低張力泡沫體系再生動(dòng)力學(xué)研究

周宏斌（中石化勝利油田分公司工程技術(shù)管理中心，山東 東營 257001）

1 研究的目的意義

我國的東部石油已經(jīng)進(jìn)入到了開發(fā)的中后期，石油的產(chǎn)出呈現(xiàn)出高含水和高采出的雙高階段，石油之間的非均質(zhì)性就會(huì)受到越來越嚴(yán)重的影響。采取怎樣的措施提高最終石油的采收率是未來石油采集發(fā)展的一個(gè)方向。國內(nèi)外學(xué)者針對提高石油的采收率做了大量的研究工作。目前工程上主要通過提高石油的驅(qū)油效率來提高石油的采收率，這樣就可以大大地提升石油的采收率，另外一種途徑就是增大石油各個(gè)油層之間的波及體積，以便可以增加對剩余油的采出程度。但是石油泡沫之間存在一定的多孔介質(zhì)限定，在介質(zhì)生成和破滅的過程中，受到運(yùn)移機(jī)理等多種因素的影響，泡沫在多孔介質(zhì)中的再生規(guī)律不明顯。而現(xiàn)在國內(nèi)外關(guān)于石油在低張力泡沫體系再生動(dòng)力學(xué)的研究相對不成熟，石油泡沫中的低張力性能、石油的微觀生成等因素大大地影響了石油介質(zhì)的運(yùn)移規(guī)律，因此針對石油中低張力泡沫體系在多介質(zhì)中再生規(guī)律的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 氣液比對低張力泡沫體系泡沫生成的影響

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者針對微觀滲流機(jī)理的研究較多，而針對多孔介質(zhì)的空隙收斂及石油介質(zhì)發(fā)展結(jié)構(gòu)的泡沫生成研究較少，石油介質(zhì)中的發(fā)散結(jié)構(gòu)對泡沫的生成與合并具有重要影響。

圖1 氣液比對泡沫流動(dòng)阻力的影響曲線

從圖1可以明顯看到，泡沫在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)阻力隨著石油中的氣液比的增加而呈現(xiàn)一種先增加后減小的趨勢，同時(shí)在高位點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)一種臨界的毛管力，使得氣液比較小，整個(gè)石油的氣相含量較低，多種介質(zhì)中形成的泡沫數(shù)量較少。

圖2實(shí)驗(yàn)裝置圖

3 滲透率對低張力泡沫體系泡沫生成的影響

石油內(nèi)部介質(zhì)的泡沫大小會(huì)受到石油內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)以及孔道的大小和平均空隙直徑的影響，在面對多孔介質(zhì)時(shí)需要考慮石油的表征空隙結(jié)構(gòu)。因此加強(qiáng)對石油滲透率的研究以及對泡沫的滲流阻力的研究具有重要意義。本文模擬石油中的泡沫在不同的滲透率下的影響的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，其試驗(yàn)裝置如圖2所示。

(1)氣液兩相流條件下阻力因子隨滲透率的變化

圖3 阻力因子與巖心滲透率關(guān)系曲線

從圖3 中可以明顯看到，石油中的氣液兩相流阻力隨著滲透率的增加而逐漸減小，但是總體是一種下降的趨勢，這可能是由于石油中存在的阻力變化比較小。

(2)泡沫阻力因子在氣相條件下隨滲透率的變化

通過試驗(yàn)可知，石油中阻力因子隨著滲透率的增加而呈現(xiàn)一種先增加后降低的趨勢，在2250×10-3μm左右時(shí)泡沫的封堵性能開始出現(xiàn)下降趨勢，在相同的氣液比之下，由于石油的毛管力較大，泡沫容易破滅，同時(shí)泡沫的穩(wěn)定性比較差，隨著滲透率的增加，整個(gè)泡沫的毛管力逐漸降低，泡沫的穩(wěn)定得到增強(qiáng)。

4 流速對泡沫生成狀態(tài)的影響

通過可視化試驗(yàn)，分析了不同流速狀態(tài)下泡沫的生成過程，觀測泡沫生成后狀態(tài)。通過試驗(yàn)圖可以明顯看到，隨著注入速度的增加，泡沫的生成數(shù)量也在不斷增加，但是泡沫的尺寸在變小，分布得更加細(xì)致和均勻。隨著注入速度的增加，存在一個(gè)最佳的注入速度使泡沫的生成狀態(tài)最佳，同時(shí)在該注入速度下，氣泡所形成的多孔介質(zhì)排列緊密，呈現(xiàn)一種多邊形堆積的狀態(tài)，該石油所表現(xiàn)出的粘度也在不斷增大。通過試驗(yàn)可以得到，隨著注入速度的不斷增大，滲流的阻力也在不斷增大。

5 結(jié)語

文章通過可視化的試驗(yàn)研究，分析了泡沫在多孔介質(zhì)中的分布狀態(tài)和轉(zhuǎn)移情況。石油在氣液兩相流狀態(tài)下很難形成穩(wěn)定的狀態(tài)下，多孔介質(zhì)的流動(dòng)阻力相對比較低。在較小的注入速度下，巖心雖然能夠產(chǎn)生一定的泡沫，但是所產(chǎn)生的泡沫很少，并且流動(dòng)的阻力也比較低，并不能形成一種很有效的封堵，但是隨著注入速度的不斷增加，泡沫的生成數(shù)量在不斷增加，整個(gè)介質(zhì)的封堵性能則不斷提高。