調驅作為一種先進的二次采油技術，主要是在油 層深部實現調驅功能，其技術關鍵在於調驅劑能否準 確地注人地層深部指定位置[1_3]。可動凝膠是目前常 用的深部調驅劑，但由於其施工工藝複雜、地層成膠條 件難以控製、溫度和礦化度適用範圍窄等缺點，限製了 其應用[4_8]。為此，研製了聚丙烯酰胺反相乳液深部調 驅體係，它可以在地層指定位置發生轉相，吸水後膨脹 並堵塞大孔道，實現調剖和深部液流轉向作用。另一 方麵，當體係前後壓差達到一定值時，可以向前蠕動， 達到驅油的目的。因此，聚丙烯酰胺反相乳液深部調驅數學模型，該體係具有調剖和驅油的雙 重機理。筆者針對聚丙烯酰胺反相乳液的性能特點和 調驅機理，建立了反映其滲流特征的數學模型，編製了 相應的數值模擬器，將其用於勝利油田孤島采油廠中 二南Ng34調驅先導試驗中，取得了較好的效果。

1反相乳液調驅體係

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

分散相和連續相之間為表麵活性劑構成的界麵膜，因 此在常溫下乳液是穩定的。注人地層時，由於受油相 保護，乳膠粒子中的聚丙烯酰胺和交聯劑不會被地層

吸附，即兩者的比例不變，在到達地層指定位置前不會 發生轉相破乳。這樣可以控製交聯時間和凝膠強度， 並在指定位置實現調驅。同時，調驅體係內聚丙烯酰 胺含量可達25%以上，且轉相後乳液具有溶解速度 快、溶解時間小於20 min、運輸成本低及施工時無需特 殊分散設備等特點,容易廣泛推廣應用。

2反相乳液體係調驅機理

從驅替實驗現象和轉相交聯後反相聚合物乳液的 結構特點來看，反相聚合物乳液的調驅機理是“凝膠蠕 蟲”機理，如圖2所示。

在施工注人階段，反相乳液在油相的保護下，乳膠 粒子不連續地進人地層大孔道。在適宜的溫度和地層 水礦化度條件下，通過轉相劑的作用發生轉相破乳，釋 放出聚丙烯酰胺和交聯劑，進而發生交聯反應。交聯 生成的凝膠顆粒體係具有很強的吸水膨脹能力，膨脹 後堵塞地層大孔道或高滲透條帶，迫使後續注入的驅 替液轉向到剩餘油相對富集的中、低滲透區，通過調剖 和深部液流轉向作用擴大了波及係數。另一方麵，由 於凝膠顆粒在地層孔道中像“蠕蟲”一樣分布，當體係 前後壓差達到其變形的極限壓差值時，產生“蠕動變 形”，從而驅動孔壁（道）中的剩餘油向生產井運移，達 的效果。I 調剖和驅油的雙重機理。

3反相乳液體係滲流數學模型[^]

基本假設條件為:①流體等溫滲流，滿足廣義達西 定律;②油水相對滲透率關係不隨水相中組分的變化 而變化，聚合物或凝膠體係隻降低水相滲透率;③聚合 物和交聯劑組分以及各種離子隻存在於水相中；④油 藏等溫;⑤成膠後乳液可流動，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，cm3/s;S 為流體飽和度為單位換算係數，《 = 1〇_4。

輔助方程有7個：

(1)水相各組分對流擴散方程假設體係中所有 化學物質僅在水相中傳遞，每種化學物質的守恒方程 為

▽ • (D,少S^VO-V. (C#)十

3(^SWC,-)

&十3t

式中A為擴散係數，mVs;C,為質量濃度，mg/L;« 為達西速度，cm/s;0為可及孔隙體積分數;尺為單位 孔隙介質中組分產率，。/MV為井所在網格塊體積， cm3;/,為組分可接觸到的岩石比例;辦為岩石密度， g/cm3;C„為岩石表麵吸附的組分濃度，mg/L;其中， 下標；表示第i組分。

(2)化學反應動力學方程注人地層中的聚合物 和交聯劑在油藏條件下發生交聯反應生成聚合物凝膠 體係。即假定單位時間內消耗的聚合物和交聯劑全部 生成凝膠，聚合物、交聯劑和凝膠化學反應速度計算式

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分別表示在單位時間及單位體積 孔隙介質中由化學反應消耗或產生的聚合物、交聯劑 和凝膠組分的質量，mg/(L*s);m和n為反應級數，無 因次4為化學反應速度常數，其單位依反應級數而 定；c°p和C°R分別為某時間間隔開始時聚合物和交聯 劑的濃度，mg/Lv為交聯反應時間，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的關係用Meter方程表達為

"P (y)="〇〇 + ("。— "w) [ i +)’a 1 ](8)

其中

凝膠體係粘度與聚合物濃度、溶液電介質濃度的關係 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是溶液電解質濃度，mg/L;A和B為實驗 確定係數;//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;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對應的剪切 速率，s-1 ;Cg為孔隙介質中凝膠濃度，mg/L;Pa為聚 合物溶液粘度與剪切速率相關係數，對於一定濃度的 聚合物溶液為常數^々為聚合物溶液鹽效應相關係 數;/3為二價陽離子有效性係數;CNa和Cca分別為溶液 中一價陽離子和二價陽離子的濃度，mg/L。

(4)吸附量吸附規律遵循Langmuir吸附等溫 式，即

萬方數據

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

(5)滲透率降低係數滲透率降低的通用關係式 為 (■Rtmax~ l)6Cp

1 + e Cp

式中兄為滲透率降低係數;為理想狀況下滲透 率降低值，聚丙烯酰胺反相乳液深部調驅數學模型，無因次4和e為實驗確定參數。

(6)不可及孔隙體積係數受高分子物質分子結 構、髙分子濃度、儲層孔喉半徑等因素的影響，高分子 物質隻能進人多孔介質中較大孔隙空間，用耗來表 示可及孔隙係數，則不可及孔隙體積係數為

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。

對於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 變為差分方程，然後求其數值解。

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，內邊界條件為定壓或定 產。

根據建立的數學模型，應用Visual C++軟件開發 環境編製了相應的油、氣、水三相七組分油藏數值模擬 器。該模擬器具有模擬水驅、聚合物驅以及反相乳液 調驅的功能，克服了以往模擬器中凝膠堵塞不可逆、不 可動、凝膠滯留或堵塞不隨時間失效等不足，能夠模擬 凝膠的流動性、封堵可逆性、封堵強度時變性。

4模型的應用

4.1試驗區概況及生產曆史

孤島油田中二南Ng3-4層係為曲流河沉積，呈正韻 律特征。其岩性以粉細砂岩為主，膠結疏鬆。1998年 進行聚合物驅開發,2001年3月進人後續水驅開發階 段。實施反相乳液調驅前呈現含水率上升快、開采效 果差的特點，綜合含水率已達90. 64%,采出程度為 50. 1%。應用模擬器首先對該區塊水驅和聚合物驅開 發階段的地質儲量、綜合含水率、累積產油量和單井含 水率等指標進行了曆史擬合，單井擬合符合程度達到 80%,得到了較真實的試驗區開發地質模型。

4.2注入參數敏感性分析

室內物理模擬實驗表明，由於反相乳液注入濃度、 注人體積和頂替液體積等參數對開發效果影響較大， 所以對這3個因素進行了敏感性分析。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。 但增大到一定值後，提髙幅度逐漸變緩。如果考慮到 成本等其他因素的限製，這些參數不能無限增大。因 此，在實際應用時，應綜合考慮多種影響因素來進行注 入參數的優選。 

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《柙液注人孔隙體枳倍數

(a)(b)(c)

圖3各參數對提高采收率的影響

Fig. 3 Effects of injection parameters on the results 

4.3礦場注入方案的優化設計

對各參數在其合理範圍內等間距取4個水平值， 通過正交實驗設計得到16套方案，聚丙烯酰胺反相乳液深部調驅數學模型，並進行了數值模擬 計算，得到相關開發參數。綜合考慮利潤、增油量、降 低含水率等影響因素，應用模糊綜合評判方法研究了 各因素對調驅效果的影響，綜合評判結果如表1所示。

表1中為各因素第i水平所對應評價指標的平 均綜合值G = l，2,3,4),由是，可以判定對應因素各水 平的取舍。表示各影響因素的級差，其相對大小反 映了影響因素對評價指標的重要程度。級差越大，影 響因素波動的範圍也越大，說明影響因素對評價指標 越重要（圖4)。

優化分析結果表明，反相乳液濃度是最敏感的參 數，其次是頂替液體積。得到的最優方案為:反相乳液 總注人體積取水平2對應的值2. 0 X 1〇4 m3,反相乳液 濃度取水平3對應的值0. 6%，頂替液總體積取水平2 對應的值1.2X104 m3。

4.4礦場應用效果

按照最優方案，2004年12月底對孤島油田中二 南Ng3_4層係的某井實施了聚丙烯酰胺反相乳液深部 調驅試驗。使用反相乳液25t,轉相劑1. 75t，嚴格按

萬方數據

表1反相乳液參數正交實驗優化設計方案 Table 1 Orthogonal array for injection parameters of PAM inverse emulsion

序號乳液體積/

m3乳液濃度/

%頂替液體積/

m3綜合評判率

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:假設原油價格為1000元/t,反相乳液體係價格為2. 0 X 104元/t。

照設計方案施工。由圖5可知，自2004年12月至反 相乳液見效前的4個月中，含水率上升了近2%,而後

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

5結論

(1)建立了聚丙烯酰胺反相乳液調驅的數學模 型,並研製了相應模擬器。聚丙烯酰胺反相乳液深部調驅數學模型，反相乳液體係注人參數敏 感性分析表明，隨著反相乳液體係注人濃度、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 度後趨於平緩。考慮到經濟、增油量、降低含水率等影 響因素的綜合評價結果表明：反相乳液濃度是最敏感 的參數，而反相乳液體積是相對不敏感的參數。

(2)在勝利油田孤島中二南區塊的調驅試驗取得 良好的應用效果，日產液量上升了 21.3%，日產油量 上升了 37%，含水率下降了 1.1%。這表明反相乳液 體係具有很好的降水增油效果。