多孔介质中泡沫的直观特征研究

盛 强，郭 平，陈 静，杜建芬，王玉华

(1.中石化胜利油田分公司，山东 东营 257000; 2.油气藏地质国家重点实验室西南石油大学，四川 成都 610500)

多孔介质中泡沫的直观特征研究

盛 强1，郭 平1，陈 静2，杜建芬2，王玉华1

(1.中石化胜利油田分公司，山东 东营 257000; 2.油气藏地质国家重点实验室西南石油大学，四川 成都 610500)

为了评价泡沫在多孔介质中的稳定性，借助可视化微观模型驱替装置，利用图像采集系统，通过对大量图片进行分析，研究了水湿和油湿介质中不同压力下单一泡沫体系、复合泡沫体系在多孔介质中的稳定性以及泡沫的形成与衰变机理。结果显示，单一泡沫体系和复合泡沫体系在水湿介质中形成的泡沫稳定性均较好，泡沫形成较为容易;同等条件下泡沫体系在油湿介质中泡沫的形成较水湿介质中困难，泡沫稳定性较水湿介质中差;压力相同时，水湿介质和油湿介质中添加了高聚物的复合泡沫体系比单一泡沫体系泡沫稳定性好。

高压;多孔介质;泡沫;起泡能力;稳定性

引言

泡沫驱油作为一项先进的提高采收率工艺方法在油气田开发中得到了广泛的应用［1－2］。泡沫流体性质较为特殊，在多孔介质中的稳定性及流变性较为复杂，目前国内外对泡沫驱油机理的研究取得了一系列的成果，但仍有很多的不足［3－5］。国内由于研究起步较晚，且受实验设备和实验条件的限制，对泡沫驱油机理的研究相当欠缺。多孔介质中泡沫的稳定性较为复杂，其影响因素主要包括液膜性质、温度、压力以及原油的加入［5－11］，在运动过程中冲压、挤压、摩擦同样影响其稳定性。采用高压可视化微观模型驱替装置，利用图像采集系统，可清晰直观地研究水湿和油湿介质中不同压力下单一泡沫体系、复合泡沫体系泡沫的形成及衰变情况。

1 实验方法

(1)水湿介质制作:用石英砂粘接在玻璃片上。

(2)油湿介质制作:将石英砂浸泡在油里30 d以上，再粘接在玻璃片上。

(3)将模型介质放入微观模型夹持器中，然后加围压。先注入配制好的泡沫剂溶液，使其充分饱和模型，同时将气体注入模型中，液体和气体同时注入并保持内压为要求的压力(1 MPa或 10 MPa)。在模型的进、出口形成0.1 MPa的压差进行驱替，在多孔介质中形成泡沫。

(4)泡沫在多孔介质中形成后，关闭模型夹持器的进、出口阀门，通过可视化微观模型连接计算机，实时监控和拍摄泡沫在多孔介质中的产生、破灭、运移等直观特征。观察泡沫在多孔介质中的形态随时间的变化情况。由于观察的时间较长，在采集数据时设置100 s采集1幅图像。

2 实验仪器及流程

多孔介质中泡沫的形成及衰变实验研究是在高压可视化微观驱替模型中进行的，实验仪器及流程见图1。

3 实验条件及药品

①实验压力为1、10 MPa;② 实验温度为常温;③实验气体为氮气;④泡沫剂为DP－4;⑤复合泡沫体系为0.5%DP－4泡沫剂+1 800 mg/L聚合物MO－4000;⑥单一泡沫体系为地层水(模拟水 矿化度为6 227 mg/L，二价离子含量为130 mg/L) +DP－4泡沫剂，配比为0.5%DP－4泡沫剂。

图1 可视化微观模型实验流程

4 实验结果与分析

4.1 单一泡沫体系在水湿介质中泡沫的形成与破灭

在1、10 MPa下单一泡沫体系在水湿介质中形成的泡沫状态对比结果见图2。

可以看出，在10 MPa下单一泡沫体系在水湿介质中经过20 min后，泡沫剂生成的泡沫比1 MPa下更加丰富，泡沫平均尺寸也较1 MPa下要小很多。由于10 MPa下泡沫半径小且非常丰富，故图片透光性比1 MPa要低;静置观察24 h后，1 MPa下小孔隙中的泡沫很多都破灭了，大孔隙中的小泡沫逐渐变成大泡沫，而在10 MPa下小孔隙中的细小泡沫逐渐变成较大泡沫仍稳定存在，大孔隙中的较大泡沫逐渐变成几个很大的泡沫;静置观察48 h后，1 MPa下小孔隙中的泡沫基本全部破灭，大孔隙中泡沫较上个时间点没有很大变化，而10 MPa下，整个孔隙介质中的泡沫较上一个时间点没有很明显变化。研究发现，表面活性剂溶液的表面张力在压力高时通常会降低。其原因在于压力升高，气体和液体间密度差降低，同时吸附在气－液界面上的气体和表面活性剂也会增加，2个方面共同作用使得溶液表面张力降低，泡沫稳定性升高。泡沫在不同压力下稳定性不同，压力越大，泡沫越稳定。这是因为泡沫质量一定时，压力越大，泡沫半径越小，泡膜的面积越大，液膜变得越薄，排液速度越低。

图2 单一泡沫体系的变化情况

4.2 复合泡沫体系在水湿介质中泡沫的形成与破灭

在1、10 MPa下，对复合泡沫体系在水湿介质中形成的泡沫状态进行对比。结果显示，在2种压力下，复合泡沫体系在水湿介质中经过10 min后，生成的泡沫量不同。其中10 MPa下的泡沫剂生成泡沫更加丰富，半径较1 MPa下要小很多;经过36 h后，1 MPa下小孔隙中的泡沫基本全部破灭，大孔隙中的部分大泡沫也破灭了，而在10 MPa下整个孔隙介质中的泡沫较上一个时间点没有很明显变化，仅部分小泡沫破灭。

4.3 水湿介质中单一泡沫和复合泡沫性能比较

为比较相同条件下单一泡沫和复合泡沫在水湿介质中的变化及稳定性能，在1 MPa下分别选取单一泡沫体系和复合泡沫体系形成的泡沫经过相同时间的几张图片，见图3。

可见，相同压力下，添加聚合物的复合泡沫体系在水湿介质中形成的泡沫比单一泡沫体系要丰富得多，且泡沫平均尺寸要小一些。1 MPa下单一泡沫体系在72 h时小孔隙中的泡沫基本上已经消失，大孔隙中的小泡沫也逐渐变成了几个大的泡沫，而复合泡沫体系在经历72 h时泡沫明显变得稀疏很多，但孔隙介质中仍均匀分布较多泡沫。对比图3可以看出，在同一种多孔介质中，复合泡沫体系在多孔介质中产生的泡沫稳定时间较单一泡沫体系长，即复合泡沫体系的稳定性比单一泡沫体系的稳定性好。

图3 单一泡沫与复合泡沫在水湿介质中的变化对比

4.4 单一泡沫体系在油湿介质中泡沫的形成与破灭

在1、10 MPa下，对单一泡沫体系在油湿介质中形成的泡沫进行对比。结果显示，在相同油湿介质中，10 MPa下生成的泡沫比1 MPa下生成的泡沫更丰富，半径也较1 MPa下要小很多。经过5 h后，1 MPa下的单一泡沫体系在油湿介质中基本破灭，而10 MPa下大量的泡沫仍稳定存在。可见，单一泡沫体系在油湿介质中同水湿介质中的变化规律是一致的，即压力越大，泡沫的稳定性越强。

4.5 复合泡沫体系在油湿介质中泡沫的形成与破灭

在1、10 MPa下，对复合泡沫体系在油湿介质中形成的泡沫进行对比。结果表明，在向油湿介质中持续注入复合泡沫体系30 min后，1 MPa下泡沫剂生成的泡沫没有10 MPa下生成的泡沫丰富，10 MPa下生成的泡沫密集且平均半径要比1 MPa下的泡沫小得多。同样静置12 h后，10 MPa下孔隙介质中的泡沫无很明显变化，而1 MPa下大孔隙中的部分微小泡沫消失了。可见，油湿介质中，随着压力升高，泡沫剂的稳定性增强。

4.6 油湿介质中单一泡沫与复合泡沫性能比较

为了对单一泡沫体系和复合泡沫体系在油湿介质中形成泡沫的稳定性进行比较，选取10 MPa下2种体系形成的泡沫在经过了相同时间变化后的图片进行对比，见图4。泡沫生成静置30 min后，复合泡沫体系较单 一泡沫体系更丰富，24 h后，单一泡沫近1/2破灭，而复合泡沫变化小，仅泡沫体积变大。可见，在油湿介质中复合泡沫体系较单一泡沫体系更稳定。

图4 单一泡沫与复合泡沫在油湿介质中的变化对比

5 结 论

(1)0.5%DP－4单一泡沫体系在水湿介质中的稳定性较好，泡沫较容易形成，压力越大，形成泡沫越丰富，泡沫平均尺寸越小，泡沫越稳定。

(2)添加1 800 mg/L MO－4000聚合物的复合泡沫体系在水湿介质中稳定性较好，泡沫较易形成，压力越大，泡沫越稳定。

(3)在压力相同情况下，复合泡沫体系在水湿介质中形成的泡沫体系比单一泡沫要丰富得多，泡沫平均尺寸要小，且泡沫稳定性更好，衰变周期更长。

(4)单一泡沫体系在油湿介质中泡沫形成较水湿介质中要困难，泡沫稳定性较差。在油湿介质中，压力越大，泡沫的稳定性越强。

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编辑 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

中石化科研攻关项目“大规模CO2驱提高油藏采收率关键技术研究”部分内容(P10095)

盛强(1978－)，男，工程师，2000年毕业于石油大学(华东)石油工程专业，2007年毕业于中国石油大学(华东)油藏管理专业，获硕士学位，现从事气驱、泡沫和油层保护室内实验研究工作。