考虑弹性湍流聚合物驱微观渗流机理研究

作     者：张伟东 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟会影

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：粘弹性聚合物驱 弹性湍流 威森博格数 微观波及效率 渗流机理 

摘      要：化学驱提高采收率方法中,聚合物驱占据着重要地位,在油田的工业化应用中取得了良好的效果。人们对层流流态下的聚合物驱微观渗流机理进行了大量的实验和理论研究,从实验和现场数据来看,聚合物的弹性效应可以提高驱替效率。近来,在微观驱油实验中发现低雷诺数(Re)、高威森博格数(We)的聚合物溶液在多孔介质中流动时能够诱发弹性湍流现象,进而降低残余油饱和度。但是目前对湍流流态下聚合物溶液的微观渗流机理的研究较少,尤其缺乏定量描述。因此,本文在层流流态下的粘弹性聚合物溶液微观渗流机理的研究基础上,基于计算流体力学方法(CFD)开展了考虑弹性湍流的粘弹性聚合物驱微观渗流机理研究。首先建立了考虑弹性湍流的聚合物溶液单相渗流数学模型,采用对数构象方法对数学模型进行变换,利用有限体积法对数学模型离散,形成了描述粘弹性聚合物溶液弹性湍流特征的数值计算方法,提高了代表聚合物溶液弹性的We值。深入研究了粘弹性聚合物溶液在盲端孔道和突扩-收缩孔道简化模型中的流动规律,从速度波动和湍流强度的变化特征,给出了弹性湍流发生的临界条件,从流线、速度等值线、应力和压力等角度研究了发生弹性湍流前后聚合物溶液在多孔介质内渗流规律的变化,进而揭示了弹性湍流对粘弹性聚合物溶液微观渗流特征及微观波及效率的影响。结果表明,在低Re条件下,高弹性聚合物溶液在多孔介质中发生弹性湍流的临界威森博格数We为50。弹性湍流改变了盲端和凸角内的涡流大小及涡心的位置,进而扩大聚合物溶液的微观波及面积。此外,弹性湍流增大了盲端和凸角内的偏应力,在死油区内压力等值线比较密集,形成了较高的附加压降,增大了进出口压差,为残余油的流动提供了动力来源。发生湍流前,微观波及效率随着Re的增大明显增加,发生湍流后,由于聚合物溶液的弹性效应主导占优,Re对微观波及效率影响很小。发生弹性湍流时,盲端孔道中的微观波及效率较We=0时提高了21%8%,突扩-收缩孔道中的微观波及效率较We=0时提高了8%6%,因此弹性湍流对提高多孔介质内残余油的微观波及效率具有较大的贡献。研究结果为油田聚合物驱油体系设计、筛选、注入工作制度的确定提供了重要的理论支持,同时拓展、丰富了粘弹性聚合物驱微观渗流机理。