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我国陆相沉积油田一般具有非均质性比较强、原油粘度相对比较高的特点,适宜采用三次采油方法提高驱替剂粘度、改善不利的流度比,以及调整注采剖面等技术路线以提高水驱采收率。可动凝胶聚合物驱油技术兼具聚合物驱和调剖技术二者的优点,能够解决油藏深部的矛盾,适应的油藏范围更广,因而越来越受到重视。但可动凝胶体系本身非常复杂,虽然近10年来,国内外围绕可动凝胶的成胶原理、体系配方性能,以及可动凝胶调驱机理等方面开展了大量的研究工作,但其基础理论研究和实践远远没有达到目前聚合物驱的理论和实践认识程度,还没有形成系统完善的技术体系,急需对可动凝胶聚合物体系进行系统的研究,以期指导矿场实践。
本研究针对华北油田油藏高温、高粘、高非均质性的特点,结合矿场可动凝胶调驱实践经验,通过大量的渗流物理模拟实验,对可动凝胶体系流变特性、渗流规律进行了系列研究,对可动凝胶聚合物体系配方进行了优选评价,并对可动凝胶聚合物体系在多孔介质中的渗流进行了渗流数学描述,还进行了数值模拟研究和现场方案优化设计应用等方面的研究,较全面地形成了可动凝胶调驱提高石油采收率的技术,在华北油田多个不同类型油藏得到了应用,并取得显著技术经济效果。取得主要创新成果如下:
⑴通过大量的实验,筛选出适合华北油田条件的可动凝胶体系配方。形成了优选评价方法,发现可动凝胶体系性能和效果不仅与聚合物和交联剂种类、浓度、物化性质有着直接关系,而且还与水质、油藏储层特征、温度等环境因素有关。
⑵从可动凝胶体系的本构关系入手,通过流变特性实验研究发现可动凝胶不同于聚合物溶液的非牛顿流体特性,表现为开始交联时的粘弹-触变性和交联后的粘弹性流体特征,且具有剪切变稀、粘弹性和触变性的非牛顿流体特点。结合该特征,首次给出了可动凝胶体系的粘弹—触变性表征,建立了六参数粘弹-触变性本构方程,并在实验和应用中得以检验。
⑶通过可动凝胶在多孔介质中的流变和渗流特性实验和理论研究,首次全面的建立了能够真正反映可动凝胶聚合物调驱渗流规律的数学模型方程组,建立了注入过程中压力预测数学模型。为进一步开发真正意义的可动凝胶聚合物调驱数值模拟软件创造了关键条件。
⑷建立了系统的可动凝胶体系配方实验室优选评价方法和程序,率先引入了长岩心物理模拟系统和核磁共振等技术,多角度深入研究了可动凝胶调驱的技术机理,给出了实验室评价可动凝胶调驱机理和效果的方法。