稠油热采氮气泡沫驱室内物模实验研究

刘廷峰

摘 要：通过室内物理模拟实验来研究不同注入速度、不同气液比以及气液分异作用对氮气泡沫运移封堵规律的影响，从而为泡沫驱的现场实施提供理论指导。室内物理模拟表明：气液比为1：1时，所生成氮气泡沫稳定性最好，封堵能力最强。随着气液比的增大，氮气泡沫稳定性逐渐降低，封堵压差也随之减小;对比泡沫静置后上中下三层阻力因子降低程度，气液比为1：1时阻力因子降低幅度最小，有利于减缓泡沫的重力分异作用。

关键词：泡沫驱;物理模拟;二维可视平板

泡沫流体是气体和液体在搅拌作用下生成的气液混合物，与普通流体相比，泡沫流体具有密度小，粘度大，携带、悬浮能力强，漏失量少等优点;并且具有提高波及系数和洗油效率的双重作用，化学兼容性好等特性。由于泡沫具有如此多的优良特性，其被广泛应用于石油领域中的酸化洗井、完井作业、堵水调剖及钻井工艺中。如泡沫驱油技术、泡沫堵水调剖技术。

本文通过室内物理模拟实验方法来研究泡沫流体在不同注入速度、不同气液比及重力作用下的运移封堵规律，从而指导优化氮气泡沫驱现场施工参数设计。

1 实验部分

1.1 实验装置

本实验采用一维线性与二维平板两种泡沫评价模型。一维线性模型为通常所用单管模型，即直径为25mm，长度为60mm的圆形长管。主要用来进行泡沫驱单因素影响分析。二维平板模型为厚度1.5mm，宽度300mm，长度800mm的平板模型，共布置15个测压口，12个取样口，模型上覆20mm厚钢化玻璃，可以直观查看模型内部流体运移情况。主要用来进行泡沫驱重力影响因素分析。

1.2 实验方法及步骤

通过测定封堵压差及阻力因子，评价泡沫封堵效果。具体操作步骤为：

①筛选石英砂，选取相同目数的砂粒，装填模型;

②填砂管模型抽真空，并将其充分饱和水，测定渗透率;

③准备氮气及泡沫剂，根据方案要求，制备不同的泡沫体系;

④根据不同实验方案，进行氮气泡沫驱实验，并记录压力变化。

2 实验结果

2.1 注入速度对泡沫运移封堵效果影响

随着注入速度的增大，封堵压差呈现先升高后降低的趋势。注入速度1mL/min时，封堵压差为1.5MPa，3mL/min时为2.8MPa，5mL/min时，为4.1MPa，8mL/min时，为3.0MPa。分析其原因为注入速度低时，泡沫作为流体，流动时的流动压力也低。当注入速度高时，泡沫来不及形成稳定的泡沫就被排出，因此形成的封堵压力也比较低。

2.2 气液比对泡沫运移封堵效果影响

封堵压差曲线随着气液比的不同呈现先增大后减小的趋势。当气液比较低时，封堵压差随着气液比的增大而增大。当气液比较高时，封堵压差随着气液比的增大而减小。注入速度5mL/min，气液比0.25：1时，封堵压差为2.4MPa，气液比为1：1时，为4.2MPa，气液比2：1时，为3.8MPa，气液比4：1时，为2.8MPa。由此可以得出，气液比为1：1时，氮气泡沫的稳定性及封堵能力最强。随着气液比的逐渐增大，泡沫的稳定性及封堵能力逐渐变弱。

2.3 气液分异作用对泡沫运移封堵效果影响

实验观察发现，泡沫的扩展规律为以不规则的半球面形向模型内部扩张，并且泡沫向模型中上部的运移速度要大于向模型中下层的运移速度，分析其原因主要为重力影响。在密度差的作用下，泡沫易于向中上层运移，在中上层大量富集起到封堵作用，而后，再逐步向中下层运移。由此可以得出重力对泡沫的运移封堵效果具有很大的影响。测试不同气液比条件下二维平板模型上中下三層阻力因子的下降幅度发现，当气液比为1：1时，上中下三层阻力因子下降幅度最小，因此气液比1：1有利于减缓泡沫的重力分异作用。

3 结论及认识

①封堵压差随气液比的增加呈现先增大后减小的趋势。气液比为1：1时，所生成氮气泡沫稳定性最好，封堵能力最强。随着气液比的增大，氮气泡沫的稳定性和封堵能力也逐渐减弱;

②泡沫在气液密度差的影响下，易于向中上层运移，因此泡沫在中上层的富集程度大于中下层的富集程度;

③泡沫驱结束后将模型静置，然后水驱，测定上中下三层阻力因子变化情况。对比发现上中下三层阻力因子都出现了不同程度的降低，降低幅度为0.5：1>2：1>1：1。因此气液比1：1有利于减缓泡沫的重力分异作用。考虑到泡沫封堵效果，选取气液比1：1。

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