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乳状液在孔隙介质中渗流规律的研究

李学文  
【摘要】:本文研究乳状液在孔隙介质渗流过程中压力梯度对孔隙介质渗透率的影响规律。 在石油开发中,有些原油是以乳状液形式采出的,许多提高石油采收率的过程都有乳状液的出现及其渗流问题,乳状液在孔隙介质中的渗流规律是石油工业的一个重要问题,对其规律的深入研究具有非常重要的意义。本文研究了乳状液渗流的特性,并从其流动特性来考虑如何进一步提高石油采收率。通过实验具体研究了在恒定压力梯度作用下,孔隙介质的渗透率随注入孔隙体积倍数而变化的规律,研究了压力梯度的改变对孔隙介质渗透率的影响以及乳滴大小、界面张力对渗透率变化的影响规律。主要完成了以下研究内容: 对乳状液在孔隙介质中渗流的微观机理和物理机制进行了研究。研究制作了填砂微观观察模型和填砂光刻玻璃微观观察模型。利用这些模型,对乳状液在孔隙介质中渗流的过程进行了直接观察,得出了乳状液在孔隙介质中渗流的微观机理,并取得了乳状液渗流的照片。结果表明:孔隙介质渗透率下降的原因是乳滴在孔隙介质中的滞留;乳滴在孔隙介质中的滞留主要有在孔隙喉道处的卡堵和在孔隙介质表面的附着;滞留在孔隙介质中的乳滴在一定的压力梯度作用下可以重新启动。 实验研究了在恒定压力梯度条件下,孔隙介质的渗透率随注入孔隙体积倍数变化的规律。用不同渗透率的岩芯进行了乳状液在岩芯中的渗流实验,测定了岩芯在不同注入孔隙体积倍数时的渗透率,得出了在恒定压力梯度条件下岩芯渗透率随乳状液注入孔隙体积倍数的增加而下降的规律。 实验研究了压力梯度的改变对孔隙介质渗透率的影响规律。分别选取不同的恒定压力梯度,进行了乳状液在岩芯中的渗流实验,测定了在不同注入孔隙体积倍数时岩芯的渗透率。实验结果表明:岩芯渗透率下降的程度与压力梯度有关,随着压力梯度的增大,岩芯渗透率下降的程度降低。 实验研究了在相同和不同压力梯度条件下乳滴大小和界面张力对孔隙介质渗透率变化的影响规律。在恒定压力梯度条件下,分别用界面张力相同、乳滴大小不同的乳状液和乳滴大小相同、界面张力不同的乳状液进行了岩芯渗流实验。实验结果表明:在恒定压力梯度条件下,岩芯渗透率的变化程度与乳滴大小、界面张力有关。乳状液的乳滴越大,孔隙介质的渗透率下降程度越大;乳状液的界面张力越大,孔隙介质的渗透率下降的程度越大。 理论研究了在相同和不同压力梯度条件下乳滴大小和毛管数对孔隙介质渗透率的影响规律。用乳状液渗流的“过滤模型”计算了在恒定压力梯度条件下孔隙介质渗透率随注入孔隙体积倍数变化的规律、乳状液乳滴大小对孔隙介质渗透率的影响规律、毛管数对孔隙介质渗透率的影响规律。计算结果表明:在恒定压力梯度条件下,孔隙介质渗透率的变化程度和乳滴大小、界面张力有关,乳滴越大孔隙介质渗透率下降越严重,毛管数越小孔隙介质渗透率下降越严重。这些结论和实验结果一致。 用新的数学模型理论研究了在相同和不同压力梯度条件下孔隙介质渗透率的变化规律。建立了新的含有滞留乳滴重新启动因子的数学模型,并利用该数学模型对乳状液在孔隙介质中的渗流问题进行了理论计算。该数学模型考虑了在孔隙介质中滞留的乳滴在一定压力梯度下重新启动的机理。用数值优化、参数查找方法进行了数值计算,将乳状液渗流微分方程的数值积分和数值优化技术联合编程,成功地求解了乳状液在孔隙介质中的渗流行为。 从实验研究和理论分析两方面证明了,在乳液流情况下,孔隙介质的渗透率和压力梯度有关;孔隙介质渗透率的变化程度与乳滴大小和界面张力有关。本文从乳状液渗流的特点来考虑提高石油采收率,是一种全新的三次采油方法。


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