利用热聚合物驱油技术回收重油：关于驱油机理和注入模式的模拟研究

《Fuel Communications》：Heavy oil recovery using hot polymer flooding: simulation studies on mechanisms and injection patterns

热聚合物驱油技术通过加热聚合物溶液（约60℃）降低高粘度原油（>1000 cp）粘度，减少聚合物用量并抑制粘性指状前缘。研究基于UTCHEM模拟器，发现垂直5点井模式中90天热水预加热未能有效提升热聚合物采收率（与冷聚合物相当），因热前沿滞后于聚合物前沿。改用水平井配置后，热聚合物采收率较冷聚合物提高6.5% OOIP。聚合物浓度从1000 ppm增至3000 ppm可使垂直井5点模式采收率从65%提升至84%。研究首次将粘性指状前缘效应纳入热聚合物模拟，揭示温度场与聚合物运移的耦合关系。

　　热驱油技术在地下油藏中广泛用于开采高粘度的原油，但该过程存在诸多挑战，如高温下的热量损失、焦化现象以及高碳排放等问题。相比之下，聚合物驱油技术通常适用于粘度低于100厘泊（cp）的油藏，其通过增加注入流体的粘度来改善驱油效率，提高油藏的扫油效果。然而，当油藏的粘度超过1000 cp时，聚合物驱油的效果受到限制，因为高粘度的油会导致较低的扫油效率，并且需要大量的聚合物来防止指进现象（viscous fingering）。

为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的热聚合物驱油技术。该技术通过将聚合物溶液加热至中等温度（约140°F或60°C），从而降低油的粘度，减少对聚合物的需求，同时提高注入流体的流速。与传统的蒸汽驱油技术相比，热聚合物驱油技术的温度较低，因此在加热成本和热量损失方面更具优势。然而，该技术的可行性和经济性仍存在不确定性。

本研究旨在评估热聚合物驱油技术在薄层、浅层、高粘度油藏中的应用效果，并通过机制性数值模拟器UTCHEM进行研究。UTCHEM是由Pope及其团队开发的，专门用于模拟化学驱油过程。该模拟器已集成聚合物流变模型，并在近期加入了温度对聚合物流变性能的影响。此外，UTCHEM还包含了能量平衡模块和非混相指进模型，这些模型在研究过程中被用于描述微观尺度的指进现象以及热传导过程。

本研究构建了一个基于Solairaj等人研究的油藏模型，并在不同的井配置下进行了模拟。其中包括垂直井和水平井的五点模式（5-spot pattern）以及线性驱油模式（line drive）。在所有热聚合物驱油或水驱场景中，均采用了为期90天的热水预热阶段。研究结果表明，热聚合物驱油技术能够显著降低油与聚合物溶液之间的粘度比，从50降至10。然而，在垂直五点模式下，由于热前沿滞后于聚合物前沿，热聚合物驱油的采收率并未显著高于冷聚合物驱油。

相比之下，在水平井的五点模式中，热聚合物驱油技术表现出更好的效果。在该模式下，预热阶段的热量输入增加，从而提高了驱油效率。研究结果显示，在水平井的七点模式（Pattern 7）中，热聚合物驱油的采收率比冷聚合物驱油高出约6.5%。此外，研究还发现，聚合物浓度的增加有助于提高采收率。在垂直井的五点模式中，当聚合物浓度从1000 ppm增加到3000 ppm时，采收率从65%提升至84%。

研究还强调了油藏特性对热聚合物驱油技术的影响。例如，在浅层油藏中，由于注入压力较低，可能需要采用水平井来增加热量输入，从而提高油藏的温度，使其更适用于热聚合物驱油。此外，油藏的非均质性也对驱油效果产生重要影响。研究发现，在热聚合物驱油过程中，指进现象对热传导有显著影响，因此在模型中考虑了这一点。

本研究首次在热聚合物驱油模拟中引入了指进模型，填补了现有研究在该领域的空白。研究结果表明，热聚合物驱油技术在提高扫油效率和采收率方面具有潜力，但在实际应用中仍需克服一些关键挑战，如热量输入的控制、聚合物的运输效率以及油藏的非均质性对驱油过程的影响。这些发现为未来热聚合物驱油技术的优化和推广提供了重要的参考依据。