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泡沫驱渗流特征的实验和模拟研究

杜庆军  
【摘要】: 我国对石油能源的需求日益增长,而石油勘探的难度不断增加,提高已开发油田的原油采收率日趋重要。泡沫驱油技术以泡沫独特的性质,能够有效地提高原油采收率,是一种正处于迅速发展阶段的新型三次采油技术。然而,泡沫驱油体系在多孔介质中的渗流机理十分复杂,准确合理地认识和描述其渗流特征和驱油机理是决定该体系具有更强的油藏适应性和矿场增油效果的关键问题。开展泡沫驱油渗流特征的基础研究具有重要的现实意义和理论价值。 本文利用比较先进的美国TEMECO公司的泡沫驱替实验系统进行了无油模型和含油模型中单一泡沫和强化泡沫驱油体系渗流特征的物理模拟研究,讨论了气液比、注入方式、聚合物及渗透率等参数对泡沫封堵效果的影响。分别建立了基于分流理论的解析模型和基于泡沫组分物质的量守恒的描述强化泡沫驱渗流的数学模型,提出了由具有明确物理意义的参数确定的泡沫生成速度、自然破灭速度、遇油破灭速度表征模型,并进行了数值模拟研究。首次提出强化泡沫驱实验参数的多级拟合研究思路,达到了尽可能地降低或消除待定参数的多解性,实现物理模拟和数学模拟有机结合的目的。在此基础上,研究了泡沫生成速度、自然破灭速度、遇油破灭速度的分布及运移机制,描述了泡沫在多孔介质中渗流的分区规律,系统分析了强化泡沫驱油渗流特征。以气相中泡沫浓度表征泡沫稳定性,讨论了泡沫稳定性的影响因素,分析了强化泡沫驱油效果与泡沫稳定性的关系,认识了高效强化泡沫驱油机理,有助于进一步完善和发展泡沫驱渗流理论,改善强化泡沫驱效果,从而提高原油采收率。 研究结果表明:强化泡沫体系中聚合物通过降低遇油破灭速度起到复合增效作用,增强泡沫遇油稳定性,大幅提高原油采收率。无油条件下,泡沫在多孔介质中具有活塞式驱替特征;含油条件下,泡沫驱替过程中存在生长区、稳态区、衰减区三部分。从驱油机理来看,泡沫驱是动态平衡过程,前缘破灭泡沫能够由后续稳定泡沫不断补充,后续水驱阶段泡沫仍能够稳定存在并向前推进。注泡沫阶段主要是以“调剖”机理为主,在纵向上扩大了波及体积;含水恢复阶段以“增加平面波及面积”机理为主。在诸多油藏参数和注入参数中,影响泡沫驱增油效果较明显的依次为段塞长度、原油粘度、气液比、注入时机等;影响泡沫稳定性的依次是气液比、聚合物浓度、变异系数等。


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