泡沫分流特性研究

为了研究泡沫在地层中的渗流特性,对气液在地层中不同注入顺序、气液注入过程中的产出规律进行了研究,分析了泡沫产生分流效应的并联管前缘流动理论,从而得到了泡沫在多孔介质中的分流特性;同时还研究了泡沫的封堵特性,通过泡沫注入实验数据分析,指出泡沫封堵存在叠加效应的认识有待商榷。研究表明:在非均质地层中,先注入气体或先注入发泡剂溶液,泡沫都可以产生分流效应;多段塞气液交替注入后,非均质地层流出的流体流速相同;分流率相同的实质是流度相同;泡沫有效封堵时,在高低渗地层的段塞式运移速度取决于孔隙,高低渗地层速度之比是孔隙度的反比。该研究对产生泡沫的现场注入气液顺序提供了指导,认识了泡沫在多孔介质中的流动本质,可指导现场泡沫调剖驱油的生产作业。下一步还需要深入研究泡沫深部调剖的方法和泡沫叠加效应。     

氮气泡沫在多孔介质中的封堵特性及其影响因素研究

泡沫在多孔介质中的封堵特性受到许多因素的影响。利用室内物理模拟实验方法研究了气液比、渗透率、注入速率、含油饱和度、地层内残留聚合物对泡沫在多孔介质中的封堵特性的影响。结果表明,气液比在（1：1）～（3：1）之间时,泡沫在多孔介质中封堵能力最强;泡沫在多孔介质中的表观粘度随着渗透率的增大而增大,其高渗透岩心中的相对封堵强度要大于在低渗透岩心中的封堵强度;泡沫在多孔介质中的注入速率越大其阻力因子越大,泡沫的注入速率最好控制在2m／d以上;当含油饱和度大于30％时,泡沫无法形成较大的封堵压差;聚驱后残留的聚合物可以增大泡沫的封堵压差。     

气液交替注入参数的选择

采用气液交替注入技术可以提高高含水油藏的波及效率，改善油层的动用程度，达到提高原油采收率的目的。针对氮气／起泡剂溶液交替注入方式，分别在静态和动态条件下评价了起泡剂的使用浓度、注入速度、气液比、注入方式、岩心渗透率等参数对泡沫封堵性能的影响。综合评价结果表明，气液交替注入方式好于气液同时注入方式，能够在岩心中形成性能稳定的泡沫，对岩心的封堵作用较强。     

氮气泡沫体系稳定性的影响因素研究

利用填砂管研究了不同注气压差下多孔介质中泡沫的产生及其对气体阻力特性的影响,并对泡沫在烧杯及多孔介质中的稳定性进行了对比评价。结果表明,随着氮气注入压差的增加,泡沫对气体的初始残余阻力系数呈幂指数增加;而其残余阻力系数(对气和液)随时间均呈幂指数下降。泡沫在体相中的稳定性远低于多孔介质,且随着环境压力的增大,泡沫的稳定性呈线性增大。基于简单的孔隙模型分析可知,孔隙介质中良好的分散条件及在分散过程中具有的较厚液膜是其稳定性远远高于体相中的重要原因。孔隙和喉道半径比值越大,则孔隙中的气体附加压力越大,泡沫的初始残余阻力系数将越大;吼道越长,泡沫聚并的几率降低,其稳定性增大。若孔隙网络中非均质性越强,则孔隙中气体压差越大,不同孔隙中气体聚并的几率增大,泡沫的稳定变差。     

泡沫复合驱在胜利油田的应用

针对胜利油区孤岛油田中二区中部Ng3＋4油层和埕东油田西区油藏条件，进行了泡沫复合驱实验研究。封堵调剖实验表明，泡沫复合驱具有优良的封堵调剖能力，其封堵能力随渗透率增加而增大；气液共注时，阻力因子随注入量增加而持续增大，交替式注入时，阻力因子随注入量的增加波动上升，但随着注入量不断增加，两种方式均能产生较好的封堵效果；低气液比交替注入时，封堵作用表现缓慢；大段塞交替注入时，封堵效果相对较弱。驱油效率实验表明，泡沫复合驱比水驱提高采收率20％以上，发泡剂对矿化度、温度及原油性质等油藏条件改变均不敏感，适应性强。孤岛油田中二区中部Ng3＋4油层实施单井试注后，生产井增油降水效果显著，注入井吸水剖面明显改善。图5表4参14     

氮气泡沫对管外窜槽的封堵研究

针对油井出现的管外窜槽导致的水层出水问题进行了室内模拟研究,利用80cm长岩心及其并联模型进行试验以避免短岩心试验产生的端面效应,模拟油井近井地带水层通过窜槽向油层窜流及对采油的影响,并利用氮气泡沫进行封堵试验,优选了泡沫注入参数,评价了其封堵强度,注入采用气-发泡剂-气三段塞注入方式。结果表明,水气交替注入时的平衡压力和气液比对于泡沫封堵出水层位时的效果影响十分明显。     

泡沫注入方式对封堵效果的影响

比较了气液同时注入、多段塞气液交替注入、气-液-气、气-液-气（含油）、气-液-气（无发泡剂）及液-气-液注入方式对阻力因子、突破压力和封堵率的影响。结果表明,气-液-气注入方式中气体前置段塞隔离了油水层,使发泡剂性能稳定,后置气体段塞驱替泡沫进入地层深部,扩大波及体积,提高泡沫质量,突破压力最大,达1．033MPa,封堵率也最高,是最好的注入方式;多段塞气液交替注入方式可以把气体和发泡剂驱替进入地层深部,扩大泡沫波及范围,发泡剂在岩芯中吸附提高了泡沫的稳定性,但注入工序多;同时注入方式在实验室和现场都很难达到设计气液比,注入压力梯度小时没有起到封堵作用,注入压力梯度大时注入困难;液-气-液注入方式的前置段塞损失很大,后续注入的发泡剂溶液降低了泡沫质量,破坏了泡沫的稳定性和封堵能力;不加发泡剂的气-液-气注入方式形成的泡沫液膜粘度低,封堵能力较低。考察了泡沫体系中含油量对封堵效果的影响,结果表明,油的存在只是增加了油层流出速度,对封堵效率没有明显影响。     

氮气泡沫驱注入参数优化试验研究

为提高高温高矿化度中渗油藏注水开发后期的油藏原油采收率,研究优选了发泡剂浓度、气液比、注入量、注入方式、设备注入性和泡沫的封窜能力等工艺参数。实验结果表明:最佳气液比为2:1;最佳发泡剂浓度为0.5%;在气液比为2:1和发泡剂浓度0.5%的条件下,氮气泡沫注入量由0.11 PV增加到0.54 PV,采收率由20.6%增大到68.6%;水段塞与氮气泡沫段塞体积比为1:2～1:3时,最终采收率较高;在2.0 mL/min范围内,注入速度的变化对提高原油采收率的影响不明显。试注试验表明:注气设备额定压力在35 MPa以上可以满足试验区注入要求;水气交替注氮气易发生气窜;泡沫具有明显的封堵气窜和调剖作用。     

泡沫驱替过程中阻力因子与岩心气相饱和度的变化

为了解在不同注入参数下泡沫驱的气相饱和度变化规律、 深入分析泡沫渗流机理, 通过岩心驱替实验, 研究了泡沫驱替过程中注入速度、 气液比、 岩心渗透率和含油饱和度对泡沫阻力因子与岩心气相饱和度的影响, 分析了气相饱和度与封堵能力之间的关联性。结果表明, 泡沫渗流阻力因子随注入速度和渗透率的增大而增大、随气液比的增大而先增大后降低; 气液比为 1∶1～ 2∶1时, 阻力因子为 172～ 194, 泡沫封堵性能最好; 岩心含油饱和度由 0增至 65.21%时, 阻力因子从 172降至 71; 泡沫对渗透率和油水层有良好的选择性; 注入速度和气液比对岩心最高气相饱和度和水驱后气相饱和度的影响较小, 最高气相饱和度均能达到 80%以上, 水驱后气相饱和度均在 60%～75%之间; 随岩心渗透率增大, 最高气相饱和度和水驱后气相饱和度先增大后降低; 随含油饱和度的增加, 气相饱和度降低。气相饱和度与泡沫封堵能力有较好的关联性, 岩心中气相饱和度达到 60%以上时才能形成有效封堵, 阻力因子快速增加。图5表2参17     

氮气泡沫稳定性评价

通过室内实验研制并评价了现场用氮气泡沫泡沫剂体系的静态及动态稳定性,该体系适应温度小于55℃油藏使用,温度升高泡沫的稳定变差,压力升高有利于泡沫的稳定;体系受矿化度影响小,可采用现场污水配制;模拟现场动态实验,最佳气液比在1:1～2:1之间效果最佳;氮气泡沫在大孔道高渗透区的发泡能力好于小孔道低渗透区;注入速度增加,泡沫产生的阻力因子增大,在低于地层破裂压力下,应尽量提高注入速度;气液混注比气液交替注效果好,气液混注阻力因子达到100以上;气液交替注入,交替的频率越高,交替段塞越小,阻力因子越大,泡沫封堵效果越好。     

多孔介质中流动泡沫结构图像的实时采集与定量描述

在泡沫驱替实验系统基础上,研制了多孔介质中流动泡沫结构图像的实时采集实验装置,实现了在高压实验状态下岩心出口端以及中部测压点处流动泡沫微观结构的实时动态观察和图像采集。该实验装置包括气液注入、泡沫渗流模拟、图像采集和产出流体分离计量系统。同时建立了相应的泡沫结构图像处理和定量表征方法,定义了泡沫等效直径、体积比例频度分布、分布密度和非均匀度等特征参数,可对渗流过程中泡沫结构变化规律进行定量描述和统计。研究表明,泡沫体系在岩心中是逐渐趋于分布均匀和稳态的过程。泡沫驱替稳定后,距离入口端越远,泡沫体积越小,均匀度越高,泡沫越稳定,且封堵压差也越大。     

低渗油藏CO_2驱油混相条件的探讨

CO2与地层油能否达到混相状态对CO2驱油技术的应用效果有重要影响,界面张力法和细管实验法测量的最小混相压力(MMP)存在较大差异。岩心孔隙结构对原油相对体积及CO2密度的影响实验均说明,多孔介质的孔隙特征对流体物性参数产生较大影响,用细管实验MMP值作为油藏条件下CO2-原油体系MMP值的做法也需要理论完善。对影响CO2驱油混相条件的主要因素进行分析,认为岩石孔隙特征、地层压力以及注入流量对多孔介质中CO2-原油体系MMP有明显影响。渗透率下降,测量的MMP值也不同程度地降低;相对而言,平均地层压力较低的油藏,测量的MMP值也较低;对注入流量的研究认为优化流量可获得较低的MMP值。综合分析以上3个因素,初步建立计算多孔介质中CO2-原油体系MMP的方程。该研究将压力分布曲线进一步细化,补充了对不同压力间流体状态的描述。图7表1参11     

多元泡沫化学剂复合驱油数值模拟研究

对多元泡沫复合驱油进行了实验研究,分析了渗流机理、渗流规律,根据质量传输流体力学、化学动力学、物质平衡原理和泡沫上浮运动机理,建立了多元泡沫化学剂复合驱油渗流数学模型。结合实验结果建立了描述泡沫流动机理和物理化学性质的数学模型方程。实验研究表明,多元复合泡沫具有驱油、调堵及提高驱油效果的多重作用。泡沫上浮总体上有利于开采及提高油层的驱油效率。采用复合泡沫驱油对高含水油田仍有较好的驱油效果。该方法可以作为三次采油后和高含水期进一步提高采收率的有效手段。     

The Shunt Effect and the Additive Effect of Foam

Abstract

To study the seepage characteristics of foam in the formation, combining the gas-liquid injection experiment and theoretical analysis to study the shunt effect and additive effect, the authors point out that in the nonhomogeneous strata, whether the gas or foaming agent is injected first, shunt effect of foam can be generated. After alternative multislug injection, the outflow fluid velocity in nonhomogeneous strata is the same, which in fact is the same fluidity. When the foam blocks effectively, the migration velocity of the gas-liquid slug in high- and low-permeability formation is subject to the pore. The ratio of high- and low-permeability formation is inversely proportional to the porosity. The foam additive effect should be further explored.     

基于均匀设计的泡沫渗流阻力因子影响因素研究

利用均匀设计方法,通过均匀设计实验方案下的泡沫在多孔介质中的流动实验,研究了注入气液比、注入流速、渗透率对泡沫在多孔介质渗流的阻力因子的影响,用逐步回归分析方法拟合出了泡沫渗流阻力因子和各个因素的关系式,得出了各因素对泡沫渗流阻力因子的影响规律,并分析了各因素之间是否存在相互作用。结果表明,均匀设计实验方法应用于多因素多水平的实验中,可大大节省时间,减少实验次数。     

低频波对泡沫稳定性协同强化效应

为探究低频波对泡沫稳定性的协同强化规律,构建多孔介质玻璃颗粒模拟器,开展了低频波激励下泡沫在不同孔隙直径（0.541~0.657 mm）多孔介质模拟器中稳定性表征实验,结合Plateau边界流体渗流理论,建立波动条件下泡沫边界流体微渗流动力学模型。研究结果表明,振动可以提高泡沫半衰期,不同孔隙直径多孔介质模拟器中泡沫半衰期提高倍数不同且最佳振动参数不同,多孔介质模拟器孔隙直径为0.541 mm时,对应的最佳振动频率和加速度分别为30 Hz、0.7 g（g为重力加速度）,泡沫半衰期提高倍数为1.55;多孔介质模拟器孔隙直径为0.657 mm时,对应的最佳振动频率和加速度分别为35 Hz、0.5 g,泡沫半衰期提高倍数为1.38。波动流体微渗流模型揭示,低频波通过改变流体微元的移动速度、缩短流体微元的移动距离来提高泡沫稳定性。     

润湿性对模拟原油微尺度流动和渗流的影响

考察了流体在不同润湿性条件下在低渗透多孔介质微米量级孔喉中流动的渗流特性,实验研究了模拟原油（航空煤油与胜利油田原油以5∶1的体积比配制）在内径为14.9 μm、5.03 μm、2.05 μm的亲水和憎水微圆管中的流动特性。结果表明,模拟原油在5.03 μm和2.05 μm亲水和憎水微管中的流动均出现了明显的微尺度效应,流动规律均偏离经典理论,且模拟原油在亲水微管中的流量高于其在憎水微管中的值。根据微管实验数据,利用毛管束模型分析了润湿性对模拟原油在多孔介质中渗流特性的影响。在考虑微尺度效应的条件下,模拟原油在低渗透多孔介质中的流动为非线性渗流,润湿性显著影响。在其他条件相同时,模拟原油在亲水模型中的视渗透率大于其在憎水模型中的值。     

二氧化碳泡沫压裂技术在低渗透低压气藏中的应用

针对低渗透、低压气藏压裂改造中压裂液返排困难的问题,研究了CO₂泡沫压裂技术,分析了CO₂泡沫压裂过程中井筒和储层温度场变化对CO₂液气转化的影响,对提高CO₂泡沫压裂液的流变性、内相恒定与工艺措施等进行了室内研究.现场试验表明,CO₂泡沫压裂技术能减少进入地层的水基压裂液量,提供地层液体返排的能量,达到了压裂液自喷、快速、多排的目的,从而降低了压裂液对储层的二次伤害,提高了低渗透、低压气藏的压裂效果.     

ZY空气泡沫的性能及流速对渗流特性的影响

中原油田采油工程技术研究院提供的阴离子型起泡剂ZY,有效物含量30%,其最佳加量为0.5%,此时的发泡体积为400 mL,泡沫半衰期为540 s,泡沫综合指数为216 L·s,泡沫视黏度为1210 mPa·s。通过岩心驱替实验研究了渗流速率对ZY空气泡沫在孔隙介质中渗流特性的影响。结果表明,ZY空气泡沫在孔隙介质中渗流时产生泡沫的临界起泡线速度为0.3 m/d。当渗流线速度从0.3增至1 m/d时,泡沫的平均阻力系数（整支填砂管）由14增至64;渗流速度大于1 m/d后,平均阻力系数约为70,泡沫的封堵能力受渗流速率的影响较小;填砂管前端泡沫的封堵能力大于后端泡沫,泡沫在孔隙介质运移过程中不断的生成和破灭,起泡速度总是小于消泡速度,直至泡沫完全消失。