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本文对聚合物驱提高采收率机理的研究现状、多孔介质模型、粘弹性流体模型的研究状况进行了较全面的调研。结果表明,目前,有关聚合物驱油基础理论的研究还不完善,粘弹性流体的微观驱油机理的研究仍以实验为主,理论研究仍有待进一步深化。因此本文的主要目的是选择适当的粘弹流体模型,简化油藏多孔介质模型,采用有效的数值方法进行求解,从而在理论上研究粘弹性聚合物溶液的驱油机理。 1.油藏孔隙的简化模型和粘弹性生流体模型 本文针对水驱后残余油膜的存在形式,考虑到真实多孔介质内部流道的收缩和扩张特征,选取具有相继收敛和扩张的周期过程,同时又具有几何上的简单性的波纹管模型;针对油藏孔隙内聚合物溶液粘弹特性,选取广泛用于数值计算粘弹性流体在复杂流道中流动问题的上随体Maxwell本构方程。为了便于从理论上研究粘弹性流体的驱油机理,把所研究的问题均限定在孔隙尺寸下。数值结果表明,本文所选的波纹管模型可以充分体现出聚合物溶液在多孔介质中的粘弹效应。 2.聚合物溶液在波纹管中的流动特征 本文建立了由连续性方程、运动方程和上随体Maxwell本构方程、流函数、涡量函数及边界条件组成的较完整的数学模型。采用了在柱坐标系下的代数网格和在一般正交曲线坐标系下的椭圆型网格划分方法,用有限差分方法进行数值求解,得到了油藏条件下的流函数场、速度场、应力场。其结果与文献中所做的图形对比及这两种方法之间的结果对比发现结果吻合的较好。 3.聚合物—油膜两相流流动特征 研究了在等径圆管中的聚合物—油膜两相流流动特征,由于管壁上残余油膜与注入聚合物之间的接触面为波纹状,故仍属波纹管流研究范畴。数值求解过程中仍采用上述的数学模型和在一般正交曲线坐标系中的椭圆型网格划分方法,得到了油藏条件下(Re不大于1),粘弹性聚合物溶液的流动特性及其对残余油膜的作用:第一法向应力随We的增大而增人,剪切应力随We的增大其变化比较平缓,当波纹度较大时,随We的增大,流函数等值线与相同粘度的牛顿流体相比其流线位置发生明显的向上偏移现象,其波及范围在扩大。 4.粘弹性聚合物溶液对残余油膜的作用机理 本文从理论分析的角度提出聚合物提高驱油效率的机理是(1)由于粘弹性聚合物溶液产生的第一法向应力和剪切应力对油膜的携带作用大于相同粘度的牛顿流体作用于油膜的剪切应力,从而可携带部分残余油膜流动;(2)聚合物溶液与牛顿流体相比,相同流函数值的流线位置发生改变,粘弹性的聚合物溶液的波及范围大于相同粘度的牛顿流体。