摘要：本研究使用 Teledyne ISCO 1000D 注射幫浦，以廣泛的速率注入黃原膠和 HPAM 溶液，評估其在貝雷砂岩中的流變特性。結果顯示，黃原膠在多孔介質中表現出剪切稀化行為，而 HPAM 溶液則僅有輕微剪切稀化。在低流速下，黃原膠的有效黏度 (阻力因子) 顯著高於未剪切 HPAM 和預剪切 HPAM，顯示其更適合用於提高石油採收率。
一、引言
流變學在多孔介質中對石油回收 (EOR) 項目具有重要影響，其中使用了聚合物溶液。如果在靠近注入井的高速度下聚合物溶液的有效黏度較大，則可能會降低聚合物的注入速率和石油產量。另一方面，如果在儲層深處經歷的低速度下聚合物溶液的有效黏度過低，油的置換可能效率不高。在本報告中，我們使用 Teledyne ISCO 1000X 注射幫浦來檢查在兩種蕞常用於 EOR 的聚合物——黃原膠和部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM) 的溶液中，有效黏度 (即阻力因子) 如何隨流速 (實際上是隨通量或表觀速度) 在貝雷砂岩中變化。
二、實驗步驟
黃原膠的分子量為 1,500 萬道爾頓，而部分水解聚丙烯醯胺 (HPAM) 的分子量為 2,100 萬道爾頓，水解度約為 30%。兩種聚合物均在合成海水中製備 (蒸餾水中含 4.195% 的海鹽)。兩種情況的聚合物濃度均為 0.1%。
貝雷砂岩岩心被鑄造在金屬合金中，每個都有兩個內部壓力表－一個位於入口砂面 2 公分處，另一個位於出口砂面 2 公分處。岩心分為三部分，中央部分長度為 10 公分。岩心的滲透率相當均勻，平均約 550 毫達西。岩心橫截面積為 11.34 平方厘米，孔隙率為 0.217，孔隙體積 (PV) 為 36 立方厘米。
四台 Teledyne ISCO 1000X 注射幫浦並聯（見 圖 1）。這些幫浦非常適合本研究，因為它們提供了穩定的流動和廣泛的速率範圍。壓力用石英感測器測量。實驗在室溫下進行。
使用一系列不同的速率注入聚合物溶液，以確定多孔介質中的流變特性。對於兩種聚合物，幾公升溶液被迫通過一個岩心 (每種聚合物使用不同的核心)，以 139 英尺/天的通量模擬現場應用中井筒附近的剪切情況。然後將流出物以各種速率重新註入同一岩心，以模擬流體從井筒向外徑向流動時所經歷的通量值。
圖 1. 幫浦和岩心配置示意圖
黃原膠溶液
對於黃原膠溶液 (圖 2 中的實心圓)，再注入速率從 0.5 到 32,000 立方公分/小時，轉換為通量從 0.035 到 2,222 英尺/天，前緣速度從 0.16 到 10,240 英尺/天。對於低於 10 英尺/天的通量值，黃原膠阻力因子 (多孔介質中相對於水的表觀黏度) 很好地符合冪律模型，冪律指數為 0.54 (即對數-對數圖中的斜率為 -0.46)。隨著通量增加到 10 英尺/天以上，阻力因子接近一個固定值 2.5 (即在「第二牛頓區」)。我們的速率沒有足夠低到可以觀察到「牛頓區」。
HPAM 溶液
對於預先剪切的 HPAM 溶液，聚合物再注入速率從 2 到 8,000 立方公分/小時，轉換為通量從 0.14 到 555 英尺/天，前緣速度從 0.64 到 2,550 英尺/天。圖2中的空心圓點繪製了這種預剪切 HPAM 溶液的阻力因子。它們顯示了非常輕微的剪切稀化行為，斜率為 -0.085（冪律指數為 0.915）。因此，這種 HPAM 溶液在多孔介質中的流變學幾乎是牛頓流體。
在同一個核心中 (預先剪切 HPAM 被注入的地方)，我們使用通量值範圍從 0.14 到 1,110 英尺/天注入了新製備的 HPAM 溶液。圖 2 中的空心三角形繪製了這種未剪切聚合物的 HPAM 阻力因子。阻力因子顯示出非常輕微的剪切稀化行為，斜率為 -0.2（冪律指數為 0.8）。這種行為比預剪切 HPAM 稍微剪切稀化一些，但比黃原膠溶液少得多。
在蕞低流速 (即 0.14 英尺/天的通量) 下，未剪切 HPAM 的阻力因子是預剪切 HPAM 的 2.9 倍，但仍比黃原膠少 2.4 倍。在低通量下的較大阻力因子是理想的，因為在儲層的大部分區域流體速度較低，大多數石油將在低速度下置換。
圖 2. 核心部分 2 中阻力因子與通量的關係
在註入井周圍，流體速度通常較高，因此高速度下的阻力因子會直接影響可注入性。在通量為 550 英尺/天時，未剪切 HPAM 的阻力因子與預剪切 HPAM 的阻力因子基本相同，但比黃原膠的阻力因子高出 35%。
三、結論
使用 Teledyne ISCO 1000X 注射幫浦，我們以廣泛的速率注入黃原膠和 HPAM 溶液，以確定多孔介質中的流變特性。黃原膠溶液在多孔介質中表現出剪切稀化流變特性，而 HPAM 溶液則表現出輕微的剪切稀化。在地層深處通常經歷的低速度下，黃原膠提供的有效黏度 (多孔介質中的阻力因子) 比未剪切 HPAM 高 2.4 倍，比先透過核心以典型的近井筒通量 (139 英尺/天) 強制通過的 HPAM 高約 7 倍。
