聚驱过程中滞留油迁移相界面热力学研究

论文摘要

针对聚合物溶液驱替水驱滞留油过程中,相界面域流体的流动型态演变的问题,本文在聚合物溶液黏弹性提高微观驱油效率机理的基础上,运用高分子热力学、相界面热力学及现代热力学理论研究聚合物溶液与油水界面间的能量转换,研究聚合物溶液对油水界面的拉拽作用,分析可视实验中油丝的生成、断裂、聚并现象,取得了如下的研究成果:玻璃刻蚀薄片可视驱油实验及油水界面变形运移可视实验表明:滞留油的局部突起、增长、拉伸成油丝,油丝断裂、迅速回缩成小油滴,及不同小油滴的逐渐聚并,这是一个非平衡态不可逆过程。整个过程中每一环节界面形态的变化都是相界面能量转换的结果。聚合物高分子溶液具有网链结构,运动中显示出的黏弹效应直接关系相界面能量转换。在一定条件下,加大聚合物溶液的流速、增加聚合物溶液的浓度、提高聚合物分子量或降低油水界面张力均可使油水界面变形程度加大。聚合物岩心驱油过程是一个热力学开放物系,聚合物激活、迁移岩心水驱滞留油过程是一个油相由静止变为运动的非平衡过程。聚合物分子网链结构在通过岩心时发生形变,引起聚合物溶液自由能的变化。环境对岩心物系所做的功转化成聚合物溶液的内摩擦热及自由能变。分子量大、浓度高的聚合物溶液岩心压降高于分子量小、浓度低的聚合物溶液岩心压降。聚合物溶液流量的增加和岩心渗透率的降低均能加大聚合物分子网链的形变程度,增大溶液自由能变,增大聚合物溶液岩心压降。聚合物溶液在非平衡定态岩心稳流过程中遵循热力学能量守恒定律,物系自由能转变是聚合物溶液压能、动能、位能、流体相间的亲和势能及摩擦热的总和,并受油藏孔隙大小、分布特征的影响。在聚合物浓溶液中,聚合物高分子链彼此贯穿相互缠结形成分子网链结构,聚合物溶液自由能变与单位体积高分子交联网链数成正比,发生同样形变程度的聚合物溶液,其交联网链数密度越大,溶液的自由能变也越大。聚合物分子链构象变化能引起流体熵值的变化,依据热力学理论分析聚合物驱油过程中物系的熵产生,可以判定出物系从非平衡态向平衡态转化的方向。在恒温恒容条件下,可用自由能变和熵变判断聚合物驱油的程度,物系自由能平衡理论深化了聚合物溶液在油水相界面区域的流变学理论,认识岩心物系熵变是提高聚合物微观驱油效率关键所在。聚合物溶液流动时,环境做的功能使聚合物分子网链结构发生拉伸、剪切等形变,使聚合物分子熵值减少,环境做的功一部分转化成了溶液自由能,而另一部分则消失在黏性耗散之中。聚合物溶液的自由能变联系着聚合物分子网链结构变形的回复推动力,即热力学力。聚合物溶液的拉伸应力是流体自由能对拉伸长度的导数,聚合物溶液的剪切应力

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 研究现状及应用概况
• 1.2.1 聚合物溶液流变学分子理论与黏弹性
• 1.2.2 聚合物溶液在多孔介质中的渗流压降
• 1.2.3 聚合物溶液的热力学理论
• 1.2.4 界面热力学理论
• 1.2.5 现代热力学理论
• 1.2.6 聚合物驱替油机理研究最新进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 聚合物驱动水驱滞留油过程实验研究
• 2.1 聚合物驱油基本原理
• 2.1.1 原油采收率
• 2.1.2 流度比
• 2.1.3 残余阻力系数
• 2.2 聚驱滞留油磨片荧光实验
• 2.2.1 天然岩心驱油实验
• 2.2.2 滞留油荧光饱和度分析
• 2.2.3 微观滞留油类型荧光分析
• 2.3 玻璃刻蚀薄片可视驱油实验
• 2.3.1 聚合物驱替亲水岩石孔隙内油滴移动过程
• 2.3.2 聚合物驱替岩石孔隙中簇状滞留油移动过程
• 2.3.3 聚驱油流新通道－－“油丝”通道
• 2.4 油水界面变形运移可视实验
• 2.4.1 油滴上浮界面变形运移实验
• 2.4.2 孔喉处油滴界面变形运移实验
• 2.4.3 油水圆弧界面变形运移实验
• 第三章 聚合物溶液自由能变热力学分析
• 3.1 经典热力学基础
• 3.1.1 热力学基本定律的数学表达式
• 3.1.2 经典的平衡热力学
• 3.1.3 平衡的判据
• 3.2 现代热力学基础
• 3.2.1 现代热力学基本定律的普适数学表达式
• 3.2.2 现代热力学的若干基础概念
• 3.2.3 熵产生的计算
• 3.3 高分子热力学基础
• 3.3.1 聚合物的类型和结构
• 3.3.2 聚合物分子链的构象分布函数
• 3.3.3 高分子链的熵变与自由能变
• 3.3.4 聚合物分子网链熵变与自由能变
• 3.4 聚合物溶液非平衡热力学力
• 3.4.1 聚合物溶液非平衡热力学力
• 3.4.2 聚合物溶液流变方式
• 3.5 聚合物溶液压降热力学方程
• 3.5.1 非平衡定态岩心稳流过程
• 3.5.2 非平衡定态岩心稳流过程压降热力学方程
• 3.6 聚合物溶液在多孔介质中的压降实验
• 3.6.1 实验材料和实验装置
• 3.6.2 实验流程和实验方案
• 3.6.3 实验结果
• 第四章 聚合物驱动水驱滞留油过程热力学分析
• 4.1 界面热力学基础
• 4.1.1 界面张力
• 4.1.2 界面张力热力学分析
• 4.1.3 界面张力力学分析
• 4.2 聚合物溶液基本性质
• 4.2.1 聚合物溶液流变曲线
• 4.2.2 聚合物溶液储能模量和损耗模量
• 4.3 聚驱岩心体积微元内自由能平衡
• 4.4 聚驱油水界面运移热力学分析
• 4.4.1 聚合物溶液对油水界面的携带实验
• 4.4.2 体积微元油水界面形变分析
• 4.4.3 油水界面突起附加压力分析
• 4.4.4 油水界面剪切摩擦作用分析
• 4.4.5 聚驱滞留油聚并迁移分析
• 4.5 聚合物溶液岩心驱油效率实验
• 4.5.1 不同流速下聚合物溶液对驱油效率的影响
• 4.5.2 不同分子量的聚合物溶液对驱油效率的影响
• 4.5.3 不同浓度的聚合物溶液对驱油效率的影响
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的文章
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