玻璃微珠充填介质内泡沫的微观驱油机理

2013-09-05李华斌龙烈钱

石油化工应用 2013年1期

黄磊，李华斌,凌革，龙烈钱

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.中石化西北油田分公司塔河采油三厂，新疆轮台 841604）

泡沫驱作为一种较新型的提高采收率技术能够同时提高波及系数和洗油效率[1-2]。由于泡沫在多孔介质中流动会首先进入阻力小的高渗透大孔道，随着泡沫的聚集产生贾敏效应，迫使后续泡沫流入低渗透小孔道[3]，提高了驱替的波及系数。同时起泡剂还具有一定的洗油能力，因而泡沫驱油能大幅度提高采收率，在油田开发上显示了很好的发展前景[4]。本文通过微观驱油实验，研究泡沫驱油体系在微观孔隙中的形态、形成机理及驱油机理，对认识泡沫驱提高采收率效果具有重要意义。

1 实验部分

1.1 实验材料、设备

材料：实验所用表面活性剂为XHY-4（成都华阳兴华化工厂产）；模拟油为玉东块原油（78℃下粘度为286 mPa·s）；实验用气为氮气；模拟地层水（矿化度为160 000 mg/L，CaCl2水型）；泡沫体系：地层水+0.3%XHY-4。

设备：直径为0.4～0.6 mm的玻璃微珠充填的微观仿真模型、电子显微镜、微量注入泵、泡沫发生器。

1.2 实验方法、步骤

实验的流程图（见图1）。

本研究是利用电子显微镜和录像系统记录下泡沫驱替的整个过程，并利用计算机分析泡沫的微观驱油特性[5-6]。

实验基本步骤：首先将微观模型抽真空饱和地层水；用油驱水；再用水驱油至模型不出油为止；然后以一定速度注入泡沫体系至不出油为止，并录取驱替过程的动态图像；改变实验方案，重复以上步骤。

2 实验结果与讨论

2.1 泡沫在多孔介质中的形成机理

实验中观察到泡沫形成的三种基本机理：液膜滞后、缩颈分离、薄膜分段。

2.1.1 液膜滞后液膜滞后现象形成的前提是气体以低速进入孔隙，当气体以低于临界速度从不同的方向进入孔隙，孔隙空间的液体就被前缘挤成薄膜（见图2），当液相中有足够的表面活性剂时，薄膜可能是稳定，否则它就会破裂。液膜滞后现象在地下复杂的孔隙介质中会频繁的发生，大量生成的液膜会堵塞气体通道，甚至形成死通道，产生“气阻效应”而使气相的相对渗透率下降。通过液膜滞后形成的泡沫没有分离的气泡，且扩大了单个泡沫的体积，气体保持连续相，这样形成的薄膜为流动薄膜提供潜在的动力，一旦薄膜由于滞后或者破裂而流出孔隙，第二个薄膜不能在同一点产生，除非液体重新进入这个区域。

图2 液膜滞后机理

2.1.2 缩颈分离缩颈分离机理（见图3）是高速注入泡沫产生的主要机理。当气泡高速穿过吼道越入另一侧之后，气泡的体积扩大而毛管压力递减，液相中产生的压力梯度使周围的液体聚集到吼道中，当毛管压力降低到临界值时，气泡被液体截断，产生新气泡。在分析图像时发现，缩颈分离现象会在某一处吼道重复发生。与液膜滞后机理相比，缩颈分离产生的气泡是可以流动的，分散的气泡可以流动或者是在多孔介质中某处聚集而堵塞气流通道，但分散气泡通过多孔介质的流动阻力要比连续气体的流动阻力大得多。泡沫通过多孔介质时的表观粘度常常可以达到100 mPa·s数量级，因此它所产生的泡沫是强泡沫。

2.1.3 薄膜分段薄膜分断不同于前两种机理，它形成的前提是多孔介质中必须首先有由液膜滞后或缩颈分离产生的泡沫。只要薄膜能达到的某点，薄膜分段都有可能发生。在这一点，当泡沫前端的薄膜和气体只流入其中一个通道时，泡沫未发生分裂，但当流入到下游的两个或更多的吼道中时（见图4），泡沫发生了分裂，与气泡截断机理相类似，所形成的分散气泡或流入或者堵塞气体孔道。