure BDA0001462722230000082
为微分算子；Di为组分i的扩散系数；Φ为各组分的可及孔隙体积；Sw为水相饱和度；Ci为组分i的质量浓度；
Figure BDA0001462722230000083
为达西速度；qi为井产量；V为井所在网格块的体积；fi为水可以接触到的岩石比例；ρR为岩石密度；Cir为岩石表面吸附的组分i的浓度。
本发明实施例包括：基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；基于建立的状态方程对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解以实现聚合物驱渗流模拟。多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。聚合物机械降解数学表征方程用于表征聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性；聚合物动态吸附数学表征方程用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；聚合物堵塞机制数学表征方程用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；聚合物增粘特性数学表征方程用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。通过本发明实施例方案，解决了当前聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。
图1是本发明实施例一提供的一种聚合物驱渗流模拟新方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种聚合物驱渗流模拟新方法的应用实例对应的某区块阶段产油量实际值与模拟值的拟合曲线；
图3是本发明实施例二提供的一种聚合物驱渗流模拟新方法的应用实例对应的某区块综合含水率实际值与模拟值的拟合曲线；
图4是本发明实施例二提供的一种聚合物驱渗流模拟新方法的应用实例对应的某区块采出程度与含水率实际情况与模拟预测结果的对比曲线；
图5是本发明实施例三提供的一种聚合物驱渗流模拟系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种聚合物驱渗流模拟实现方法，如图1所示，该方法可以包括S11-S12：
S11、基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的。
可选地，多个数学表征方程可以包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。
聚合物机械降解数学表征方程，用于表征聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性；
聚合物动态吸附数学表征方程，用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；
聚合物堵塞机制数学表征方程，用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；
聚合物增粘特性数学表征方程，用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。
本发明实施例针对聚合物驱油驱替实验与实际开发过程中新发现的机理和特性，分别建立了数学表征特性方程，包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程、聚合物增粘特性数学表征方程。在此基础上，进一步完善聚合物驱模拟数学模型，在增强数学模型物理意义的同时，更充分地考虑数学表征与浓度、温度、矿化度、剪切的匹配性，建立一种全新的聚合物驱渗流模拟方法。相比于现有技术，本发明解决了现有聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题，使得符合中国油田地质特征和开发特点的聚合物驱渗流模拟方法的针对性和准确性得以实现。
在本发明实施例中，建立渗流过程中聚合物机械降解特性的数学表征方程，即聚合物机械降解数学表征方程具体可以包括：
在目前已有的聚合物流变性导致的剪切降粘的基础上，考虑渗流过程中由于聚合物分子断裂导致粘度永久降低的机械降解特性，建立聚合物机械降解特性与地质因素、流体因素、开发因素的数学关系。把由机械降解导致的粘度降低系数作为一种中间变量在数值模拟中考虑，建立特性方程。
可选地，聚合物机械降解数学表征方程可以包括：
Figure BDA0001462722230000111
由于实际油藏多孔介质中渗流速度的不确定性，因此，将特性方程简化为公式2：
Figure BDA0001462722230000112
其中，μp(L)为L处对应的聚合物粘度(mPa·s)；μw为水的粘度(mPa·s)；μp(0)为初始注入的聚合物粘度(mPa·s)；L为聚合物渗流距离(m)；K为储层渗透率(×10-3μm2)；v为水相渗流速度(m/d)；A、m、n为相关系数。
在本发明实施例中，建立多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性的数学表征方程，即聚合物动态吸附数学表征方程具体可以包括：
在目前已有的聚合物的静态吸附的基础上，考虑驱替实验和实际油田监测中呈现的明显偏离静态吸附特征的、与驱替动态密切相关的动态吸附特性，建立更为完善的吸附模型。
当聚合物浓度小于临界值时，：
可选地，当聚合物浓度小于或等于预设的第一临界值时，吸附遵循常规等温吸附关系式(见公式3)，即聚合物动态吸附数学表征方程可以包括：
Figure BDA0001462722230000113
当聚合物浓度大于所述第一临界值时，吸附遵循完善后的等温吸附关系式(见公式4)，即所述聚合物动态吸附数学表征方程还可以包括：
Figure BDA0001462722230000114
其中，
Figure BDA0001462722230000115
为吸附的聚合物浓度(mg/kg)；Cp为聚合物浓度(mg/L)；Cp0为聚合物临界浓度(mg/kg)，与储层渗透率有关；K为储层渗透率(×10-3μm2)；a、b、d、f、A0、A1、B为相关系数。
在本发明实施例中，建立储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制的数学表征方程，即聚合物堵塞机制数学表征方程具体可以包括：
由于聚合物水动力学分子半径大，以及与固体的相互作用，导致聚合物渗流过程中产生选择性的堵塞。建立聚合物堵塞机制与聚合物浓度、分子量、渗透率等的数学关系，得到描述堵塞过程的特性方程。
可选地，当聚合物吸附浓度小于或等于预设的第二临界值时，没有堵塞作用，聚合物堵塞机制数学表征方程可以包括：
Figure BDA0001462722230000121
当聚合物吸附浓度大于所述第二临界值时，存在堵塞作用，聚合物堵塞机制数学表征方程可以包括：
Figure BDA0001462722230000122
其中，K为储层渗透率(×10-3μm2)；Ke为储层等效渗透率(×10-3μm2)；
Figure BDA0001462722230000123
为吸附的聚合物浓度(mg/kg)；aKd为聚合物临界吸附浓度(mg/kg)，与储层渗透率有关；a、b、d、g、f为相关系数。
在本发明实施例中，建立聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征的数学表征方程，即聚合物增粘特性数学表征方程具体可以包括：
在目前已有的聚合物粘弹性方程的基础上，进一步完善聚合物粘度与浓度、矿化度的匹配性，以便能够模拟疏水缔合聚合物等聚合物驱油过程。完善后的聚合物增粘特性方程见公式7。
可选地，聚合物增粘特性数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000124
其中，Csep＝CNa+betap·CCa，μp为聚合物粘度(mPa·s)；μw为水的粘度(mPa·s)；Cp为聚合物浓度(mg/L)；Cp0为聚合物增粘临界点(mg/L)，高于该值时，聚合物粘度增加幅度更大；Csep为等效阳离子浓度(mg/kg)；CNa为孔隙介质中一价阳离子的浓度(mg/L)；CCa为孔隙介质中二价阳离子的浓度(mg/L)；betap为二价阳离子有效性系数；Ap1、Ap2、Ap3、Ap4、Sp为相关系数。
S12、基于建立的状态方程对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解以实现聚合物驱渗流模拟。
在本发明实施例中，基于上述的数学表征方程实现聚合物驱渗流模拟可以包括步骤S121-S127：
S121、根据实际驱油过程和数值模拟的要求，给出常规聚合物驱遵循的基本条件，具体包括：
1)、油藏中存在油、气、水三相流体渗流，气、油相间存在质量交换，气、水之间不存在质量交换；
2)、油藏中岩石和流体微可压缩；
3)、流体渗流符合达西定律，对非牛顿流体，达西方程中的相粘度为表观粘度；
4)、考虑聚合物的附加转变压力梯度是聚合物浓度的函数；
5)、考虑重力的影响；
6)、考虑聚合物体系对残余油饱和度的影响；
7)、物质的弥散遵循Fick定律，同时考虑机械弥散；
8)、聚合物的吸附为瞬态平衡且不可逆；
9)、地层温度恒定，由化学反应引起的温度变化很小，可忽略不计；聚合物等化学组分与地层不反应；
10)、聚合物、有效盐离子仅存在于水相中，对油相性质没有影响，忽略体系对水相密度的影响；
11)、流体由五个拟组分组成，油相中仅含油，气相中仅含气，水相中含水、聚合物、有效盐离子。
S122、根据质量守恒定律，给出常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程。
在本发明实施例中，由于假设聚合物的存在对油、水、气三相的质量守恒计算影响很小，所以油、水、气三相的组分守恒方程等同于各自的渗流方程。
可选地，连续性方程包括：
油组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000141
水组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000142
Figure BDA0001462722230000143
其中，
Figure BDA0001462722230000144
气组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000145
其中，
Figure BDA0001462722230000146
为微分算子；K为渗透率；Kri为各相的相对渗透率；qi为各相的注入与产出；Si为各相的饱和度；Bi为各相的体积系数；γi为各相的重度；Pi为各相的压力；下标i＝o,w,g，其中，o、w、g分别代表油、水、气；Rso为溶解汽油比；
Figure BDA0001462722230000147
为聚合物的附加转变压力梯度；SGN为符号函数；BULL为开关函数；t为时间。
S123、给出聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程。
假设聚合物体系中所有的化学物质仅在水中传递，水中的每一种化学物质的守恒方程可写为公式11：
Figure BDA0001462722230000148
其中，
Figure BDA0001462722230000151
为微分算子；Di为组分i的扩散系数；Φ为各组分的可及孔隙体积；Sw为水相饱和度；Ci为组分i的质量浓度；
Figure BDA0001462722230000153
为达西速度；qi为井产量；V为井所在网格块的体积；fi为水可以接触到的岩石比例；ρR为岩石密度；Cir为岩石表面吸附的组分i的浓度。
方程左端第一项表示各组分的扩散；第二项反映了各组分的对流；第三项为各组分井区的注入产出；右端第二项表示组分在岩石表面的吸附。
S124、给出常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程，见公式12。
Figure BDA0001462722230000152
可选地，基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程包括：将基于所述多个数学表征方程计算的模拟参数代入状态方程中相应的模拟参数中。
在本发明实施例中，将在步骤S127中进一步介绍聚合物驱遵循的物化参数(即上述的模拟参数)和特性方程。
S125、给出常规聚合物驱遵循的初始条件，见公式13。
Figure BDA0001462722230000161
可选地，在基于多个数学表征方程对聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程进行求解之前，还包括：预先确定常规聚合物驱遵循的初始条件和边界条件。
可选地，初始条件包括(公式13)，公式13式意义是：在t＝0时刻，油相压力为预设的Poi，水相饱和度为预设的Swi，油相饱和度为预设的Soi；
S126、给出常规聚合物驱遵循的边界条件，见公式14。
Figure BDA0001462722230000162
公式14式意义是：边界封闭。
S127、综合考虑聚合物驱已有的和所述新的渗流机理和物理化学现象，给出常规聚合物驱遵循的物化参数和特性方程，包括：聚合物溶液粘度、当量剪切速率、剪切特性参数、聚合物吸附、渗透率下降、不可及孔隙体积、传质扩散，
(1)聚合物溶液的粘度
固定剪切率下，聚合物溶液的粘度是聚合物浓度和溶液电介质浓度的函数，用公式7表示；
剪切降粘方面，聚合物溶液的粘度与剪切率的关系用Meter和Bird方程表示，见公式15：
Figure BDA0001462722230000163
其中，μp为聚合物在某剪切速率下的粘度(mPa·s)；μw为未加入聚合物时水的粘度(mPa·s)；μp0为零剪切速率下聚合物、微凝胶溶液的粘度(mPa·s)；γ1/2p为聚合物溶液粘度在一半时对应的剪切率，该值为定值(s-1)；ppα为聚合物溶液粘度与剪切速率相关系数，对于一定浓度的聚合物，pα为常数。
同时考虑导致粘度永久降低的机械降解，其机理描述特性方程可以用公式2表示。
(2)当量剪切速率
应用平板模型所推导建立的剪切速率计算公式，见公式16：
Figure BDA0001462722230000171
其中，
Figure BDA0001462722230000172
其中，
Figure BDA0001462722230000173
为达西速度向量；
Figure BDA0001462722230000174
为绝对渗透率；Krw为水相相对渗透率；n是幂律指数，它表示偏离牛顿流体的程度，其数值在0～1之间变化。
(3)剪切特性参数
γ1/2和pα与聚合物溶液的浓度有关，假定注入的聚合物为单一品种，γ1/2和pα只是聚合物地下浓度的函数，见公式15。
(4)聚合物吸附
当聚合物浓度小于临界值时，吸附遵循常规等温吸附关系式，用公式3表示；
当聚合物浓度大于临界值时，吸附遵循完善后的等温吸附关系式，用公式4表示。
(5)渗透率下降
聚合物在多孔介质中渗流时，流度降低和流动阻力增加的机理用渗透率降低系数、阻力系数和残余阻力系数衡量。
当聚合物吸附浓度小于临界值时，没有堵塞作用，渗透率降低系数用公式5表示；
当聚合物吸附浓度大于临界值时，堵塞作用存在，渗透率降低系数用公式6表示。
阻力系数定义为水通过多孔介质时的流度与聚合物溶液通过时的流度之比，用公式17表示：
Figure BDA0001462722230000175
残余阻力系数定义为聚合物溶液通过前后水的流度之比，用公式18表示：
Figure BDA0001462722230000181
(6)不可及孔隙体积
由于聚合物不能进入比聚合物更小的孔隙空间，这种不能到达的孔隙空间称为不可及孔隙体积，近似描述数学关系用公式19表示：
IPV＝(φ-φp)/φ (公式19)
其中，IPV为不可及孔隙体积；φ为岩石对水的孔隙度(小数)；φp为岩石对聚合物的孔隙度(小数)。
(7)传质扩散导致的混合
将分子扩散和流动弥散综合考虑，更为完善的模拟微观渗流过程，综合混合系数D，用公式20表示：
Figure BDA0001462722230000182
其中，D为综合混合系数(m2/d)；Dm为分子扩散系数(m2/d)；F为多孔介质迂曲度，无因次；α为扩散常数(m)；vw为水相流动速度(m/d)。
本实施例针对聚合物驱油驱替实验与实际开发过程中新发现的机理和特性，分别建立了数学表征特性方程。在此基础上，进一步完善聚合物驱模拟数学模型，更加充分地考虑数学表征与浓度、温度、矿化度、剪切的匹配性，建立了一种全新的聚合物驱渗流模拟方法。解决了现有聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题。
实施例二
为了实施例一提供的一种聚合物驱渗流模拟新方法的应用效果有更直观的理解，利用上述方法编制了对应的计算程序，以国内某聚合物驱试验区典型参数为基础，计算了聚合物吸附、剪切降解、机械弥散的影响规律。
本实施例中，某聚合物驱试验区典型地质参数如表1所示。
本实施例中，某聚合物驱试验区典型物性参数如表2所示。
本实施例中，某聚合物驱试验区典型动态参数如表3所示。
本实施例中，考虑和不考虑聚合物吸附时某聚合物驱试验区水驱采出程度和含水率曲线如图2所示。其中，上方深色曲线表示存在吸附对应含水的情况，上方浅色曲线表示不存在吸附对应含水的情况；下方深色曲线表示存在吸附对应采出程度，下方浅色曲线表示不存在吸附对应采出程度。
本实施例中，考虑和不考虑聚合物剪切降解时某聚合物驱试验区水驱采出程度和含水率曲线如图3所示。其中，上方深色曲线表示存在降解对应含水的情况，上方浅色曲线表示不存在降解对应含水的情况；下方深色曲线表示存在降解对应采出程度，下方浅色曲线表示不存在降解对应采出程度。
本实施例中，考虑和不考虑聚合物机械弥散时某聚合物驱试验区水驱采出程度和含水率曲线如图4所示。其中，上方深色曲线表示存在弥散对应含水的情况，上方浅色曲线表示不存在弥散对应含水的情况；下方深色曲线表示存在弥散对应采出程度，下方浅色曲线表示不存在弥散对应采出程度。
表1
油藏长宽厚，m 300m×300m×4m
储层孔隙度，f 0.25
储层渗透率，×10-3μ㎡ 100,800
Kv/Kh 0.35
原始含油饱和度，f 0.65
井网形式 一注一采1/4五点井网
隔层特征 无隔层
网格划分 10×10×2
表2
Figure BDA0001462722230000191
Figure BDA0001462722230000201
表3
注水PV 0.24
注聚PV 0.12
后续水驱，PV 1.08
实施例三
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种聚合物驱渗流模拟实现系统1，需要说明的是，上述的方法实施例中的任意实施例均适用于本发明的系统实施例中，在此不再一一赘述。如图5所示，该系统包括：构建模块11和模拟模块12；
构建模块11，用于基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；
模拟模块12，用于基于建立的状态方程对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解以实现聚合物驱渗流模拟。
可选地，多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。
聚合物机械降解数学表征方程，用于表征聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性；
聚合物动态吸附数学表征方程，用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；
聚合物堵塞机制数学表征方程，用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；
聚合物增粘特性数学表征方程，用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。
可选地，聚合物机械降解数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000211
其中，μp(L)为L处对应的聚合物粘度；μw为水的粘度；μp(0)为初始注入的聚合物粘度；L为聚合物渗流距离；K为储层渗透率；v为水相渗流速度，m/d；A、m、n为相关系数。
可选地，当聚合物浓度小于或等于预设的第一临界值时，聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000221
当聚合物浓度大于所述第一临界值时，聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000222
其中，
Figure BDA0001462722230000223
为吸附的聚合物浓度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物临界浓度；K为储层渗透率；a、b、d、f、A0、A1、B为相关系数。
可选地，当聚合物吸附浓度小于或等于预设的第二临界值时，聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000224
当聚合物吸附浓度大于所述第二临界值时，聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000225
其中，K为储层渗透率；Ke为储层等效渗透率；；aKd为聚合物临界吸附浓度；a、b、d、g、f为相关系数。
可选地，聚合物增粘特性数学表征方程包括：
Figure BDA0001462722230000226
其中，Csep＝CNa+betap·CCa，μp为聚合物粘度；μw为水的粘度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物增粘临界点；Csep为等效阳离子浓度；CNa为孔隙介质中一价阳离子的浓度；CCa为孔隙介质中二价阳离子的浓度；betap为二价阳离子有效性系数；Ap1、Ap2、Ap3、Ap4、Sp为相关系数。
可选地，构建模块11基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程包括：将基于多个数学表征方程计算的模拟参数代入所述状态方程中相应的模拟参数中。
可选地，在模拟模块12基于多个数学表征方程对聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程进行求解之前，模拟模块12还用于：预先确定常规聚合物驱遵循的初始条件和边界条件。
可选地，初始条件包括：在t＝0时刻，油相压力为预设的Poi，水相饱和度为预设的Swi，油相饱和度为预设的Soi；
边界条件包括：
Figure BDA0001462722230000231
可选地，连续性方程包括：
油组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000232
水组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000233
其中，
Figure BDA0001462722230000234
气组分的渗流方程：
Figure BDA0001462722230000235
其中，
Figure BDA0001462722230000236
为微分算子；K为渗透率；Kri为各相的相对渗透率；qi为各相的注入与产出；Si为各相的饱和度；Bi为各相的体积系数；γi为各相的重度；Pi为各相的压力；下标i＝o,w,g，其中，o、w、g分别代表油、水、气；Rso为溶解汽油比；
Figure BDA0001462722230000237
为聚合物的附加转变压力梯度；SGN为符号函数；BULL为开关函数；t为时间。
传质扩散方程包括：
Figure BDA0001462722230000241
其中，
Figure BDA0001462722230000242
为微分算子；Di为组分i的扩散系数；Φ为各组分的可及孔隙体积；Sw为水相饱和度；Ci为组分i的质量浓度；
Figure BDA0001462722230000243
为达西速度；qi为井产量；V为井所在网格块的体积；fi为水可以接触到的岩石比例；ρR为岩石密度；Cir为岩石表面吸附的组分i的浓度。
本发明实施例包括：基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；基于建立的状态方程对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解以实现聚合物驱渗流模拟。多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程。聚合物机械降解数学表征方程用于表征聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性；聚合物动态吸附数学表征方程用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；聚合物堵塞机制数学表征方程用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；聚合物增粘特性数学表征方程用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。通过本发明实施例方案，解决了当前聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题。
借助于上述技术方案，本发明针对聚合物驱油驱替实验与实际开发过程中新发现的机理和特性，分别建立了数学表征特性方程，包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程、聚合物增粘特性数学表征方程。在此基础上，进一步完善聚合物驱模拟数学模型，在增强数学模型物理意义的同时，更加充分地考虑数学表征与浓度、温度、矿化度、剪切的匹配性，建立一种全新的聚合物驱渗流模拟方法。相比于现有技术，本发明解决了现有聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题，使得符合中国油田地质特征和开发特点的聚合物驱渗流模拟方法的针对性和准确性得以实现。
本发明实施例的研究适用于我国地质特征和开发特点的聚合物驱数值模拟方法和技术，不但需要与沉积地质特点结合，使数学模型具有更强的物理意义；同时，需要具有更好的机理模拟功能。因此，根据理论研究进展和现场开发特征分析，在进一步完善现有聚合物驱模拟软件未能充分考虑的渗流机理的基础上，建立新机理的数学表征特性方程。在增强数学模型物理意义的同时，更加充分地考虑数学表征与浓度、温度、矿化度、剪切的匹配性，建立一种全新的聚合物驱渗流模拟方法。对推动我国聚合物驱模拟方法和技术的发展，提高数值模拟预测结果的针对性和准确性具有重要的现实意义。
本发明结构简单，本发明解决了现有聚合物驱模拟方法对部分重要聚合物驱渗流机理描述不全，不能满足现场应用的需求，部分区块模拟结果的可用性、针对性和准确性受限的问题，使得符合中国油田地质特征和开发特点的聚合物驱渗流模拟方法的针对性和准确性得以实现。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，所述方法包括：
基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，所述多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；
基于建立的所述状态方程，对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程，以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解，以实现聚合物驱渗流模拟；
其中，所述多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程；
所述聚合物机械降解数学表征方程，用于表征所述聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性，其中，所述聚合物机械降解数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000011
其中，μp(L)为L处对应的聚合物粘度；μw为水的粘度；μp(0)为初始注入的聚合物粘度；L为聚合物渗流距离；K为储层渗透率；v为水相渗流速度，m/d；A、m、n为相关系数；
所述聚合物动态吸附数学表征方程，用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；
所述聚合物堵塞机制数学表征方程，用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；
所述聚合物增粘特性数学表征方程，用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。
2.根据权利要求1所述的聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，
当聚合物浓度小于或等于预设的第一临界值时，所述聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000021
当聚合物浓度大于所述第一临界值时，所述聚合物动态吸附数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000022
其中，
Figure FDA0002813078110000023
为吸附的聚合物浓度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物临界浓度；K为储层渗透率；a、b、d、f、A0、A1、B为相关系数。
3.根据权利要求2所述的聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，
当聚合物吸附浓度小于或等于预设的第二临界值时，所述聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000024
当聚合物吸附浓度大于所述第二临界值时，所述聚合物堵塞机制数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000025
其中，K为储层渗透率；Ke为储层等效渗透率； aKd为聚合物临界吸附浓度；a、b、d、g、f为相关系数。
4.根据权利要求1所述的聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，所述聚合物增粘特性数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000026
其中，Csep＝CNa+betap·CCa，μp为聚合物粘度；μw为水的粘度；Cp为聚合物浓度；Cp0为聚合物增粘临界点；Csep为等效阳离子浓度；CNa为孔隙介质中一价阳离子的浓度；CCa为孔隙介质中二价阳离子的浓度；betap为二价阳离子有效性系数；Ap1、Ap2、Ap3、Ap4、Sp为相关系数。
5.根据权利要求1所述的聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程包括：将基于所述多个数学表征方程计算的模拟参数代入所述状态方程中相应的模拟参数中。
6.根据权利要求1所述的聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，在基于所述多个数学表征方程对聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程进行求解之前，还包括：预先确定常规聚合物驱遵循的初始条件和边界条件；
所述初始条件包括：在t＝0时刻，油相压力为预设的Poi，水相饱和度为预设的Swi，油相饱和度为预设的Soi；
所述边界条件包括：
Figure FDA0002813078110000031
7.根据权利要求1所述的聚合物驱渗流模拟实现方法，其特征在于，所述连续性方程包括：
油组分的渗流方程：
Figure FDA0002813078110000032
水组分的渗流方程：
Figure FDA0002813078110000033
其中，
Figure FDA0002813078110000034
气组分的渗流方程：
Figure FDA0002813078110000035
其中，
Figure FDA0002813078110000036
为微分算子；K为渗透率；Kri为各相的相对渗透率；qi为各相的注入与产出；Si为各相的饱和度；Bi为各相的体积系数；γi为各相的重度；Pi为各相的压力；下标i＝o,w,g，其中，o、w、g分别代表油、水、气；Rso为溶解汽油比；
Figure FDA0002813078110000037
为聚合物的附加转变压力梯度；SGN为符号函数；BULL为开关函数；t为时间；
所述传质扩散方程包括：
Figure FDA0002813078110000038
其中，
Figure FDA0002813078110000041
为微分算子；Di为组分i的扩散系数；Φ为各组分的可及孔隙体积；Sw为水相饱和度；Ci为组分i的质量浓度；
Figure FDA0002813078110000042
为达西速度；qi为井产量；V为井所在网格块的体积；fi为水可以接触到的岩石比例；ρR为岩石密度；Cir为岩石表面吸附的组分i的浓度。
8.一种聚合物驱渗流模拟实现系统，其特征在于，所述系统包括：构建模块和模拟模块；
所述构建模块，用于基于预先建立的多个数学表征方程获取聚合物驱遵循的油、水、气三相的状态方程；其中，所述多个数学表征方程是根据聚合物在渗流过程中的多种特性分别建立的；
所述模拟模块，用于基于建立的所述状态方程，对预设的常规聚合物驱遵循的油、水、气三相的连续性方程，以及聚合物体系中的化学物质在水中传递时的传质扩散方程进行求解，以实现聚合物驱渗流模拟；
其中，所述多个数学表征方程包括：聚合物机械降解数学表征方程、聚合物动态吸附数学表征方程、聚合物堵塞机制数学表征方程和聚合物增粘特性数学表征方程；
所述聚合物机械降解数学表征方程，用于表征所述聚合物驱在渗流过程中聚合物机械降解特性，其中，所述聚合物机械降解数学表征方程包括：
Figure FDA0002813078110000043
其中，μp(L)为L处对应的聚合物粘度；μw为水的粘度；μp(0)为初始注入的聚合物粘度；L为聚合物渗流距离；K为储层渗透率；v为水相渗流速度，m/d；A、m、n为相关系数；
所述聚合物动态吸附数学表征方程，用于表征多孔介质渗流过程中聚合物动态吸附特性；
所述聚合物堵塞机制数学表征方程，用于表征储层有效渗透率降低和聚合物堵塞机制；
所述聚合物增粘特性数学表征方程，用于表征聚合物粘弹性在驱油过程中的表现特征。
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