調(diào)驅(qū)作為一種先進(jìn)的二次采油技術(shù)，主要是在油 層深部實(shí)現(xiàn)調(diào)驅(qū)功能，其技術(shù)關(guān)鍵在于調(diào)驅(qū)劑能否準(zhǔn) 確地注人地層深部指定位置[1_3]?？蓜?dòng)凝膠是目前常 用的深部調(diào)驅(qū)劑，但由于其施工工藝復(fù)雜、地層成膠條 件難以控制、溫度和礦化度適用范圍窄等缺點(diǎn)，限制了 其應(yīng)用[4_8]。為此，研制了聚丙烯酰胺反相乳液深部調(diào) 驅(qū)體系，它可以在地層指定位置發(fā)生轉(zhuǎn)相，吸水后膨脹 并堵塞大孔道，實(shí)現(xiàn)調(diào)剖和深部液流轉(zhuǎn)向作用。另一 方面，當(dāng)體系前后壓差達(dá)到一定值時(shí)，可以向前蠕動(dòng)， 達(dá)到驅(qū)油的目的。因此，聚丙烯酰胺反相乳液深部調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，該體系具有調(diào)剖和驅(qū)油的雙 重機(jī)理。筆者針對(duì)聚丙烯酰胺反相乳液的性能特點(diǎn)和 調(diào)驅(qū)機(jī)理，建立了反映其滲流特征的數(shù)學(xué)模型，編制了 相應(yīng)的數(shù)值模擬器，將其用于勝利油田孤島采油廠中 二南Ng34調(diào)驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)中，取得了較好的效果。

1反相乳液調(diào)驅(qū)體系

聚丙烯酰胺反相乳液是一種油包水乳液，油為連續(xù) 相，分散相親水，主要含有聚丙烯酰胺和交聯(lián)劑（圖1)。

分散相和連續(xù)相之間為表面活性劑構(gòu)成的界面膜，因 此在常溫下乳液是穩(wěn)定的。注人地層時(shí)，由于受油相 保護(hù)，乳膠粒子中的聚丙烯酰胺和交聯(lián)劑不會(huì)被地層

吸附，即兩者的比例不變，在到達(dá)地層指定位置前不會(huì) 發(fā)生轉(zhuǎn)相破乳。這樣可以控制交聯(lián)時(shí)間和凝膠強(qiáng)度， 并在指定位置實(shí)現(xiàn)調(diào)驅(qū)。同時(shí)，調(diào)驅(qū)體系內(nèi)聚丙烯酰 胺含量可達(dá)25%以上，且轉(zhuǎn)相后乳液具有溶解速度 快、溶解時(shí)間小于20 min、運(yùn)輸成本低及施工時(shí)無需特 殊分散設(shè)備等特點(diǎn),容易廣泛推廣應(yīng)用。

2反相乳液體系調(diào)驅(qū)機(jī)理

從驅(qū)替實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和轉(zhuǎn)相交聯(lián)后反相聚合物乳液的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，反相聚合物乳液的調(diào)驅(qū)機(jī)理是“凝膠蠕 蟲”機(jī)理，如圖2所示。

在施工注人階段，反相乳液在油相的保護(hù)下，乳膠 粒子不連續(xù)地進(jìn)人地層大孔道。在適宜的溫度和地層 水礦化度條件下，通過轉(zhuǎn)相劑的作用發(fā)生轉(zhuǎn)相破乳，釋 放出聚丙烯酰胺和交聯(lián)劑，進(jìn)而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。交聯(lián) 生成的凝膠顆粒體系具有很強(qiáng)的吸水膨脹能力，膨脹 后堵塞地層大孔道或高滲透條帶，迫使后續(xù)注入的驅(qū) 替液轉(zhuǎn)向到剩余油相對(duì)富集的中、低滲透區(qū)，通過調(diào)剖 和深部液流轉(zhuǎn)向作用擴(kuò)大了波及系數(shù)。另一方面，由 于凝膠顆粒在地層孔道中像“蠕蟲”一樣分布，當(dāng)體系 前后壓差達(dá)到其變形的極限壓差值時(shí)，產(chǎn)生“蠕動(dòng)變 形”，從而驅(qū)動(dòng)孔壁（道）中的剩余油向生產(chǎn)井運(yùn)移，達(dá) 的效果。I 調(diào)剖和驅(qū)油的雙重機(jī)理。

3反相乳液體系滲流數(shù)學(xué)模型[^]

基本假設(shè)條件為:①流體等溫滲流，滿足廣義達(dá)西 定律;②油水相對(duì)滲透率關(guān)系不隨水相中組分的變化 而變化，聚合物或凝膠體系只降低水相滲透率;③聚合 物和交聯(lián)劑組分以及各種離子只存在于水相中；④油 藏等溫;⑤成膠后乳液可流動(dòng)，彌散符合Fick定律，吸 附遵循Langmuir吸附等溫式，理想混合。

分別為油、氣、水粘度，mPa_S;p為流體相壓力， lO^MPa^為流體密度，g/cm3;g為源匯項(xiàng)，cm3/s;S 為流體飽和度為單位換算系數(shù)，《 = 1〇_4。

輔助方程有7個(gè)：

(1)水相各組分對(duì)流擴(kuò)散方程假設(shè)體系中所有 化學(xué)物質(zhì)僅在水相中傳遞，每種化學(xué)物質(zhì)的守恒方程 為

▽ • (D,少S^VO-V. (C#)十

3(^SWC,-)

&十3t

式中A為擴(kuò)散系數(shù)，mVs;C,為質(zhì)量濃度，mg/L;« 為達(dá)西速度，cm/s;0為可及孔隙體積分?jǐn)?shù);尺為單位 孔隙介質(zhì)中組分產(chǎn)率，。/MV為井所在網(wǎng)格塊體積， cm3;/,為組分可接觸到的巖石比例;辦為巖石密度， g/cm3;C„為巖石表面吸附的組分濃度，mg/L;其中， 下標(biāo)；表示第i組分。

(2)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程注人地層中的聚合物 和交聯(lián)劑在油藏條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚合物凝膠 體系。即假定單位時(shí)間內(nèi)消耗的聚合物和交聯(lián)劑全部 生成凝膠，聚合物、交聯(lián)劑和凝膠化學(xué)反應(yīng)速度計(jì)算式

1 + bci

C；=

(10)

(11)

-R*=l

分別為

Rp=-HClr+'(Clrll + (m + n-)

(5>

RR=-HClr(Cir+'l + (m + n-l)

(6)

RG=-k(Cl+C0R)(C°R)m(C°Rr[l + (m + n- 1)

Hcincirtj^(7)

式中i?p、i?R和i?c分別表示在單位時(shí)間及單位體積 孔隙介質(zhì)中由化學(xué)反應(yīng)消耗或產(chǎn)生的聚合物、交聯(lián)劑 和凝膠組分的質(zhì)量，mg/(L*s);m和n為反應(yīng)級(jí)數(shù)，無 因次4為化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，其單位依反應(yīng)級(jí)數(shù)而 定；c°p和C°R分別為某時(shí)間間隔開始時(shí)聚合物和交聯(lián) 劑的濃度，mg/Lv為交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間，s。

(3)粘度模型在一定濃度Cp下，聚合物溶液的 粘度外與剪切速率y的關(guān)系用Meter方程表達(dá)為

"P (y)="〇〇 + ("。— "w) [ i +)’a 1 ](8)

其中

凝膠體系粘度與聚合物濃度、溶液電介質(zhì)濃度的關(guān)系 式為

[1 十(ApiCp+Ap2C^+Ap3C”C2P+AslCg+ Ag2C2g+Ag3C3g],(C<Cgc)

jup=< fXw [l + (AplCp+Ap2Cp+Ap3Cp)CSP+AgtCg+

Ag2Cg+Ag3Cg,

(C > Cgc) + Ag4(Cg — Cgc)

(9)

其中

C sep= C Na+ C Ca

式中csep是溶液電解質(zhì)濃度，mg/L;A和B為實(shí)驗(yàn) 確定系數(shù);//P為聚合物溶液粘度Ww為純水粘度;戶。 為零剪切速率下聚合物溶液的粘度為無限大剪切 速率下粘度，mPa.s;Apl，Ap2，Ap3，Agl，Ag2，As3，As4為 聚合物的粘性參數(shù);為臨界凝膠濃度，即失去活性 的凝膠濃度，mg/L;CpS聚合物濃度，mg/L; ^為聚 合物溶液粘度在〇與無限剪切率間一半時(shí)對(duì)應(yīng)的剪切 速率，s-1 ;Cg為孔隙介質(zhì)中凝膠濃度，mg/L;Pa為聚 合物溶液粘度與剪切速率相關(guān)系數(shù)，對(duì)于一定濃度的 聚合物溶液為常數(shù)^々為聚合物溶液鹽效應(yīng)相關(guān)系 數(shù);/3為二價(jià)陽離子有效性系數(shù);CNa和Cca分別為溶液 中一價(jià)陽離子和二價(jià)陽離子的濃度，mg/L。

(4)吸附量吸附規(guī)律遵循Langmuir吸附等溫 式，即

萬方數(shù)據(jù)

式中Cr為組分i的吸附量，mg/L;c,為組分i在溶 液中的質(zhì)量濃度，mg/L;a和6為吸附參數(shù)。

(5)滲透率降低系數(shù)滲透率降低的通用關(guān)系式 為 (■Rtmax~ l)6Cp

1 + e Cp

式中兄為滲透率降低系數(shù);為理想狀況下滲透 率降低值，聚丙烯酰胺反相乳液深部調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，無因次4和e為實(shí)驗(yàn)確定參數(shù)。

(6)不可及孔隙體積系數(shù)受高分子物質(zhì)分子結(jié) 構(gòu)、髙分子濃度、儲(chǔ)層孔喉半徑等因素的影響，高分子 物質(zhì)只能進(jìn)人多孔介質(zhì)中較大孔隙空間，用耗來表 示可及孔隙系數(shù)，則不可及孔隙體積系數(shù)為

少IPV =(少—少p) /少

(7)飽和度和毛管力方程為

S。十 Sw 十 Sg=l

Pcov = P〇 — pH

Pcgo —Pg po

式中久。w和九g。分別為油水和氣油毛管力，10_1 MPa。

對(duì)于由上述非線性偏微分方程和各種輔助方程組 成的方程組，通過有限差分IMPIMS方法將微分方程 變?yōu)椴罘址匠蹋缓笄笃鋽?shù)值解。

初始條件為油藏壓力、相飽和度、組分濃度等的分 布;外邊界條件為封閉或定壓，內(nèi)邊界條件為定壓或定 產(chǎn)。

根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用Visual C++軟件開發(fā) 環(huán)境編制了相應(yīng)的油、氣、水三相七組分油藏?cái)?shù)值模擬 器。該模擬器具有模擬水驅(qū)、聚合物驅(qū)以及反相乳液 調(diào)驅(qū)的功能，克服了以往模擬器中凝膠堵塞不可逆、不 可動(dòng)、凝膠滯留或堵塞不隨時(shí)間失效等不足，能夠模擬 凝膠的流動(dòng)性、封堵可逆性、封堵強(qiáng)度時(shí)變性。

4模型的應(yīng)用

4.1試驗(yàn)區(qū)概況及生產(chǎn)歷史

孤島油田中二南Ng3-4層系為曲流河沉積，呈正韻 律特征。其巖性以粉細(xì)砂巖為主，膠結(jié)疏松。1998年 進(jìn)行聚合物驅(qū)開發(fā),2001年3月進(jìn)人后續(xù)水驅(qū)開發(fā)階 段。實(shí)施反相乳液調(diào)驅(qū)前呈現(xiàn)含水率上升快、開采效 果差的特點(diǎn)，綜合含水率已達(dá)90. 64%,采出程度為 50. 1%。應(yīng)用模擬器首先對(duì)該區(qū)塊水驅(qū)和聚合物驅(qū)開 發(fā)階段的地質(zhì)儲(chǔ)量、綜合含水率、累積產(chǎn)油量和單井含 水率等指標(biāo)進(jìn)行了歷史擬合，單井?dāng)M合符合程度達(dá)到 80%,得到了較真實(shí)的試驗(yàn)區(qū)開發(fā)地質(zhì)模型。

4.2注入?yún)?shù)敏感性分析

室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，由于反相乳液注入濃度、 注人體積和頂替液體積等參數(shù)對(duì)開發(fā)效果影響較大， 所以對(duì)這3個(gè)因素進(jìn)行了敏感性分析。由圖3可知， 僅從采收率增加幅度來看，隨著反相乳液濃度、注入體 積和頂替液注入體積的增大，提高采收率值逐漸增加。 但增大到一定值后，提髙幅度逐漸變緩。如果考慮到 成本等其他因素的限制，這些參數(shù)不能無限增大。因 此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)綜合考慮多種影響因素來進(jìn)行注 入?yún)?shù)的優(yōu)選。 

00.51.01.5 2.000.2 0.4 0.6 0.S00.20.4 0.6 0.8

反相乳液® ft濃度/(g.L，反栩乳液注人孔»體積數(shù)《柙液注人孔隙體枳倍數(shù)

(a)(b)(c)

圖3各參數(shù)對(duì)提高采收率的影響

Fig. 3 Effects of injection parameters on the results 

4.3礦場(chǎng)注入方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)各參數(shù)在其合理范圍內(nèi)等間距取4個(gè)水平值， 通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到16套方案，聚丙烯酰胺反相乳液深部調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了數(shù)值模擬 計(jì)算，得到相關(guān)開發(fā)參數(shù)。綜合考慮利潤、增油量、降 低含水率等影響因素，應(yīng)用模糊綜合評(píng)判方法研究了 各因素對(duì)調(diào)驅(qū)效果的影響，綜合評(píng)判結(jié)果如表1所示。

表1中為各因素第i水平所對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的平 均綜合值G = l，2,3,4),由是，可以判定對(duì)應(yīng)因素各水 平的取舍。表示各影響因素的級(jí)差，其相對(duì)大小反 映了影響因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度。級(jí)差越大，影 響因素波動(dòng)的范圍也越大，說明影響因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo) 越重要（圖4)。

優(yōu)化分析結(jié)果表明，反相乳液濃度是最敏感的參 數(shù)，其次是頂替液體積。得到的最優(yōu)方案為:反相乳液 總注人體積取水平2對(duì)應(yīng)的值2. 0 X 1〇4 m3,反相乳液 濃度取水平3對(duì)應(yīng)的值0. 6%，頂替液總體積取水平2 對(duì)應(yīng)的值1.2X104 m3。

4.4礦場(chǎng)應(yīng)用效果

按照最優(yōu)方案，2004年12月底對(duì)孤島油田中二 南Ng3_4層系的某井實(shí)施了聚丙烯酰胺反相乳液深部 調(diào)驅(qū)試驗(yàn)。使用反相乳液25t,轉(zhuǎn)相劑1. 75t，嚴(yán)格按

萬方數(shù)據(jù)

表1反相乳液參數(shù)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 Table 1 Orthogonal array for injection parameters of PAM inverse emulsion

序號(hào)乳液體積/

m3乳液濃度/

%頂替液體積/

m3綜合評(píng)判率

112 0000. 4100000. 28

212 0000. 6120000. 46

312 0000.814 0000. 70

412 0001. 016 0000. 11

5160000.412 0000.47

6160000. 610 0000. 41

716 0000. 816 0000.40

816 0001.014 0000.63

920 0000.4140000. 25

1020 0000. 612 0001. 00

11200000.810 0000.35

1220 0001.016 0000. 61

1324 0000.416 0000. 30

14240000.6140000. 47

15240000. 812 0000. 69

1624 0001.010 0000. 28

是10. 3880. 3250. 330—

k20. 4770.5850.557—

k30. 5520. 5350. 512—

kA0. 4350. 4080. 453—

R0. 1640. 2600. 227—

注:假設(shè)原油價(jià)格為1000元/t,反相乳液體系價(jià)格為2. 0 X 104元/t。

照設(shè)計(jì)方案施工。由圖5可知，自2004年12月至反 相乳液見效前的4個(gè)月中，含水率上升了近2%,而后

含水率和日產(chǎn)液量逐漸降低，日產(chǎn)油量平穩(wěn)增加。與 實(shí)施前相比，截至2005年3月底，區(qū)塊日產(chǎn)液量上升 了 21. 3%，而日產(chǎn)油量上升了 37%，含水率下降了 1. 1%，仍具有增油降水的趨勢(shì)，說明注入反相乳液取 得了較好的效果。

5結(jié)論

(1)建立了聚丙烯酰胺反相乳液調(diào)驅(qū)的數(shù)學(xué)模 型,并研制了相應(yīng)模擬器。聚丙烯酰胺反相乳液深部調(diào)驅(qū)數(shù)學(xué)模型，反相乳液體系注人參數(shù)敏 感性分析表明，隨著反相乳液體系注人濃度、體積和頂

替液體積的增大，提高采收率值也逐漸增大，到一定程 度后趨于平緩。考慮到經(jīng)濟(jì)、增油量、降低含水率等影 響因素的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明：反相乳液濃度是最敏感 的參數(shù)，而反相乳液體積是相對(duì)不敏感的參數(shù)。

(2)在勝利油田孤島中二南區(qū)塊的調(diào)驅(qū)試驗(yàn)取得 良好的應(yīng)用效果，日產(chǎn)液量上升了 21.3%，日產(chǎn)油量 上升了 37%，含水率下降了 1.1%。這表明反相乳液 體系具有很好的降水增油效果。