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多孔介质中泡沫的产生及其对气体阻力特性的影响 随着设备和技术的发展，作为提高原油采收率的重要方法之一，注入技术越来越受国内外研究人员的重视。20世纪50年代以来, 泡沫一直受到石油领域研究者的关注。早期的工作及Radke、Rossen、Zhu T等人的研究主要集中在对泡沫体系的表观描述上。对泡沫产生的机理及其物理化学本质的研究就相对少的多, 主要是由于该体系是热力学不稳定体系, 其随时间及环境条件的变化非常敏感;其次由于是气液两相体系, 组成较为复杂, 有效的研究方法较少。对泡沫体系的研究有直接和间接的方法, 直接方法的研究手段主要有光学及微干涉测量技术(测液膜的厚度) 、γ射线、电导(测泡沫的持液量) 、核磁共振、LB膜天平、傅里叶红外光谱等方法。采用的物理模型有:有机玻璃管填充模型、平板模型等, 结合成像技术对气液的分布进行直观地描述。 对岩心等不透明的多孔介质, 大量的气液界面难以用上述方法进行直接地测定和描述;对于岩心中的泡沫, 其稳定性及阻力特性不仅与气液的分布规律有关, 而且与孔喉的分布特征有关。因此, 一般是采用间接和数值模拟的方法。对于泡沫体系稳定性的室内评价, 国内外一般用压力梯度的增加幅度、压力的波动情况、阻力因子、驱油效果等指标来评价其性能。除了上述指标外, 笔者认为泡沫体系在油层中的驻留时间也是评价其效果的一个重要指标, 并提出了相应的评价方法。 1 岩心流动实验装置 实验设备包括电子天平 (精度为0.000 2 g) 、罗氏泡沫仪、带压有机玻璃容器、压力表、电加热套、平流泵、高压手动泵及岩心流动实验装置。实验材料包括发泡剂B (十二烷基氧化叔胺, OA) 、稳泡剂。其他化学药剂包括氯化钠、氯化钾以及氯化钙。 2 注罪犯气体相对渗透率 露头砂 (粒径为100～160目) 经过漂洗、烘干后装填到填砂管中, 抽真空、饱和模拟地层水, 并测定不同稳定注入压差下的水测渗透率。 对两个填砂管测试了不同注入速度下的水驱渗透率, 当水驱压差在0～1 MPa之间变化时, 第1个填砂管中岩心的渗透率变化范围为4.03～7.63 μm2;第2个填砂管中岩心的渗透率在3.73～6.69 μm2之间变化。即不同注入速度对填砂管内颗粒运移的影响可以忽略。因此, 可以认为, 在同样压差下 (0～1 MPa) 转注氮气进行发泡时, 颗粒运移的影响也可忽略;但在测定发泡前后气体相对渗透率变化时, 应保持相同压差, 减小测量误差。改变注入压差, 让氮气在不同的流速下发泡, 发泡后5 min内, 通过比较发泡前后 (用发泡剂B) 气体相对渗透率比值的变化, 研究泡沫的封堵及发泡效果。 当其他条件相同时, 随着注气压差的升高, 发泡后的反向气体相对渗透率越小, 气体或液体的流动阻力越大。根据拟合结果, 注气压差与发泡前后气体相对渗透率的比值Rk(称为气体残余阻力系数) 之间呈幂指数关系, 即随着气体注入压差的增大, 流动阻力呈幂指数增加。 图1是在两种不同渗透率的填砂管情况下, 发泡压力与气体残余阻力系数的关系。当其他条件相同时, 填砂管的渗透率越小, 曲线的斜率越大, 气体的残余阻力系数越大。 3 泡沫的稳定性 3.1 稳泡剂的用量 参照国家标准GB/T13173.6—91, 用Ross-Miles法进行稳定性评价实验, 记录0 min、3 min、5 min、8 min及22 min时的泡沫高度, 实验温度为30℃。 图2是常压下稳泡剂对泡沫半衰期的影响结果。加入稳泡剂后泡沫高度降低的速率变小, 稳定性增加。根据实验结果, 质量分数为0.3%的发泡剂B的泡沫半衰期在15～20 min之间, 加入稳泡剂后半衰期约为25 min。 3.2 泡沫在多孔介质中的稳定 3.2.1 气体残余阻力系数n的测定 装填砂管, 抽真空、饱和水并水驱至压力稳定后测渗透率;一定压差Δp1(20～30 kPa) 下注入氮气, 至稳定后测量氮气相对渗透率。然后泵入0.2 PV (5 mL/min) 发泡剂B溶液, 在恒定压差Δp2(0.8 MPa) 下再注入一定体积的氮气 (标准状况下气量为24.46 mL) , 并立即关闭岩心两端进出口, 在60℃恒温箱中静置一定时间, 测定其对氮气的相对渗透率 (固定压差Δp1) 。重新装填砂管, 重复上述步骤, 考察在不同静置时间下气体残余阻力系数的变化。通过残余阻力系数随时间的变化研究分散后的气体在多孔介质中的驻留及聚并情况。泡沫对氮气的残余阻力系数可表示为 Rk=K1g/K2g(1)Rk=Κ1g/Κ2g(1) 式中:K1g、K2g分别为发泡前后填砂管气测渗透率。 3.2.2 水的渗透率和静置稳定性 实验过程基本与上述相同, 测定发泡前后水测渗透率的变化 (固定水的注入速度为5 mL/min) , 得到不同静置时间泡沫对