📝 摘要
化学驱方法在提高采收率（EOR）中日益重要，用于采出常规方法之后剩余的残余油。本研究表征了表面活性剂溶液降低表面张力的能力，以及表面活性剂与聚合物在水溶液中的相互作用。通过一系列驱替实验，确定了表面活性剂驱和表面活性剂-聚合物驱的额外采收率。表面活性剂驱中注入约0.5倍孔隙体积（PV）的表面活性剂（十二烷基硫酸钠）段塞；表面活性剂-聚合物驱中注入0.3 PV表面活性剂段塞和0.2 PV聚合物（部分水解聚丙烯酰胺）段塞。每种情况下均使用后续水驱维持压力梯度。本研究旨在确定商业模拟器能否准确模拟岩心驱替实验结果。在模型开发过程中，使用与实验推导参数相匹配的、物理真实的输入值是首要原则。当某些模拟参数缺乏具体数值时，在合理范围内做出假设，并成功匹配了含水率和累计产油量。最终，理解如何在岩心尺度上模拟表面活性剂和聚合物行为，将有助于提高在现场尺度上模拟聚合物驱的能力。

🖥️ CMG软件应用情况总结

项目 内容
所用软件 CMG STARS（先进过程与热采模拟器）
模型类型 等温、三相（水相、油相）、多组分（水、盐、表面活性剂、聚合物、油）组分模拟器
模拟对象 室内砂充填岩心（长35 cm，直径7 cm）中的表面活性剂驱和表面活性剂-聚合物驱实验
软件选择理由 与ECLIPSE（无法模拟剪切增稠）和UTCHEM（学术用，非工业常用）相比，STARS能够：
• 模拟聚合物剪切增稠和降解行为
• 以表格形式输入聚合物表观粘度
• 在石油行业中得到广泛应用
• 具备处理复杂化学行为的能力
模型描述 • 网格：1D笛卡尔网格（10×1×1）
• 网格尺寸：dx = 3.5 cm，总长35 cm
• 井位：注入井在第1个网格，生产井在第10个网格
• 岩心参数（表面活性剂驱）：孔隙度0.38，渗透率1234 mD，初始含油饱和度0.809
• 岩心参数（SP驱）：孔隙度0.368，渗透率1224 mD，初始含油饱和度0.85
流体与注入参数 • 表面活性剂：SDS（十二烷基硫酸钠），浓度0.1 wt%
• 聚合物：PHPA（部分水解聚丙烯酰胺），分子量3,000,000，浓度2000 ppm
• 注入速率：10 ml/min（恒定）
• 注入方案：
– 表面活性剂驱：水驱至含水率95% → 0.5 PV表面活性剂 → 后续水驱
– SP驱：水驱至含水率95% → 0.3 PV表面活性剂 + 0.2 PV聚合物 → 后续水驱
历史拟合目标 含水率（Water Cut）、累计产油量（Cumulative Oil Production）
模拟时长 • 表面活性剂驱：33分钟
• SP驱：50分钟
评价指标 额外采收率（% OOIP）、含水率变化、累计产油量

文中明确指出：

“The final simulation tool that was considered and subsequently selected to model the experimental data was the STARS simulator by CMG.” （引言部分）
“This simulator, which is implemented by multiple companies in the petroleum industry, is known for its ability to model both laboratory- and field-scale models while also having the capability to handle complicated chemical behavior.” （引言部分）

🧪 模拟方案与主要结果

1. 表面活性剂驱模拟

项目 实验值 模拟值
水驱后采收率 22 ml 22 ml
总采收率（水驱+化学驱） 40 ml 40 ml
额外采收率（% OOIP） 18% 17.65%
模拟效果 成功匹配了含水率和累计产油量（图8-9）  

2. 表面活性剂-聚合物（SP）驱模拟

项目 实验值 模拟值
水驱后采收率 24 ml 24 ml
总采收率（水驱+化学驱） 49 ml 49 ml
额外采收率（% OOIP） 23.45% 24%
模拟效果 成功匹配了含水率和累计产油量（图12-13）  

3. 油饱和度分布可视化（CMG STARS输出）

  • 水驱后：油饱和度分布非均匀，注入井附近扫油效率高，远离注入井区域残余油多（图6, 图10）。

  • 化学驱后：表面活性剂或SP段塞改善了扫油效率，将更远处的油推向生产井（图7, 图11）。

4. 含水率响应

  • 水驱阶段含水率逐渐上升至95%。

  • 注入化学段塞后，含水率显著下降，同时累计产油量曲线变陡，表明残余油被 mobilised（图8, 图12）。

✅ 主要结论

  1. 模型成功验证：使用CMG STARS成功历史拟合了表面活性剂驱和表面活性剂-聚合物驱的岩心实验数据，模拟结果与实验数据高度吻合。

  2. SP驱优于纯表面活性剂驱：SP驱的额外采收率（~24% OOIP）高于纯表面活性剂驱（~18% OOIP），归因于表面活性剂的降低IFT和聚合物的改善流度比的协同效应。

  3. STARS的适用性：CMG STARS能够有效模拟化学驱（表面活性剂、聚合物）的复杂行为（如IFT降低、粘度变化），是岩心尺度实验模拟和现场尺度放大的有力工具。

  4. 工程应用价值：理解如何在岩心尺度上模拟化学驱行为，将有助于提高在现场尺度上设计和优化化学驱项目的能力。

🏛️ 作者及单位信息

  • 作者: Sumit Kumar Rai, Achinta Bera, Ajay Mandal

  • 单位: 印度矿业学院（Indian School of Mines, Dhanbad），石油工程系

  • 期刊: Journal of Petroleum Exploration and Production Technology (Springer)

  • 收稿日期: 2013年5月22日

  • 录用日期: 2014年2月24日

  • 在线发表: 2014年3月13日

致谢：

  • 感谢印度大学资助委员会（UGC）的财务支持（项目号：F. No. 37-203/2009(SR)）。

  • 感谢所有参与项目的个人。

💡 补充说明
该研究是化学驱提高采收率数值模拟的典型应用案例。研究创新点在于：

  1. 软件选型对比：明确阐述了选择CMG STARS而非ECLIPSE或UTCHEM的技术原因（STARS能够模拟聚合物剪切增稠和降解行为，且可表格化输入表观粘度）。

  2. 完整的建模流程：展示了从室内实验 → 砂充填岩心 → CMG STARS 1D模型建立 → 历史拟合的完整工作流。

  3. 结果可视化：利用CMG STARS输出油饱和度分布图，直观展示了化学驱提高波及效率的机理。

  4. 定量匹配：成功定量匹配了含水率和累计产油量两个关键动态参数，验证了模型的可靠性。

该研究对从事化学驱提高采收率、岩心驱替实验数值模拟及EOR方案设计的工程师和研究人员具有重要的参考价值。

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