CN112012728B - 一种聚合物在储层隙间流速的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，具体步骤为：步骤一，对任意开展聚合物驱的油藏，采集数据开展聚合物流变性实验，测试不同浓度、不同剪切速率下聚合物溶液的粘度；步骤二，给定聚合物溶液浓度条件下，建立剪切速率与聚合物溶液粘度的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；步骤三，通过步骤二得到的幂律指数确定Rabinowitsch校正系数，将Rabinowitsch校正系数代入剪切速率与隙间流速的关系式，生成给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式；本发明建立了聚合物溶液粘度与储层隙间流速的转换方法，聚合物溶液粘度与储层隙间流速关系数据是聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测必不可少的重要依据。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种聚合物在储层隙间流速的确定方法。
背景技术
聚合物溶液的流变性是聚合物驱所涉及的一个重要基础领域。由于聚合物溶液在油层孔隙介质中的流动行为及其传输性质受其本身流变性质制约，因而聚合物溶液的流变参数是矿场聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测必不可少的重要依据。
在低流速下,聚合物的相对分子质量越大，溶液浓度越高,聚合物驱阻力系数越大；在高流速下,受相对分子质量、聚合物溶液浓度、注入速度的综合影响,且不同的聚合物溶液表现出不同的特征。
通常，聚合物流变性实验得到的是剪切速率与粘度之间的关系，部分ECLIPSE数值模拟软件需要输入流速与粘度之间的关系，即使目前的关键字支持剪切速率直接输入，也没有零剪切粘度计算和剪切变稠方面的考虑。
目前，CMG化学驱数值模拟部分可实现流变性实验数据的直接输入，但是在不同油藏，特别是低渗透油藏，用不同岩心驱替实验得出的阻力系数和残余阻力系数，不可及孔隙体积等数据需要同剪切速率和流速转化数据相统一。
数值模拟软件提供了相对简单的实验数据输入方式，但仍然需要找到一种便捷的聚合物在储层中隙间流速方法，有助于给数值模拟软件更加精确的数据，从而使得结果更加准确。
发明内容
为了克服现有不能精确的确定聚合物在储层中隙间流速，从而导致后续矿场聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测出现偏差的问题，本发明提供一种聚合物在储层中隙间流速的确定方法，本发明便捷且易掌握，将剪切速率转化为地层中的流速；确定不同浓度聚合物的零剪切粘度，流速与粘度之间的关系数据，可直接用于输入ECLIPSE数值模拟软件进行化学驱数值模拟，有助于给数值模拟软件更加精确的数据，从而使得结果更加准确。
本发明采用的技术方案是：
一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，具体步骤为：
步骤一，对任意开展聚合物驱的油藏，采集数据开展聚合物流变性实验，测试不同浓度、不同剪切速率下聚合物溶液的粘度；
步骤二，给定聚合物溶液浓度条件下，建立剪切速率与聚合物溶液粘度的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；
步骤三，通过步骤二得到的幂律指数确定Rabinowitsch校正系数，将Rabinowitsch校正系数代入剪切速率与隙间流速的关系式，生成给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式；
步骤四，在步骤三中生成的给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式中输入开展聚合物驱的油藏的平均孔隙度、渗透率，确定给定浓度的聚合物溶液在不同剪切速率条件下对应的隙间流速；
步骤五，通过规划求解方法对步骤四中的实验数据进行拟合，确定给定浓度聚合物在零剪切速率条件下所对应的粘度；
步骤六，重复步骤五，得出不同浓度下聚合物溶液在油藏物性条件下的隙间流速与粘度的对应关系数据；
步骤七，将步骤六得到的隙间流速与粘度的对应关系，输入化学驱数值模型，进行后续矿场聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测。
所述的步骤二中，采用表格软件中建立剪切速率与粘度数据的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；表格软件可为excel或WPS。
所述的步骤二中，幂率指数的确定，具体方法为：
聚合物水溶液倾向于牛顿流体行为时，即溶液粘度与剪切速率无关；聚合物溶液呈假塑性或剪切变稀行为时，这种状态下采用幂律模型来描述：
式(1)中：
γ——剪切应力,mPa
K——稠度系数,mPa.sn
——剪切速率，s-1
n——幂律指数或流动行为指数，无因次由于粘度是剪切应力除以剪切速率，那么幂律流体的粘度则为：
式(2)中：η——粘度，mPa.s或cP
通过测定不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，采用上述指数函数拟合曲线可求得幂律指数；
实际操作中，用目标油藏地层水配制给定浓度的聚合物溶液，在固定温度条件下，测定不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，用幂律模式拟合粘剪曲线，可求得幂律指数n。
所述的步骤四中，储层隙间流速的确定方法为：
为了估算非牛顿流体在孔隙介质中流动时的平均剪切速率，在最为通用的表达式中，把孔隙体系模拟为具有相同半径和长度的毛细管束，因而:
式(3)中:r为等效毛细管半径，cm；φ是孔隙度；K为聚合物流动前水的渗透率,cm2；
把毛细管壁处的剪切速率取作将式(3)代人替代r,并对幂律流体应用非牛顿校正，将孔隙介质内的剪切速率可改写为：
式中:
——剪切速率，s-1；/>--隙间流速，cm/s；；(3n+1)/4n--Rabinowitsch校正系数；幂律流动行为指数n是无因次的。
参照式(4)可将剪切速率转变为ECLIPSE数值模拟软件中要求输入的流速
根据式(4)要求，我们需用通过聚合物溶液流变性实验，得出剪切速率与粘度之间的关系，拟合求出幂率指数，进而计算Rabinowitsch校正系数；通过在式(4)中代入储层孔隙度和渗透率，确定出该聚合物在储层的隙间流速。
所述的步骤五中，零剪切粘度的确定方法为：
聚合物溶液的流变性试验所对应的数理方程是Meter模式：
式中：
μp-------剪切速率为时聚合物溶液的粘度，mPa.s
μw-------剪切速率为时水的粘度，mPa.s
-------剪切速率，s-1
μ0-------零剪切粘度，mPa.s
μ∞-------无限剪切粘度，mPa.s
pα-------指数系数
-------μ0和μ∞平均值所对应的剪切速率
令：
Meter模式可转化为一元线性方程y＝a+bx的形式，对于该形式的数学模型依照最小二乘法原理应有：
根据目标油藏流体性质，近似取值无限剪切粘度和水的粘度，应用表格软件中的规划求解方法对实验数据进行拟合，设置零剪切粘度为自变量，设置式(8)中的Q为目标值，在目标值Q尽可能接近于0的条件下，求得零剪切粘度。
所述的步骤一中，采集的数据至少包括地层水矿化度、油藏温度、平均孔隙度和渗透率。
所述的步骤一中，在地层水矿化度和油藏温度条件下配制聚合物溶液。
本发明的有益效果为：
本发明便捷且易掌握，将剪切速率转化为地层中的流速；确定不同浓度聚合物的零剪切粘度，流速与粘度之间的关系数据，可直接用于输入ECLIPSE数值模拟软件进行化学驱数值模拟，有助于给数值模拟软件更加精确的数据，从而使得结果更加准确。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为给定浓度聚合物粘度与剪切速率的关系曲线及幂率指数的拟合求取。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有不能精确的确定聚合物在储层中隙间流速，从而导致后续矿场聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测出现偏差的问题，本发明提供如图1所示的一种聚合物在储层中隙间流速的确定方法，本发明便捷且易掌握，将剪切速率转化为地层中的流速；确定不同浓度聚合物的零剪切粘度，流速与粘度之间的关系数据，可直接用于输入ECLIPSE数值模拟软件进行化学驱数值模拟，有助于给数值模拟软件更加精确的数据，从而使得结果更加准确。
一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，具体步骤为：
步骤一，对任意开展聚合物驱的油藏，采集数据开展聚合物流变性实验，测试不同浓度、不同剪切速率下聚合物溶液的粘度；
步骤二，给定聚合物溶液浓度条件下，建立剪切速率与聚合物溶液粘度的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；
步骤三，通过步骤二得到的幂律指数确定Rabinowitsch校正系数，将Rabinowitsch校正系数代入剪切速率与隙间流速的关系式，生成给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式；
步骤四，在步骤三中生成的给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式中输入开展聚合物驱的油藏的平均孔隙度、渗透率，确定给定浓度的聚合物溶液在不同剪切速率条件下对应的隙间流速；
步骤五，通过规划求解方法对步骤四中的实验数据进行拟合，确定给定浓度聚合物在零剪切速率条件下所对应的粘度；
步骤六，重复步骤五，得出不同浓度下聚合物溶液在油藏物性条件下的隙间流速与粘度的对应关系数据；
步骤七，将步骤六得到的隙间流速与粘度的对应关系，输入化学驱数值模型，进行后续矿场聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测。
本发明的目的是提供一种聚合物在储层中隙间流速的确定方法，针对于目前室内试验给出一般是剪切速率与粘度之间的关系，将剪切速率转化为地层中的流速，同时计算不同浓度聚合物的零剪切粘度，可直接用于输入数值模拟软件进行模拟，同时便于油藏工程计算。
本发明建立了聚合物溶液粘度与储层隙间流速的转换方法，聚合物溶液粘度与储层隙间流速关系数据是聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测必不可少的重要依据。
实施例2：
基于实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述的步骤二中，采用表格软件中建立剪切速率与粘度数据的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；表格软件可为excel或WPS。
优选地，所述的步骤二中，幂率指数的确定，具体方法为：
聚合物溶液的流变性是相当复杂的，聚合物水溶液倾向于牛顿流体行为时，即溶液粘度与剪切速率无关；聚合物溶液呈假塑性或剪切变稀行为时，这种状态下采用幂律模型来描述：
式(1)中：
γ——剪切应力,mPa
K——稠度系数,mPa.sn
——剪切速率，s-1
n——幂律指数或流动行为指数，无因次由于粘度是剪切应力除以剪切速率，那么幂律流体的粘度则为：
式(2)中：η——粘度，mPa.s或cP
通过测定不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，采用上述指数函数拟合曲线可求得幂律指数；
实际操作中，用目标油藏地层水配制给定浓度的聚合物溶液，在固定温度条件下，测定不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，用幂律模式拟合粘剪曲线，可求得幂律指数n。
优选地，所述的步骤四中，储层隙间流速的确定方法为：
为了估算非牛顿流体在孔隙介质中流动时的平均剪切速率，在最为通用的表达式中，把孔隙体系模拟为具有相同半径和长度的毛细管束，因而:
式(3)中:r为等效毛细管半径，cm；φ是孔隙度；K为聚合物流动前水的渗透率,cm2(1cm2＝1011mD)；
把毛细管壁处的剪切速率取作将式(3)代人替代r,并对幂律流体应用非牛顿校正，Jenning等人给出的孔隙介质内的剪切速率可改写为：
式中:
——剪切速率，s-1；/>--隙间流速，cm/s；；(3n+1)/4n--Rabinowitsch校正系数；幂律流动行为指数n是无因次的。
参照式(4)可将剪切速率转变为ECLIPSE数值模拟软件中要求输入的流速
根据式(4)要求，我们需用通过聚合物溶液流变性实验，得出剪切速率与粘度之间的关系，拟合求出幂率指数，进而计算Rabinowitsch校正系数；通过在式(4)中代入储层孔隙度和渗透率，确定出该聚合物在储层的隙间流速。
优选地，所述的步骤五中，零剪切粘度的确定方法为：
数值模拟计算需要的剪切数据需要从零开始，零剪切粘度实验数据无法得到，必须通过拟合才能得到。
聚合物溶液的流变性试验所对应的数理方程是Meter模式：
式中：
μp-------剪切速率为时聚合物溶液的粘度，mPa.s
μw-------剪切速率为时水的粘度，mPa.s
-------剪切速率，s-1
μ0-------零剪切粘度，mPa.s
μ∞-------无限剪切粘度，mPa.s
pα-------指数系数(实验确定)
-------μ0和μ∞平均值所对应的剪切速率(实验确定)
令：
Meter模式可转化为一元线性方程y＝a+bx的形式，对于该形式的数学模型依照最小二乘法原理应有：
根据目标油藏流体性质，近似取值无限剪切粘度和水的粘度，应用表格软件中的规划求解方法对实验数据进行拟合，设置零剪切粘度为自变量，设置式(8)中的Q为目标值，在目标值Q尽可能接近于0的条件下，求得零剪切粘度。
优选地，所述的步骤一中，采集的数据至少包括地层水矿化度、油藏温度、平均孔隙度和渗透率。
优选地，所述的步骤一中，在地层水矿化度和油藏温度条件下配制聚合物溶液。
本发明可为在低渗透油藏化学驱时不同粘度聚合物在储层中隙间流速的确定方法。利用建立剪切速率与储层隙间流速的关系式，利用Meter幂率模式中的幂率指数，通过Rabinowitsch校正系数校正非牛顿流体，将Jenning给出的孔隙介质内的剪切速率可改写为隙间流速，得出不同浓度、不同隙间流速下聚合物溶液的粘度，直接输入ECLIPSE数值模拟软件进行模拟计算。
实施例3：
基于实施例1或2的基础上，本实施例中对油藏A进行一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，具体过程为：
步骤1、流变性实验
用模拟目标油藏A矿化度的地层水配制不同浓度的聚合物溶液，完全溶解后用布氏粘度计分别在目标油藏A温度下测定不同剪切速率下的溶液粘度。转子：0号；转速：0.3～30rpm，参见附表1。
步骤2、计算幂率指数
选取配制浓度为1500mg/L聚合物溶液在油藏A温度条件下测定的不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，用幂律模式的式(2)公式拟合粘剪曲线，求得幂率指数n为0.6564，参见图1。
步骤3、计算隙间流速
步骤2求得油藏A条件下，聚合物浓度为1500mg/L时，幂律流动行为指数n为0.6564，实验用岩心φ＝13.9％，水测渗透率k＝3.56×10-3μm2,参数代入式(3)公式，得到不同剪切速率对应的隙间流速值，参见附表2。
步骤4、零剪切粘度
油藏A条件下，近似取无限剪切粘度值为地层水的粘度0.5mPa.s，忽略剪切速率对地层水的粘度影响，近似取地层水水在不同剪切速率的下的粘度为0.5mPa.s。选择1500mg/L浓度条件下实验数据，初设零剪切粘度为35mPa.s，应用“规划求解”方法对实验数据进行拟合，设置零剪切粘度为自变量，设置式(8)中的Q为目标值，求得最终的1500浓度条件下的零剪切粘度为53.632mPa.s，进而得到1500mg/L聚合物隙间流速与粘度关系，参见附表3。
步骤5、不同流速与粘度数据
重复步骤4，计算出不同浓度聚合物溶液的零剪切粘度，参见附表4。进而得到在计算出不同浓度聚合物溶液隙间流速与粘度的关系。
表1油藏A条件下不同剪切速率下聚合物粘浓关系
表2 1500mg/L浓度聚合物剪切速率与隙间流速对照表
表3 1500mg/L浓度聚合物隙间流速与粘度对照表
表4油藏A条件下不同剪切速率下聚合物粘浓关系
以上举例仅是对本发明的说明，并不构成保护范围限制，凡是与本发明相同或似的设计均属于发明保护范围之内。实施例没有详细叙述的方法步骤及实验过程均属于本行业公知常用或手段，这里将不再一一叙述。
Claims (7)
1.一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤一，对任意开展聚合物驱的油藏，采集数据开展聚合物流变性实验，测试不同浓度、不同剪切速率下聚合物溶液的粘度；
步骤二，给定聚合物溶液浓度条件下，建立剪切速率与聚合物溶液粘度的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；
步骤三，通过步骤二得到的幂律指数确定Rabinowitsch校正系数，将Rabinowitsch校正系数代入剪切速率与隙间流速的关系式，生成给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式；
步骤四，在步骤三中生成的给定浓度的聚合物溶液的隙间流速公式中输入开展聚合物驱的油藏的平均孔隙度、渗透率，确定给定浓度的聚合物溶液在不同剪切速率条件下对应的隙间流速；
步骤五，通过规划求解方法对步骤四中的实验数据进行拟合，确定给定浓度聚合物在零剪切速率条件下所对应的粘度；
步骤六，重复步骤五，得出不同浓度下聚合物溶液在油藏物性条件下的隙间流速与粘度的对应关系数据；
步骤七，将步骤六得到的隙间流速与粘度的对应关系，输入化学驱数值模型，进行后续矿场聚合物驱工程设计和数值模拟动态预测。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：所述的步骤二中，采用表格软件中建立剪切速率与粘度数据的散点图，采用幂率模式拟合粘度和剪切速率数据，求出幂律指数；表格软件为excel或WPS。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：所述的步骤二中，幂率指数的确定，具体方法为：
聚合物水溶液倾向于牛顿流体行为时，即溶液粘度与剪切速率无关；聚合物溶液呈假塑性或剪切变稀行为时，这种状态下采用幂律模型来描述：
（1）
式（1）中：
γ——剪切应力,mPa
K——稠度系数,mPa.sn
——剪切速率，s-1
n——幂律指数或流动行为指数，无因次
由于粘度是剪切应力除以剪切速率，那么幂律流体的粘度则为：
（2）
式（2）中：η——粘度，mPa.s 或 cP
通过测定不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，形成指数函数拟合曲线并求得幂律指数；
实际操作中，用目标油藏地层水配制给定浓度的聚合物溶液，在固定温度条件下，测定不同剪切速率下聚合物溶液的粘度，用幂律模式拟合粘剪曲线，可求得幂律指数n。
4.根据权利要求1所述的一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：所述的步骤一中，采集的数据至少包括地层水矿化度、油藏温度、平均孔隙度和渗透率。
5.根据权利要求1所述的一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：所述的步骤四中，储层隙间流速的确定方法为：
为了估算非牛顿流体在孔隙介质中流动时的平均剪切速率，在最为通用的表达式中，把孔隙体系模拟为具有相同半径和长度的毛细管束，因而:
（3）
式（3）中:r为等效毛细管半径，cm；φ是孔隙度；K为聚合物流动前水的渗透率,cm2；
把毛细管壁处的剪切速率取作，将式（3）代入替代r,并对幂律流体应用非牛顿校正，将孔隙介质内的剪切速率可改写为：
（4）
式中:
—— 剪切速率，s-1；/>--隙间流速， cm/s；(3n+1) /4n-- Rabinowitsch校正系数；幂律流动行为指数n是无因次的；
参照式（4）可将剪切速率转变为ECLIPSE数值模拟软件中要求输入的流速；
根据式（4）要求，我们需用通过聚合物溶液流变性实验，得出剪切速率与粘度之间的关系，拟合求出幂率指数，进而计算Rabinowitsch校正系数；通过在式（4）中代入储层孔隙度和渗透率，确定出该聚合物在储层的隙间流速。
6.根据权利要求1所述的一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：所述的步骤五中，零剪切粘度的确定方法为：
聚合物溶液的流变性试验所对应的数理方程是Meter模式：
（5）
式中：
μ p------- 剪切速率为时聚合物溶液的粘度，mPa.s
μ w ------- 剪切速率为时水的粘度，mPa.s
------- 剪切速率，s-1
μ 0 ------- 零剪切粘度，mPa.s
μ ∞------- 无限剪切粘度，mPa.s
p α ------- 指数系数
-------μ 0和μ ∞平均值所对应的剪切速率
令：（6）
（7）
Meter模式可转化为一元线性方程y=a+bx的形式，对于该形式的数学模型依照最小二乘法原理应有：
（8）
（9）
根据目标油藏流体性质，近似取值无限剪切粘度和水的粘度，应用表格软件中的规划求解方法对实验数据进行拟合，设置零剪切粘度为自变量，设置式（8）中的Q为目标值，在目标值Q尽可能接近于0的条件下，求得零剪切粘度。
7.根据权利要求1所述的一种聚合物在储层隙间流速的确定方法，其特征在于：所述的步骤一中，在地层水矿化度和油藏温度条件下配制聚合物溶液。
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