📝 摘要
聚合物驱已在技术和商业上取得成功，特别是在中国大庆油田的大规模应用。然而，先前的现场试验表明，当使用高盐度、高硬度的水注入时，聚合物驱在高温油藏中并不经济成功。新型耐温耐盐聚合物已被开发出来，并通过全面的室内实验测试了其性能，这鼓励了聚合物驱在高温高盐油藏中的进一步发展。
为了获得有前景的驱油效果，在油田实施之前必须进行数值模拟，以了解储层对聚合物的响应，包括所有重要的物理化学现象。针对代表真实恶劣条件（包括严重非均质性）的储层模型，应提出优化设计，以最小化成本并提高工艺效率。
本研究在不同温度条件下，研究了剪切变稀、热变稀、聚合物/海水溶液降解对分层油藏驱油效果的影响。同时，研究了聚合物驱的辅助措施，如机械堵水和深部调剖，以评估它们在恶劣油藏条件下的能力。聚合物/海水溶液的热变稀和剪切变稀特性通过流变仪测量，并与已发表数据进行了对比。聚合物的降解和吸附性质，以及凝胶的胶凝反应和阻力性质，均通过文献综述总结，为模拟生成合理的参数。
模拟结果表明：聚合物的热变稀对最终采收率影响很小。与温度相关的另一个性质——聚合物热降解，明显受温度影响，导致最终采收率有不同程度的下降。堵水和深部调剖都能改善水驱效果，但如果应用聚合物驱，深部调剖将更有效。深部调剖与聚合物驱的组合，在低温注入条件下获得了最佳的驱油效果。
🖥️ CMG软件应用情况总结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 所用软件 | CMG公司开发的STARS模拟器（版本2013.13） |
| 模型类型 | 三维笛卡尔网格，五点井网（1注4采） |
| 网格尺寸 | 31 × 31 × 5，共4,805个网格块 |
| 油藏尺寸 | 930 × 930 × 177 ft |
| 储层温度 | 194°F（90°C） |
| 注入温度 | 78°F ~ 194°F |
| 分层渗透率 | 12 md, 60 md, 600 md（5层，渗透率级差50倍） |
| 聚合物类型 | AN125（AMPS共聚物，分子量6×10⁶） |
| 聚合物浓度 | 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 ppm |
| 注入方案 | 0.33 PV 海水预冲洗 + 0.53 PV 聚合物段塞 + 0.16 PV 后冲洗 |
文中明确指出：STARS被用于模拟聚合物驱的热变稀、剪切变稀、降解、吸附以及凝胶调剖等物理化学过程。
🧪 实验材料与结果
海水组成
| 离子 | 浓度 (mg/L) |
|---|---|
| Na⁺ | 16,877 |
| Ca²⁺ | 664 |
| Mg²⁺ | 2,279 |
| HCO₃⁻ | 193 |
| Cl⁻ | 31,107 |
| SO₄²⁻ | 3,560 |
| TDS | 54,680 |
流变学实验结果
-
剪切变稀：在高温（194°F）高盐度条件下，聚合物溶液粘度随剪切速率变化不明显
-
热变稀：5000 ppm聚合物溶液在100 s⁻¹下，温度从78°F升至194°F时，粘度从~14 cP降至~7 cP（下降约50%）
📊 主要模拟结果
1. 热变稀研究（均匀温度 vs. 非均匀温度）
| 条件 | 水驱采收率 | 3000 ppm聚合物增量 | 5000 ppm聚合物增量 |
|---|---|---|---|
| 均匀温度（78-194°F） | ~38% | ~13% | ~16% |
| 非均匀温度（注入78°F） | — | ~55%（总采收率） | — |
结论：热变稀对最终采收率影响很小，因为聚合物和原油的粘度随温度下降趋势相似
2. 热降解研究
| 温度 | 半衰期 | 采收率损失（3000 ppm） | 采收率损失（5000 ppm） |
|---|---|---|---|
| 194°F（注入） | 94天 | ~9% | ~12% |
| 78°F（注入） | 19,317天 | ~4% | ~6% |
结论：高温加速聚合物降解，导致粘度损失和采收率下降；低温注入可延缓降解
3. 聚合物吸附效应
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最大吸附量：3.38×10⁻⁸ lbmol/ft³
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阻力因子：1.2
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吸附使采收率提高约1.2%（影响较小）
4. 堵水 vs. 深部调剖 vs. 组合方法
| 方法 | 采收率增量 | 最终含水率 |
|---|---|---|
| 水驱（基准） | — | ~94% |
| 堵水 | +5.3% | ~89% |
| 聚合物驱（3000 ppm） | +5.9% | ~86% |
| 深部调剖（78°F注入） | +7.4% | ~87% |
| 深部调剖（194°F注入） | +3.3% | ~90% |
| 深部调剖+聚合物驱组合 | +14.3% | ~82% |
✅ 主要结论
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热变稀影响小：高温对采收率无明显影响，因为驱替液和被驱替液的流度比变化很小。
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热降解是主要问题：高温加速聚合物降解，导致粘度损失和采收率下降。低温注入可延缓降解。
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吸附影响有限：砂岩表面吸附的聚合物量不大，对采收率提升约1.2%。
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堵水效果有限：虽然能提高采收率，但深部仍存在窜流问题。
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低温注入更优：对于深部调剖，低温注入可使凝胶在深部生成，获得更好的封堵效果；高温注入会导致近井地带凝胶大量生成，造成注入压力上升和封堵效果差。
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组合方法最佳：深部调剖+聚合物驱的组合在高采收率和低含水率方面表现最佳，且增量超过两者单独应用之和。
🏛️ 作者及单位信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 作者 | Geng Niu（牛耕） |
| 学位 | 理学硕士（石油工程） |
| 授予单位 | 德克萨斯A&M大学 |
| 论文提交日期 | 2014年12月 |
| 导师 | Hisham A. Nasr-El-Din教授（委员会主席） |
| 其他委员会成员 | Robert H. Lane, Mahmoud El-Halwagi |
| 致谢 | 感谢CMG公司提供的技术支持 |