一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定方法

摘要

本发明公开了一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定方法，其特征在于由以下步骤组成：a制备驱油用聚合物溶液；b通过剪切应力与剪切速率的关系曲线，回归得出聚合物溶液的稠度系数H和流态指数n；c装填填砂管模型，测定填砂管模型的渗透率k及孔隙度

说明书

技术领域

本发明属于油田三次采油中驱油用聚合物粘度测定技术领域，具体的说，涉及一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定计算方法。

背景技术

目前聚合物驱已经成为东部老油田增产稳产的一种重要手段，聚合物驱所使用的驱替剂绝大多数为丙烯酰胺共聚物，例如部分水解型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、疏水缔合型聚丙烯酰胺等。一般认为，聚合物驱油的主要机理是降低水相流度，改善水油流度比，进而提高波及系数，达到提高采收率的目的。水相流度的降低通常有两个途径：增加水相粘度和降低水相渗透率(张鹏，王业飞，张健等，疏水缔合聚丙烯酰胺驱油能力的几种影响因素，油田化学，2010年72卷4期462～468页)。因此聚合物溶液的粘度是衡量驱替剂性能的一个重要的指标之一。需要得注意的是，这里所讲的水相粘度并非表观粘度，而是聚合物溶液在孔隙介质中渗流时的有效粘度，这个粘度不但包含了聚合物溶液在多孔介质中的粘性因素，还包括了弹性作用。因此，聚合物的有效粘度更加真实的反映了聚合物在孔隙介质中流动时的粘度，对于矿场方案的设计和实施更有参考价值(程杰成，BP16溶液在多孔介质中的流动特性，大庆石油地质与开发，1989年8卷2期47～52页)。

目前，有效粘度的计算公式主要有两种，式(7)是其中一种，μ_ef为有效 粘度；ΔP为聚合物溶液驱替压差；L为填砂管长度；v_D为聚合物溶液的渗流速度；K_f为聚合物溶液通过后水冲洗渗透率。

${\mu }_{\mathrm{ef}}=\frac{K_f\mathrm{\Delta P}}{v_{D}L}---\left(7\right)$

使用式(7)计算有效粘度考虑到了聚合物在多孔介质中的滞留所对粘度起的作用，但是该式中并没有体现出聚合物溶液的非牛顿流体性质。

另一个计算有效粘度的计算公式为Blake-kozeny方程，见式(8)，在这个公式中，H为稠度系数，n流态指数，k和φ分别为岩石的渗透率和孔隙度。这种计算方法虽然考虑到了聚合物的非牛顿流体性质，但是没有考虑到聚合物在孔隙中的滞留对渗透率及孔隙度的影响。

在有效粘度的计算中，既要考虑到聚合物溶液的非牛顿流体力学性质，还要体现出聚合物流经孔隙介质后对渗透率及孔隙度的影响，这样计算出来的有效粘度才能更加贴近实际情况。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定计算方法，综合考虑聚合物非牛顿流体力学性质及聚合物在孔隙介质中滞留的影响的建立有效粘度测定计算方法。

本发明目的是这样实现的一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定计算方法，其特征在于由以下步骤组成：

a、驱油用聚合物溶液的制备：根据油田现场注入水的总矿化度，使用蒸馏水和氯化盐配制模拟注入水，再使用模拟注入水溶解驱油用聚合物得驱油用聚 合物溶液；

b、测定稠度系数和流态指数：使用流变仪测定聚合物溶液的流变曲线，得到剪切应力与剪切速率的关系曲线，回归出聚合物溶液的稠度系数H和流态指数n；

c、装填填砂管模型：使用石英砂装填填砂管，填砂管直径为2.5cm，测定填砂管模型的渗透率k及孔隙度，并得出渗透率k与孔隙度的关系式式(1)，其中r为孔隙半径，τ为迂曲度：

d、聚合物溶液驱替填砂管：设定恒流泵的排量为0.23ml/min，注入聚合物溶液直至压力平稳；

e、后续水驱：设定恒流泵的排量为0.23ml/min，注入模拟注入水，测定聚驱后的水测渗透率k_f及残余阻力系数F_RR，假定聚驱后孔隙半径r与迂曲度τ不发生改变，那么可以得出聚驱后的孔隙度与聚驱后水测渗透率k_f的关系为式(2)；残余阻力系数F_RR与渗透率k及聚驱后水测渗透率k_f的关系为式(3)：

$F_{\mathrm{RR}}=\frac{k}{k_f}---\left(3\right);$

f、计算有效粘度：

修正方程式：由于聚合物在孔隙介质中存在滞留性质导致渗透率及孔隙度降低，因此使用聚驱后水测渗透率取代孔隙介质的渗透率，使用聚驱后的孔隙度k_f代替原始孔隙度k，那么，修正后的Blake-kozeny方程为式(3)：

将式(2)、式(3)代入式(4)，最终得到有效粘度的计算公式为式(5)或式(6)：

或

代入计算：然后将稠度系数H、流态指数n、渗透率k、聚驱后水测渗透率k_f、孔隙度或残余阻力系数F_RR代入式(5)或式(6)计算结果即为有效粘度。

上述步骤a驱油用聚合物溶液的制备中：所述氯化盐由氯化钠、氯化钙、氯化镁组成。

上述步骤c装填填砂管模型中：所述石英砂的粒度为80-100目，填砂管长度为30-50cm。

有益效果： 

本发明一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定计算方法，综合考虑聚合物非牛顿流体力学性质及聚合物在孔隙介质中滞留所导致的渗透率及孔隙度的降低对有效粘度的影响，解决了现有技术无法准确获得驱油用聚合物在孔隙介质中有效粘度及计算方法的问题。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明中质量分数为0.1％的聚合物溶液的剪切应力-速率曲线图；

图3为本发明中质量分数为0.2％的聚合物溶液的剪切应力-速率曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例

一种驱油用聚合物在多孔介质中有效粘度的测定计算方法，如图1所示：

1、使用蒸馏水配制总矿化度为8625mg/L(钙镁离子602mg/L)的模拟注入水。在100mL蒸馏水中依次溶解1097.71g氯化钠、68.13g氯化钙、297.28g六水合氯化镁晶体。使用模拟注入水溶解驱油用丙烯酰胺共聚物，配制质量分数分别为0.1％和0.2％的聚合物溶液。

2、使用HAAKE MARS III型流变仪(转子：PZ38)测定聚合物的流变曲线。设置测定温度为80℃，剪切速率为0-800s^-1,测定剪切应力与剪切速率变化关系，0.1％和0.2％的聚合物溶液的剪切应力-速率曲线分别见图2、图3。由曲线回归出聚合物溶液的稠度系数H和流态指数n分别见表1。

表1不同质量分数下聚合物溶液的稠度系数H和流态指数n

聚合物溶液的质量分数 稠度系数H 流态指数n 0.1％ 0.2115 0.5150 0.2％ 0.3154 0.4794

3、使用80-100目的石英砂装填6根填砂管，填砂管直径为2.5cm，长度为30cm。使用中华人民共和国石油天然气行业标准(SY/T6576-2003)用于提高石油采收率的聚合物评价的推荐做法中的方法测定填砂管模型的渗透率及孔隙度。六根填砂管模型的渗透率及孔隙度见表2。

表2填砂管模型的渗透率k及孔隙度

4、分别使用质量分数为0.1％和0.2％的聚合物溶液驱替6组填砂管模型。 实验温度为80℃，设定恒流泵的排量为0.23ml/min。当入口压力平稳后，再用相同的排量使用模拟注入水驱替填砂管模型，待入口压力不再降低时记录入口压力，通过达西公式计算聚驱后水测渗透率k_f，通过式(3)计算残余阻力系数F_RR。

6、分别将稠度系数H、流态指数n、渗透率k、聚驱后水测渗透率k_f、孔隙度或残余阻力系数F_RR代入式(5)或式(6)计算有效粘度，得到的结果见表3。

或

表3试验中测定的各种数据