盛 強(qiáng)，郭 平，陳 靜，杜建芬，王玉華

(1.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000; 2.油氣藏地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

多孔介質(zhì)中泡沫的直觀特征研究

盛 強(qiáng)1，郭 平1，陳 靜2，杜建芬2，王玉華1

(1.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000; 2.油氣藏地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

為了評(píng)價(jià)泡沫在多孔介質(zhì)中的穩(wěn)定性，借助可視化微觀模型驅(qū)替裝置，利用圖像采集系統(tǒng)，通過對(duì)大量圖片進(jìn)行分析，研究了水濕和油濕介質(zhì)中不同壓力下單一泡沫體系、復(fù)合泡沫體系在多孔介質(zhì)中的穩(wěn)定性以及泡沫的形成與衰變機(jī)理。結(jié)果顯示，單一泡沫體系和復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中形成的泡沫穩(wěn)定性均較好，泡沫形成較為容易;同等條件下泡沫體系在油濕介質(zhì)中泡沫的形成較水濕介質(zhì)中困難，泡沫穩(wěn)定性較水濕介質(zhì)中差;壓力相同時(shí)，水濕介質(zhì)和油濕介質(zhì)中添加了高聚物的復(fù)合泡沫體系比單一泡沫體系泡沫穩(wěn)定性好。

高壓;多孔介質(zhì);泡沫;起泡能力;穩(wěn)定性

引言

泡沫驅(qū)油作為一項(xiàng)先進(jìn)的提高采收率工藝方法在油氣田開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用［1－2］。泡沫流體性質(zhì)較為特殊，在多孔介質(zhì)中的穩(wěn)定性及流變性較為復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)泡沫驅(qū)油機(jī)理的研究取得了一系列的成果，但仍有很多的不足［3－5］。國(guó)內(nèi)由于研究起步較晚，且受實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件的限制，對(duì)泡沫驅(qū)油機(jī)理的研究相當(dāng)欠缺。多孔介質(zhì)中泡沫的穩(wěn)定性較為復(fù)雜，其影響因素主要包括液膜性質(zhì)、溫度、壓力以及原油的加入［5－11］，在運(yùn)動(dòng)過程中沖壓、擠壓、摩擦同樣影響其穩(wěn)定性。采用高壓可視化微觀模型驅(qū)替裝置，利用圖像采集系統(tǒng)，可清晰直觀地研究水濕和油濕介質(zhì)中不同壓力下單一泡沫體系、復(fù)合泡沫體系泡沫的形成及衰變情況。

1 實(shí)驗(yàn)方法

(1)水濕介質(zhì)制作:用石英砂粘接在玻璃片上。

(2)油濕介質(zhì)制作:將石英砂浸泡在油里30 d以上，再粘接在玻璃片上。

(3)將模型介質(zhì)放入微觀模型夾持器中，然后加圍壓。先注入配制好的泡沫劑溶液，使其充分飽和模型，同時(shí)將氣體注入模型中，液體和氣體同時(shí)注入并保持內(nèi)壓為要求的壓力(1 MPa或 10 MPa)。在模型的進(jìn)、出口形成0.1 MPa的壓差進(jìn)行驅(qū)替，在多孔介質(zhì)中形成泡沫。

(4)泡沫在多孔介質(zhì)中形成后，關(guān)閉模型夾持器的進(jìn)、出口閥門，通過可視化微觀模型連接計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)控和拍攝泡沫在多孔介質(zhì)中的產(chǎn)生、破滅、運(yùn)移等直觀特征。觀察泡沫在多孔介質(zhì)中的形態(tài)隨時(shí)間的變化情況。由于觀察的時(shí)間較長(zhǎng)，在采集數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)置100 s采集1幅圖像。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及流程

多孔介質(zhì)中泡沫的形成及衰變實(shí)驗(yàn)研究是在高壓可視化微觀驅(qū)替模型中進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)儀器及流程見圖1。

3 實(shí)驗(yàn)條件及藥品

①實(shí)驗(yàn)壓力為1、10 MPa;② 實(shí)驗(yàn)溫度為常溫;③實(shí)驗(yàn)氣體為氮?dú)?④泡沫劑為DP－4;⑤復(fù)合泡沫體系為0.5%DP－4泡沫劑+1 800 mg/L聚合物MO－4000;⑥單一泡沫體系為地層水(模擬水 礦化度為6 227 mg/L，二價(jià)離子含量為130 mg/L) +DP－4泡沫劑，配比為0.5%DP－4泡沫劑。

圖1 可視化微觀模型實(shí)驗(yàn)流程

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 單一泡沫體系在水濕介質(zhì)中泡沫的形成與破滅

在1、10 MPa下單一泡沫體系在水濕介質(zhì)中形成的泡沫狀態(tài)對(duì)比結(jié)果見圖2。

可以看出，在10 MPa下單一泡沫體系在水濕介質(zhì)中經(jīng)過20 min后，泡沫劑生成的泡沫比1 MPa下更加豐富，泡沫平均尺寸也較1 MPa下要小很多。由于10 MPa下泡沫半徑小且非常豐富，故圖片透光性比1 MPa要低;靜置觀察24 h后，1 MPa下小孔隙中的泡沫很多都破滅了，大孔隙中的小泡沫逐漸變成大泡沫，而在10 MPa下小孔隙中的細(xì)小泡沫逐漸變成較大泡沫仍穩(wěn)定存在，大孔隙中的較大泡沫逐漸變成幾個(gè)很大的泡沫;靜置觀察48 h后，1 MPa下小孔隙中的泡沫基本全部破滅，大孔隙中泡沫較上個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒有很大變化，而10 MPa下，整個(gè)孔隙介質(zhì)中的泡沫較上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒有很明顯變化。研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑溶液的表面張力在壓力高時(shí)通常會(huì)降低。其原因在于壓力升高，氣體和液體間密度差降低，同時(shí)吸附在氣－液界面上的氣體和表面活性劑也會(huì)增加，2個(gè)方面共同作用使得溶液表面張力降低，泡沫穩(wěn)定性升高。泡沫在不同壓力下穩(wěn)定性不同，壓力越大，泡沫越穩(wěn)定。這是因?yàn)榕菽|(zhì)量一定時(shí)，壓力越大，泡沫半徑越小，泡膜的面積越大，液膜變得越薄，排液速度越低。

圖2 單一泡沫體系的變化情況

4.2 復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中泡沫的形成與破滅

在1、10 MPa下，對(duì)復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中形成的泡沫狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，在2種壓力下，復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中經(jīng)過10 min后，生成的泡沫量不同。其中10 MPa下的泡沫劑生成泡沫更加豐富，半徑較1 MPa下要小很多;經(jīng)過36 h后，1 MPa下小孔隙中的泡沫基本全部破滅，大孔隙中的部分大泡沫也破滅了，而在10 MPa下整個(gè)孔隙介質(zhì)中的泡沫較上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒有很明顯變化，僅部分小泡沫破滅。

4.3 水濕介質(zhì)中單一泡沫和復(fù)合泡沫性能比較

為比較相同條件下單一泡沫和復(fù)合泡沫在水濕介質(zhì)中的變化及穩(wěn)定性能，在1 MPa下分別選取單一泡沫體系和復(fù)合泡沫體系形成的泡沫經(jīng)過相同時(shí)間的幾張圖片，見圖3。

可見，相同壓力下，添加聚合物的復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中形成的泡沫比單一泡沫體系要豐富得多，且泡沫平均尺寸要小一些。1 MPa下單一泡沫體系在72 h時(shí)小孔隙中的泡沫基本上已經(jīng)消失，大孔隙中的小泡沫也逐漸變成了幾個(gè)大的泡沫，而復(fù)合泡沫體系在經(jīng)歷72 h時(shí)泡沫明顯變得稀疏很多，但孔隙介質(zhì)中仍均勻分布較多泡沫。對(duì)比圖3可以看出，在同一種多孔介質(zhì)中，復(fù)合泡沫體系在多孔介質(zhì)中產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定時(shí)間較單一泡沫體系長(zhǎng)，即復(fù)合泡沫體系的穩(wěn)定性比單一泡沫體系的穩(wěn)定性好。

圖3 單一泡沫與復(fù)合泡沫在水濕介質(zhì)中的變化對(duì)比

4.4 單一泡沫體系在油濕介質(zhì)中泡沫的形成與破滅

在1、10 MPa下，對(duì)單一泡沫體系在油濕介質(zhì)中形成的泡沫進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，在相同油濕介質(zhì)中，10 MPa下生成的泡沫比1 MPa下生成的泡沫更豐富，半徑也較1 MPa下要小很多。經(jīng)過5 h后，1 MPa下的單一泡沫體系在油濕介質(zhì)中基本破滅，而10 MPa下大量的泡沫仍穩(wěn)定存在?？梢?，單一泡沫體系在油濕介質(zhì)中同水濕介質(zhì)中的變化規(guī)律是一致的，即壓力越大，泡沫的穩(wěn)定性越強(qiáng)。

4.5 復(fù)合泡沫體系在油濕介質(zhì)中泡沫的形成與破滅

在1、10 MPa下，對(duì)復(fù)合泡沫體系在油濕介質(zhì)中形成的泡沫進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，在向油濕介質(zhì)中持續(xù)注入復(fù)合泡沫體系30 min后，1 MPa下泡沫劑生成的泡沫沒有10 MPa下生成的泡沫豐富，10 MPa下生成的泡沫密集且平均半徑要比1 MPa下的泡沫小得多。同樣靜置12 h后，10 MPa下孔隙介質(zhì)中的泡沫無很明顯變化，而1 MPa下大孔隙中的部分微小泡沫消失了?？梢?，油濕介質(zhì)中，隨著壓力升高，泡沫劑的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

4.6 油濕介質(zhì)中單一泡沫與復(fù)合泡沫性能比較

為了對(duì)單一泡沫體系和復(fù)合泡沫體系在油濕介質(zhì)中形成泡沫的穩(wěn)定性進(jìn)行比較，選取10 MPa下2種體系形成的泡沫在經(jīng)過了相同時(shí)間變化后的圖片進(jìn)行對(duì)比，見圖4。泡沫生成靜置30 min后，復(fù)合泡沫體系較單 一泡沫體系更豐富，24 h后，單一泡沫近1/2破滅，而復(fù)合泡沫變化小，僅泡沫體積變大?？梢?，在油濕介質(zhì)中復(fù)合泡沫體系較單一泡沫體系更穩(wěn)定。

圖4 單一泡沫與復(fù)合泡沫在油濕介質(zhì)中的變化對(duì)比

5 結(jié) 論

(1)0.5%DP－4單一泡沫體系在水濕介質(zhì)中的穩(wěn)定性較好，泡沫較容易形成，壓力越大，形成泡沫越豐富，泡沫平均尺寸越小，泡沫越穩(wěn)定。

(2)添加1 800 mg/L MO－4000聚合物的復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中穩(wěn)定性較好，泡沫較易形成，壓力越大，泡沫越穩(wěn)定。

(3)在壓力相同情況下，復(fù)合泡沫體系在水濕介質(zhì)中形成的泡沫體系比單一泡沫要豐富得多，泡沫平均尺寸要小，且泡沫穩(wěn)定性更好，衰變周期更長(zhǎng)。

(4)單一泡沫體系在油濕介質(zhì)中泡沫形成較水濕介質(zhì)中要困難，泡沫穩(wěn)定性較差。在油濕介質(zhì)中，壓力越大，泡沫的穩(wěn)定性越強(qiáng)。

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編輯 王 昱

TE135

A

1006－6535(2012)04－0122－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.031

20110923;改回日期:20120327

中石化科研攻關(guān)項(xiàng)目“大規(guī)模CO2驅(qū)提高油藏采收率關(guān)鍵技術(shù)研究”部分內(nèi)容(P10095)

盛強(qiáng)(1978－)，男，工程師，2000年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)油藏管理專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事氣驅(qū)、泡沫和油層保護(hù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究工作。