稠油熱采氮氣泡沫驅室內物模實驗研究

劉廷峰

摘 要：通過室內物理模擬實驗來研究不同注入速度、不同氣液比以及氣液分異作用對氮氣泡沫運移封堵規律的影響，從而為泡沫驅的現場實施提供理論指導。室內物理模擬表明：氣液比為1：1時，所生成氮氣泡沫穩定性最好，封堵能力最強。隨著氣液比的增大，氮氣泡沫穩定性逐漸降低，封堵壓差也隨之減小;對比泡沫靜置后上中下三層阻力因子降低程度，氣液比為1：1時阻力因子降低幅度最小，有利于減緩泡沫的重力分異作用。

關鍵詞：泡沫驅;物理模擬;二維可視平板

泡沫流體是氣體和液體在攪拌作用下生成的氣液混合物，與普通流體相比，泡沫流體具有密度小，粘度大，攜帶、懸浮能力強，漏失量少等優點;并且具有提高波及系數和洗油效率的雙重作用，化學兼容性好等特性。由于泡沫具有如此多的優良特性，其被廣泛應用于石油領域中的酸化洗井、完井作業、堵水調剖及鉆井工藝中。如泡沫驅油技術、泡沫堵水調剖技術。

本文通過室內物理模擬實驗方法來研究泡沫流體在不同注入速度、不同氣液比及重力作用下的運移封堵規律，從而指導優化氮氣泡沫驅現場施工參數設計。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

本實驗采用一維線性與二維平板兩種泡沫評價模型。一維線性模型為通常所用單管模型，即直徑為25mm，長度為60mm的圓形長管。主要用來進行泡沫驅單因素影響分析。二維平板模型為厚度1.5mm，寬度300mm，長度800mm的平板模型，共布置15個測壓口，12個取樣口，模型上覆20mm厚鋼化玻璃，可以直觀查看模型內部流體運移情況。主要用來進行泡沫驅重力影響因素分析。

1.2 實驗方法及步驟

通過測定封堵壓差及阻力因子，評價泡沫封堵效果。具體操作步驟為：

①篩選石英砂，選取相同目數的砂粒，裝填模型;

②填砂管模型抽真空，并將其充分飽和水，測定滲透率;

③準備氮氣及泡沫劑，根據方案要求，制備不同的泡沫體系;

④根據不同實驗方案，進行氮氣泡沫驅實驗，并記錄壓力變化。

2 實驗結果

2.1 注入速度對泡沫運移封堵效果影響

隨著注入速度的增大，封堵壓差呈現先升高后降低的趨勢。注入速度1mL/min時，封堵壓差為1.5MPa，3mL/min時為2.8MPa，5mL/min時，為4.1MPa，8mL/min時，為3.0MPa。分析其原因為注入速度低時，泡沫作為流體，流動時的流動壓力也低。當注入速度高時，泡沫來不及形成穩定的泡沫就被排出，因此形成的封堵壓力也比較低。

2.2 氣液比對泡沫運移封堵效果影響

封堵壓差曲線隨著氣液比的不同呈現先增大后減小的趨勢。當氣液比較低時，封堵壓差隨著氣液比的增大而增大。當氣液比較高時，封堵壓差隨著氣液比的增大而減小。注入速度5mL/min，氣液比0.25：1時，封堵壓差為2.4MPa，氣液比為1：1時，為4.2MPa，氣液比2：1時，為3.8MPa，氣液比4：1時，為2.8MPa。由此可以得出，氣液比為1：1時，氮氣泡沫的穩定性及封堵能力最強。隨著氣液比的逐漸增大，泡沫的穩定性及封堵能力逐漸變弱。

2.3 氣液分異作用對泡沫運移封堵效果影響

實驗觀察發現，泡沫的擴展規律為以不規則的半球面形向模型內部擴張，并且泡沫向模型中上部的運移速度要大于向模型中下層的運移速度，分析其原因主要為重力影響。在密度差的作用下，泡沫易于向中上層運移，在中上層大量富集起到封堵作用，而后，再逐步向中下層運移。由此可以得出重力對泡沫的運移封堵效果具有很大的影響。測試不同氣液比條件下二維平板模型上中下三層阻力因子的下降幅度發現，當氣液比為1：1時，上中下三層阻力因子下降幅度最小，因此氣液比1：1有利于減緩泡沫的重力分異作用。

3 結論及認識

①封堵壓差隨氣液比的增加呈現先增大后減小的趨勢。氣液比為1：1時，所生成氮氣泡沫穩定性最好，封堵能力最強。隨著氣液比的增大，氮氣泡沫的穩定性和封堵能力也逐漸減弱;

②泡沫在氣液密度差的影響下，易于向中上層運移，因此泡沫在中上層的富集程度大于中下層的富集程度;

③泡沫驅結束后將模型靜置，然后水驅，測定上中下三層阻力因子變化情況。對比發現上中下三層阻力因子都出現了不同程度的降低，降低幅度為0.5：1>2：1>1：1。因此氣液比1：1有利于減緩泡沫的重力分異作用。考慮到泡沫封堵效果，選取氣液比1：1。

參考文獻：

[1]廖廣志.常規泡沫驅油技術[M].北京：石油工業出版社，1999.

[2]繩德強.蒸汽/泡沫提高稠油采收率技術的試驗研究[J].鉆采工藝，1996，19（4）：29-33.

[3]曹嫣鑌，劉冬青，唐培忠，等.利用泡沫改善稠油熱采油藏多輪次吞吐后開發效果的技術研究[J].石油天然氣學報，2005，27（4）：496-499.

[4]謝桂學.低氣液比泡沫驅的室內物理模擬研究[J].石油地質與工程，2011，25（5）：115-120.