泡沫驱渗流特征的实验和模拟研究

论文摘要

我国对石油能源的需求日益增长,而石油勘探的难度不断增加,提高已开发油田的原油采收率日趋重要。泡沫驱油技术以泡沫独特的性质,能够有效地提高原油采收率,是一种正处于迅速发展阶段的新型三次采油技术。然而,泡沫驱油体系在多孔介质中的渗流机理十分复杂,准确合理地认识和描述其渗流特征和驱油机理是决定该体系具有更强的油藏适应性和矿场增油效果的关键问题。开展泡沫驱油渗流特征的基础研究具有重要的现实意义和理论价值。本文利用比较先进的美国TEMECO公司的泡沫驱替实验系统进行了无油模型和含油模型中单一泡沫和强化泡沫驱油体系渗流特征的物理模拟研究,讨论了气液比、注入方式、聚合物及渗透率等参数对泡沫封堵效果的影响。分别建立了基于分流理论的解析模型和基于泡沫组分物质的量守恒的描述强化泡沫驱渗流的数学模型,提出了由具有明确物理意义的参数确定的泡沫生成速度、自然破灭速度、遇油破灭速度表征模型,并进行了数值模拟研究。首次提出强化泡沫驱实验参数的多级拟合研究思路,达到了尽可能地降低或消除待定参数的多解性,实现物理模拟和数学模拟有机结合的目的。在此基础上,研究了泡沫生成速度、自然破灭速度、遇油破灭速度的分布及运移机制,描述了泡沫在多孔介质中渗流的分区规律,系统分析了强化泡沫驱油渗流特征。以气相中泡沫浓度表征泡沫稳定性,讨论了泡沫稳定性的影响因素,分析了强化泡沫驱油效果与泡沫稳定性的关系,认识了高效强化泡沫驱油机理,有助于进一步完善和发展泡沫驱渗流理论,改善强化泡沫驱效果,从而提高原油采收率。研究结果表明:强化泡沫体系中聚合物通过降低遇油破灭速度起到复合增效作用,增强泡沫遇油稳定性,大幅提高原油采收率。无油条件下,泡沫在多孔介质中具有活塞式驱替特征;含油条件下,泡沫驱替过程中存在生长区、稳态区、衰减区三部分。从驱油机理来看,泡沫驱是动态平衡过程,前缘破灭泡沫能够由后续稳定泡沫不断补充,后续水驱阶段泡沫仍能够稳定存在并向前推进。注泡沫阶段主要是以“调剖”机理为主,在纵向上扩大了波及体积;含水恢复阶段以“增加平面波及面积”机理为主。在诸多油藏参数和注入参数中,影响泡沫驱增油效果较明显的依次为段塞长度、原油粘度、气液比、注入时机等;影响泡沫稳定性的依次是气液比、聚合物浓度、变异系数等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 泡沫驱提高采收率方法及其应用前景
• 1.2.2 表征泡沫特征的主要参数
• 1.2.3 泡沫生成/破灭机理研究进展
• 1.2.4 泡沫驱物理模拟和数学模拟研究进展及发展趋势
• 1.2.5 泡沫在多孔介质中的渗流特征研究现状
• 1.2.6 目前研究存在的问题
• 1.3 本文研究内容与方法
• 第2章 强化泡沫驱渗流特征的基础实验研究
• 2.1 泡沫驱油体系优选
• 2.2 泡沫渗流特征实验设备及流程
• 2.3 无油模型泡沫渗流特征实验
• 2.3.1 实验方法及评价指标
• 2.3.2 气液比对单一泡沫封堵能力影响实验
• 2.3.3 渗透率对单一泡沫封堵能力的影响实验
• 2.3.4 不同泡沫注入方式渗流特性实验
• 2.3.5 聚合物对泡沫体系增效实验
• 2.4 含油模型泡沫渗流特征实验
• 2.4.1 实验方法
• 2.4.2 单一泡沫驱油实验
• 2.4.3 强化泡沫驱油实验
• 2.4.4 泡沫驱油双管实验
• 2.4.5 实验结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于分流理论的泡沫驱渗流特征研究
• 3.1 泡沫临界毛管力理论
• 3.2 基于临界毛管力的分流量方法
• 3.3 实验结果拟合及特征分析
• 3.3.1 实验结果拟合
• 3.3.2 拟合结果分析
• 3.4 无前置表活剂段塞泡沫驱渗流特征
• 3.5 本章小结
• 第4章 泡沫驱的总量平衡方法研究
• 4.1 泡沫在多孔介质中的分布及渗流机理
• 4.2 泡沫复合驱数学模型的建立
• 4.2.1 组分质量守恒方程
• 4.2.2 泡沫总量平衡模型
• 4.2.3 泡沫性质参数描述
• 4.2.4 辅助方程
• 4.2.5 表面活性剂吸附性质描述
• 4.2.6 聚合物性质参数描述
• 4.2.7 定解条件
• 4.3 泡沫复合驱数学模型的求解
• 4.3.1 求解方法的选择
• 4.3.2 Newton-Raphson 求解方法
• 4.3.3 数学模型差分方程的全隐式处理
• 4.3.4 数学模型差分方程的IMPES 处理
• 4.3.5 软件研制
• 4.4 与实验及分流量方法结果的拟合与对比
• 4.4.1 无油模型实验结果拟合
• 4.4.2 单一泡沫驱油实验拟合
• 4.4.3 强化泡沫驱油实验拟合
• 4.5 本章小结
• 第5章 泡沫在多孔介质中渗流的分区特征及其影响因素
• 5.1 泡沫生成/破灭机理及分区特征
• 5.1.1 无油模型泡沫生成/破灭机理
• 5.1.2 含油模型泡沫生成/破灭机理
• 5.1.3 泡沫在多孔介质中渗流的分区特征
• 5.2 泡沫渗流过程中生成/破灭影响因素分析
• 5.2.1 聚合物对泡沫生成/破灭的影响
• 5.2.2 泡沫剂吸附对泡沫生成/破灭的影响
• 5.2.3 注入速度对泡沫生成/破灭的影响
• 5.2.4 气液比对泡沫生成/破灭的影响
• 5.2.5 注入方式对泡沫生成/破灭的影响
• 5.2.6 双管窜流对泡沫生成/破灭的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 泡沫生成/破灭定量规律及驱油机理研究
• 6.1 埕东油田西区泡沫驱先导试验区数值模拟研究
• 6.1.1 先导试验区概况
• 6.1.2 先导试验区数值模拟研究
• 6.2 油藏条件下泡沫驱油机理及渗流特征分析
• 6.2.1 强化泡沫驱油机理分析
• 6.2.2 油藏条件下泡沫驱渗流特征
• 6.3 泡沫生成/破灭速度定量规律
• 6.3.1 泡沫生成速度定量规律
• 6.3.2 泡沫自然破灭速度定量规律
• 6.3.3 泡沫遇油破灭速度定量规律
• 6.3.4 气相中泡沫浓度定量规律
• 6.4 泡沫驱油效果影响因素分析
• 6.4.1 静态参数的影响
• 6.4.2 注入参数的影响
• 6.4.3 影响因素敏感程度分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结 论
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介