化学驱及其数值模拟方法综述

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1、化学驱及其数值模拟方法综述雷富强中科院软件所并行计算实验室前言油气田开发的主要任务就是尽可能经济、合理地提高地下原油的采出程度，即提高石油采收率。从开采方式上，石油开采可以分为三个阶段，即：衰竭开采阶段、注水开采阶段和注各种化学剂的化学驱阶段。衰竭开采一般采收率很低，而且受原始地层压力、地层渗透率的影响较大。衰竭开采方式下的原油采［1］收率仅为5-10％。水驱可以使采收率达到40-60%。一般情况下,化学驱提高采［1、5］收率方法可以在水驱的基础上再提高原油采收率10－20％。目前，我国陆上油区尤其是东部老油区已处于高含水率阶段，有些油区

2、综合含水率已经在80%以上，甚至90%以上。为稳定生产，必须采用一定的措施，提高原油采收率。化学驱采油方式提高采收率潜力巨大，在一定的条件下能很大的提高石油的采收率，但其应用受到很大限制。一是由于各种化学剂的价格昂贵，化学驱的成本高；二是化学驱技术风险大。而化学驱数值模拟是进行化学驱可行性研究、开发方案设计和开发效果评价的有力工具，通过化学驱的数值模拟能够有效的降低化学驱油的风险。所以对化学驱数值模拟软件的开发和应用具有重要［1,9］意义。一、化学驱技术发展回顾一、化学驱油技术[1、5、11、12]油田经过二次开发，地下还有60－70％的

3、剩余油，剩余油的分布已经改变，这时靠常规注水已经很难采出这一部分残余油。必须靠提高采收率方法开采出二次开发后的剩余油。大量实践和理论研究证明，油层十分复杂，具有非均质性，油气水在复杂的孔隙中的渗流相当复杂，不仅注入水不能活塞式驱油，不能波及到整个油区，而且，在多相流动过程中，由于受相粘度，毛管力，界面张力等的影响，各相流量随着开发的进行也在不断地变化。所以只有提高水驱的注入水的波及体积1和洗油效率才能提高地下原油的采收率。相粘度差是影响水驱波及系数大小的决定因素。洗油效率主要和油水，岩石的性质等有关。根据不同的实际情况，人们提出了多种提高

4、采收率的化学驱方法。一是在注入水中加入大分子聚合物，以提高水的粘度，降低油水粘度比，提高注入水的波及体积和驱油效率的方法来提高采收率；二是注入水中加入表面活性剂／碱等以提高注入水的洗油效率，从而提高原油的采空收率的化学驱油技术；三是所谓的复合驱，就是把以上化学剂复合注入地下，运用各个化学剂之间的协同效应，来提高采收利率，它借助物理和化学双重作用，既提高了驱油剂的波及系数又提高了驱油剂的洗油效率。所以复合驱可以达到更好的驱油效果，一般可以在水驱的基础上再提高20［11］％以上。在六七十年代，国外就开始对化学驱进行研究，80年代达到最多。但由

5、于其［1、11］应用受到限制，到90年代，国外化学驱研究工作就基本处于停滞状态。由于我国地质情况复杂，非均质等较为严重，水驱采收率比世界其他石油生［11］产国的水驱采收率要小，平均为34.3％，所以在我国，依靠化学驱提高采收率更是迫在眉睫。正是由于这种特殊情况，1979年就揭开了我国三次采油高速发展的序幕。通过几十年的室内研究，矿场试验，我国的化学驱已经走在了世界的前列。无论是聚合物驱还是复合驱都进行了大量的研究，特别是聚合物驱［16、17］已进入工业应用阶段。另外还有一种复合驱，即泡沫复合驱，他是在三元复合驱及天然气驱的基础上发展起来的

6、化学驱油技术。泡沫复合驱体系由碱、［5］表面活性剂、聚合物和气体组成。据报道，泡沫复合驱的实验室驱油效率比水驱、聚合物驱、三元复合驱和二元复合驱的驱油效率都高，采收率可以比水驱高30％以上。但是目前关于泡沫复合驱的较全面完整的矿场试验方面的资料比较少见。［1、5］目前，靠化学驱油技术采出的原油已经占到我国总产量的7-10％。而且随着水驱综合含水饱和度的增加，靠化学驱油技术开采的产量还会增加。二、化学驱数值模拟方法化学驱之所以在国外应用受限，除了国外油田地质及经济等特点以外，主要是因为化学驱的复杂性和进行化学驱的成本高、风险大。所以进行化学

7、驱矿场试验就比较困难。而室内试验又不能很好的说明矿场实际生产。和其他驱油方法相比，数值模拟方法对化学驱更是重要。通过化学驱数值模拟，可以进行可行性研究、开发方案设计和开发效果评价，减小化学驱的投资风险，提高化学驱的经济效益。所以，主要石油生产国既使对化学驱技术方面投入比较少，2也对化学驱数值模拟投入了大量的人力和物力。由于化学驱包括的方法很多，所以模拟不同化学驱油方法的数值模拟软件也有不同的侧重。主要是由黑油模型改进的黑又修正模型，有组分模型改进的组分化学驱模型，模拟泡沫驱的泡沫驱模型，模拟聚合物驱的聚合物驱模型等。显然，他们只能对化学驱

8、的一个方面进行模拟，而化学驱包括很多技术，所以，以上的模型都不是一套完整的化学驱模型。有些修正的模型更是省略简化化学驱中的很多现象，如从黑油模型改进的黑油修正模型，不能很好地反映化学驱油过程中