Flow of Oil and Water Through Elastic Polymer Gels
Écoulement de pétrole et d'eau à travers des gels de polymère élastiques
1
Imperial College
2
University of West Indies
High water production is one of the major problems faced by the petroleum industry. One method of controlling water production is to inject polymer gels into the near-wellbore formation. Unfortunately, polymer gel injections are not always successful, in part because the exact mechanisms by which they reduce water permeability more than oil permeability (i. e. , Disproportionate Permeability Reduction, DPR) are not understood. We have conducted a series of experiments on flow of water and oil through bulk polymer gels and through polymer-filled micromodels to elucidate the fundamental mechanisms involved in DPR. Flow experiments of oil and water through weak polyacrylamide-based gels have been performed to obtain the gel permeabilities under different test conditions. Oil and water permeabilities through the gel were each found to vary with flow rate according to a power-law, but with different pre-factors and exponents. The micro-scale flow experiments were conducted in transparent glass models to visualise clearly the flow events. Our observations enabled us to discount many previously-proposed explanations, and identify the fact that the oil and water can travel through the same pore channels, but in ways that differ, particularly at the pore scale. Water flows through the gel matrix as if flowing by diffusive flow through a porous medium, whereas the oil pushes its way in the form of immiscible drops or filaments. This difference in flow regime gives rise to the measured disproportionate permeability reduction.
Résumé
La production massive d'eau associée à l'exploitation des puits compte parmi les problèmes majeurs que connaît l'industrie pétrolière. Une des méthodes de contrôle de la production d'eau à avoir été utilisée avec succès est l'injection de gels de polymère aux abords du puits. Malheureusement, l'injection de gels de polymère n'est pas toujours synonyme de réussite. Ceci s'explique en partie par une connaissance incomplète des mécanismes réduisant la perméabilité de l'eau plus fortement que celle du pétrole (réduction disproportionnée de la perméabilité). Nous avons réalisé une série d'expérimentations sur l'écoulement d'eau et de pétrole à travers un volume de gel de polymère et un micromodèle rempli de gels de polymère, afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la réduction disproportionnée de la perméabilité. Des écoulements expérimentaux à travers des polyacrylamides gels faibles ont été effectués dans le but d'obtenir les perméabilités du gel à des conditions différentes. Les perméabilités respectives du pétrole et de l'eau à travers le gel de polymère s'avèrent dépendantes du débit suivant une fonction puissance, mais avec des pré-facteurs et des exposants différents. Les expérimentations d'écoulement à l'échelle microscopique ont été menées dans des modèles de verre transparent afin de visualiser distinctivement l'écoulement. Nos observations nous ont permis d'éliminer plusieurs explications proposées auparavant et d'identifier le fait que le pétrole et l'eau peuvent se déplacer à travers les mêmes canaux, mais de manière différente, plus particulièrement à l'échelle des pores. L'eau s'écoule à travers le gel de polymère comme si elle s'écoulait de manière diffusive dans le milieu poreux, alors que le pétrole trouve un chemin sous forme de gouttes immiscibles ou filaments. Cette différence de régime d'écoulement donne lieu à une réduction disproportionnée de la perméabilité.
© IFP, 2001