📝 摘要
近年来，改变注入水矿化度对水驱效果的影响引起了广泛关注。大量低矿化度水驱研究表明，降低注入水矿化度具有提高原油采收率的潜力。进一步研究发现，将低矿化度水驱与表面活性剂、聚合物驱相结合，能够显著提高原油采收率。这一方面归因于低矿化度和表面活性剂对残余油的启动，另一方面归因于聚合物驱扩大了波及体积。
本论文主要研究低矿化度表面活性剂聚合物（LSSP）岩心驱替实验的数值模拟方法。所有模拟工作均使用CMG（Computer Modelling Group）公司的化学驱模拟器STARS完成。首先，通过敏感性和验证性研究确认了STARS模拟岩心驱替实验的能力，并明确了关键参数变化对模拟结果的影响。在此基础上，对UniResearch CIPR实际开展的LSSP岩心驱替实验进行了历史拟合。
在历史拟合中，低矿化度水驱采用矿化度相关的油水相对渗透率曲线进行模拟，其基本假设是低矿化度水的注入诱发了岩心润湿性的改变。低矿化度表面活性剂驱通过基于毛细管数的插值方法实现。低矿化度聚合物驱则仅作为粘度效应进行模拟，因为模型中加入第三种插值方法会导致插值计算问题。
最终，所建立的模型成功地对实验获得的原油采收率和压差数据进行了历史拟合。结果证实，STARS能够模拟LSSP驱替这类复杂的岩心驱替过程。但由于模型仅能支持两种插值方法，各注入阶段的物理机理未能得到完全精确的表征。
关键词：低矿化度水驱；表面活性剂驱；聚合物驱；岩心驱替模拟；STARS；润湿性改变；毛细管数
🖥️ CMG软件应用情况总结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 所用软件 | CMG STARS（化学驱模拟器） |
| 模型类型 | 一维（1D）化学驱模型，100个网格块（100×1×1） |
| 模拟对象 | Berea砂岩露头岩心R14的低矿化度表面活性剂聚合物（LSSP）驱替实验 |
| 岩心尺寸 | 长度14.83 cm，直径3.79 cm，横截面积11.28 cm² |
| 岩心物性 | 孔隙度22.19%，绝对渗透率525 mD |
| 流体粘度 | 合成海水/低矿化度水：0.5 cP；Brage原油：3.0 cP（70°C）；聚合物溶液：5.7 cP；表面活性剂溶液：2.5 cP |
| 注入方案 | 1）合成海水（SSW）4.0 PV；2）低矿化度水（LS）3.2 PV；3）低矿化度表面活性剂（LSS）0.5 PV；4）低矿化度聚合物（LSP）0.5 PV；5）后续低矿化度水驱（2.LS）5.6 PV |
| 相对渗透率 | Corey模型，采用矿化度相关和毛细管数相关的两组插值方案 |
| 润湿性 | 初始SSW阶段为中等润湿至弱水湿；LS阶段向油湿方向转变 |
| 表面活性剂 | Recolas 18，1 wt%（5000 ppm低矿化度盐水），分子量426 g/mol |
| 聚合物 | HPAM3230S，1500 ppm（5000 ppm NaCl），分子量6.0×10⁶ g/mol |
| 吸附模型 | Langmuir等温吸附（不可逆吸附） |
| 分散系数 | Na⁺和Cl⁻：0.005 cm²/min；表面活性剂和聚合物：0.05 cm²/min |
| 不可及孔隙体积 | 20%（聚合物） |
| 毛细管数插值范围 | SSW：log₁₀(Nc)=-12.5；LSS：log₁₀(Nc)=-9.5 |
| 矿化度插值范围 | SSW：Na⁺摩尔分数0.00885；LS：Na⁺摩尔分数0.00155 |
| 模拟时长 | 约5154分钟（注入17.4 PV） |
| 历史拟合目标 | 原油采收率曲线、压差曲线 |
| 关键拟合参数 | Corey指数、端点相对渗透率、聚合物/表面活性剂粘度、残余油饱和度 |
| 模型局限性 | 仅支持两种插值方案，聚合物未使用独立相对渗透率曲线，无法模拟三维粘性指进 |
文中明确指出：使用CMG STARS化学驱模拟器构建一维岩心模型，基于实际LSSP岩心驱替实验数据（UniResearch CIPR实验室，2018年）进行历史拟合（第4章、第7章）。
📊 模拟方案与关键结果
岩心R14 LSSP驱替模拟参数设置（表7.9、7.10）：
| 注入阶段 | Swi | Sor | krw(Sor) | kro(Swi) | nw | no |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 合成海水（SSW） | 0.16 | 0.26 | 0.025 | 0.571 | 1.6 | 4.9 |
| 低矿化度水（LS） | 0.16 | 0.04 | 1.00 | 0.571 | 1.7 | 5.1* |
| 低矿化度表面活性剂（LSS） | 0.16 | 0.04 | 0.069 | 0.571 | 1.7 | 3.3 |
*注：LS曲线在后续水驱阶段经人工延长调整
辅助参数：
| 参数 | 表面活性剂 | 聚合物 |
|---|---|---|
| 粘度 [cP] | 2.5 | 5.7 |
| 分散系数 [cm²/min] | 0.05 | 0.05 |
| 最大吸附量 [gmol/cm³] | 4.4×10⁻⁷ | 7.7×10⁻¹¹ |
| DTRAPW (SSW) | -12.5 | – |
| DTRAPW (LSS) | -9.5 | – |
| 不可及孔隙体积 | – | 20% |
主要模拟结果（图7.32、7.33）：
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SSW阶段：突破时间约0.5 PV，最终采收率约50%，压差峰值为实验值约100 kPa
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LS阶段：采收率小幅增加，压差明显下降（反映润湿性向油湿转变）
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LSS+LSP阶段：采收率从约55%显著提升至约85%，压差上升至约400-500 kPa
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2.LS阶段：采收率稳定在85%左右，压差迅速回落至约100 kPa
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最终拟合：采收率曲线与实验数据吻合良好，但后续水驱压差下降的模拟值与实验值存在偏差（1D模型无法模拟粘性指进）
关键发现：
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润湿性改变：低矿化度水注入导致岩心向油湿方向转变（kro增加，krw(Sor)从0.025增至1.00）
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表面活性剂作用：通过毛细管数插值（log₁₀Nc从-12.5增至-9.5），大幅降低IFT，启动残余油（n_o从4.9降至3.3，油相相对渗透率显著提高）
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聚合物作用：仅以粘度效应模拟（5.7 cP），提高波及效率，但未使用独立的相对渗透率曲线
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模型局限性：STARS仅支持两种插值方法（矿化度和毛细管数），因此聚合物未能实现相对渗透率插值；后续水驱压力下降的拟合偏差源于1D模型无法模拟三维粘性指进
✅ 主要结论
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STARS模拟能力验证：通过敏感性分析和验证研究，确认STARS能够正确计算粘度、界面张力、毛细管数和吸附等关键参数。
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低矿化度水驱的模拟：采用矿化度相关的相对渗透率插值（基于Na⁺摩尔分数），成功模拟了低矿化度注入诱发的润湿性改变（从中等润湿向弱油湿转变），历史拟合效果良好。
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表面活性剂驱的模拟：采用毛细管数相关的相对渗透率插值（log₁₀Nc从-12.5到-9.5），成功模拟了IFT降低对残余油启动的作用。STARS显示的IFT随表面活性剂浓度变化行为与文献报道一致（亚CMC浓度下IFT快速下降）。
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LSSP综合模拟的成功与局限：
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成功实现了原油采收率和压差的历史拟合
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采用双岩心类型（RPT1和RPT2）+双插值方法（矿化度和毛细管数）的方案
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局限：聚合物仅以粘度效应模拟，未使用独立的相对渗透率曲线（因加入第三种插值会导致计算问题），未能完全精确表征各注入阶段的物理机理
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聚合物模拟的简化处理：假设恒定剪切速率，聚合物粘度仅与浓度有关（指数增粘模型），未考虑剪切变稀效应。
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模型改进方向：建议后续研究尝试在STARS中实现第三种插值方法，为聚合物引入独立的相对渗透率曲线，以提高LSSP过程模拟的物理准确性。
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后续水驱压力拟合偏差：1D模型无法模拟实验中的粘性指进和水道形成，导致后续水驱阶段压差下降的模拟值与实验值存在偏差。
🏛️ 作者及单位信息
| 作者 | 单位 |
|---|---|
| Sivert Mordal Nerbøvik | 卑尔根大学（University of Bergen），化学系，综合石油研究中心（Centre for Integrated Petroleum Research, CIPR） |
| 导师：Arne Skauge教授 | 卑尔根大学，综合石油研究中心 |
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论文类型：硕士学位论文（Master Thesis in Reservoir Chemistry）
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提交时间：2018年11月
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地点：挪威，卑尔根（Bergen, Norway）
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研究机构：UniResearch CIPR（卑尔根大学综合石油研究中心）
致谢：感谢导师Arne Skauge教授的指导，感谢UniResearch CIPR提供研究机会和良好的工作条件，感谢实验室提供的岩心驱替实验数据。
如需提取论文中的特定图表（如低矿化度水驱相对渗透率曲线、表面活性剂驱IFT变化曲线、LSSP历史拟合结果对比图、CMG STARS插值方案示意图等）或翻译全文/特定章节，可以继续为您处理。