二元泡沫复合体系驱油微观实验研究

二元泡沫复合体系驱油微观实验研究
李丽君;唐志宏;陈星杙;孙楠
【摘要】Surfactant polymer binary system and foam has a higher flow control capability,can effectively block the high permeability formation to maximize the swept volume,and increase the efficiency of wash oil.Binary system foam has been widely studied and applied.This paper studied the mechanism of the composite system of binary foam displacement from the microscopic point of view by the micro-simulation model of oil displacement experiment.The experimental results showed that the front,middle and rear bands had been formed in the composite system of binary foam displacement process.There was little integral foam in the front band,but much stable foam in the front and rear.The mechanism of the foam in the binary composite system is mainly extrusion to occupy,selective blockage up large pores and shear to carry over.%表面活性剂＋聚合物二元体系加泡沫具有的较高流度控制能力,能够有效地封堵高渗透性地层,最大限度地提高波及体积,增加洗油效率,二元体系泡沫得到了广泛的研究与应用。

通过微观仿真模型进行驱油实验,从微观角度研究了二元泡沫复合体系驱油的作用机理。

实验结果表明,在二元泡沫复合体系驱油过程可以形成前沿、中部和后部3个明显的条带,前沿条带基本上没有完整的泡沫存在;中部条带和后部条带出现稳定泡沫,中部是三种渗流共存,后部是以泡沫渗流为主。

泡沫在二元复合体系中的作用机理主要是通过挤压占据、选择性堵塞大孔道和剪切携带作用。

【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》
【年(卷),期】2012(012)001
【总页数】3页(P6-8)
【关键词】二元泡沫;复合体系;驱油实验
【作者】李丽君;唐志宏;陈星杙;孙楠
【作者单位】西南石油大学府用技术学院,四川南充637001;海洋石油工程股份有限公司设计分公司,天津300451;中海油服钻井事业部湛江分公司936平台,广东湛江524000;河南油田研究院开发一室,河南南阳473132
【正文语种】中文
【中图分类】TQ423.94
随着新型表面活性剂的开发，使泡沫具有较高的流度控制能力，能够有效地封堵高渗透性地层，在最大限度地提高波及体积的同时增加洗油效率［1－3〛，而表面活性剂+聚合物二元体系加泡沫既可最大限度发挥聚合物的粘弹性，减少乳化液带来的负面影响，又可清除由于二元中碱的存在引起地层及井的结垢现象，从而尽可能地提高采收率。

因此，二元复合驱油的研究与应用对提高油田采收率具有重要的意义。

近几年对二元复合驱的研究呈上升趋势，包括对聚表体系的性能研究以及二元体系界面性质的研究等。

微观研究方面，主要是对二元体系本身的驱替运移形式和驱替机理的解释性研究，缺少其对剩余油作用的深入研究。

二元复合泡沫在非均质油层中的驱油过程中，由于泡沫的堵大不堵小、堵水不堵油的特性，可以对高渗透层进行有效的封堵，从而调整化学剂及后续注入水在高低渗
透层中的流度差异，减少注入的流体在高渗透层中的窜流［4］。

因此，本文从微观角度出发，研究了二元泡沫复合体系的驱油特征与作用机理。

1 实验部分
1.1 实验材料
孔隙介质材料，为微观仿真光刻玻璃模型，40× 40mm，孔道直径为50～
800μm;模拟原油，为二甲基硅油和煤油按1:1比例混合，用曙红染为红色;模拟地层水，矿化度为20000mg/L，用甲基蓝染为蓝色;起泡剂SDS，气体为空气;数字显微摄像系统一套。

1.2 实验装置与流程
实验装置主要包括:恒温箱，电子天平，高压计量泵，真空泵，泡沫发生器等。

实验温度为70℃，驱替回压为0.6MPa，驱替速度为0.01mL/min。

本研究是利用微观仿真模型进行驱油实验，通过图像采集系统将驱油过程的图像转化为计算机的数字信号。

实验流程:(1)模型抽真空(2)模型饱和油(3)水驱油至出口含水达80%(4)注入二元泡沫复合体系驱油，实验设备及流程见图1。

1.3 实验结果与讨论分析
1.3.1 二元泡沫复合驱过程中驱油特征
图1 实验流程示意图
在微观模型中二元泡沫复合体系驱油过程形成了3个条带:前沿条带、中部条带及后部条带，微观模型中条带的划分如图2所示。

在复合体系的前沿条带，泡沫由于缺少起泡剂而破裂，主要是混气复合体系驱油渗流和W/O或O/W乳状液渗流;在距注入口最近的后部条带，由于泡沫不受油相影响，所以几乎只有泡沫渗流;而中部条带，作为前沿条带和后部条带的过渡区域，既有前沿条带的混气复合体系驱油渗流和乳状液渗流特征，也有后部条带的泡沫渗流特征。

图2 驱替过程中条带划分示意图
图3 微观模型中三个条带典型图
1)前沿条带
如图3(a)所示，这个区域的流体主要是油、空气、二元复合体系，基本上没有完
整的泡沫存在，渗流主要以混气复合体系驱油渗流和W/O或O/W乳状液渗流为主，这是由于油相吸附了一部分复合体系中的起泡剂，泡沫液膜上的表面活性剂有一部分被吸附进入油相，使泡沫液膜的强度下降，最终导致泡沫破灭，流体以油、空气、二元复合体系形式存在。

复合体系和空气在注入压力驱动下驱油前进，形成混气复合体系驱油渗流。

同时，由于复合体系中表面活性剂的存在降低了油水间的界面张力，形成了水包油乳状液，乳状液在注入压力下驱油前进形成水包油乳状液渗流。

在泡沫破灭后，气体聚集成长条形的大气柱或气团处于孔隙的中心部位和大孔隙中，孔隙中的油则被气体挤向孔隙的边缘进而被驱出。

2)中部条带
如图3(b)所示，由于中部条带处的油只是前沿条带驱替之后剩余的油，它与前沿
条带相比，油比较少，泡沫液膜中的表面活性剂较少被原油吸附，因此泡沫的稳定性增强，在这个条带中有不少稳定的泡沫。

同时也存在泡沫由于表面活性剂进入油相而破裂产生的气柱和水包油乳状液。

在中部条带中，泡沫、气柱和水包油乳状液在注入压力下驱动原油向前流动，因此，在这个条带中有3种渗流共存:泡沫驱油
渗流、混气复合体系驱油渗流和乳状液渗流。

在中部条带中，泡沫在注入压力下首先进入小孔道，并贴着孔壁前进，小孔道中的油被泡沫以活塞式驱出。

在大孔道中，孔喉比较大时，喉道处的活塞式驱油会将连续的油相卡断，使油滴被捕集于大孔隙中部;孔喉比较小时，由于孔壁润湿性的微观差异，泡沫在亲水程度较弱的地方向
孔隙中间突出，油被分割成油段捕集于孔隙中。

3)后部条带
如图3(c)所示，后部条带的油已经所剩无几，泡沫因有足够的表面活性剂而更加
稳定，因此后部条带中的流体主要是泡沫以及少量因消泡而产生的气柱，在注入压力驱动下泡沫驱油前进，故在后部条带以泡沫渗流为主。

此时，原来残余在后部条带的油基本可以被泡沫驱替干净。

1.3.2 二元复合驱泡沫作用机理研究
1)泡沫对原油的挤压和占据作用
图4 连通孔道中泡沫的挤压与占据作用
在多孔介质中的较规则的连通孔道中，泡沫首先挤压、剪切油滴，将油推走，然后占据孔道［4］，如图4所示。

对于盲端孔隙，快速移动的大气泡首先将小气泡挤入盲端入口，接着泡沫将盲端入口处的小气泡顶入盲端深部，并占据油滴的空间，盲端里的油相则沿泡沫液膜的边缘排出，如图5所示。

图5 盲端孔隙中泡沫的挤压和占据作用
2)泡沫对大孔道的选择性堵塞作用
在多相流动时，由于管壁和泡沫液膜间的液体内部粘滞力的作用使运动的气泡被拉伸变形，在气泡前后两端的气液界面上产生的毛管压力大小不一样，产生气液界面的阻力效应;此外，由于孔隙的不规则性，引起气泡前后两端曲率半径大小不同，阻力效应迭加，产生了贾敏效应。

由于贾敏效应的存在，使气相(泡沫)的渗透率大幅度降低，而对液相(油水混合物)渗透率影响不大。

如图6所示，大气泡周围的剩余油被泡沫复合体系乳化携带驱替，而大气泡仍保持在孔道原来位置。

同时，由于贾敏效应使气泡变形，小气泡因变形小，流动阻力也小，而使大气泡变形大，流动阻力也相对较大。

因此，泡沫在多孔介质中运移时，小泡沫运移速度要比大泡沫运移速度快。

如图6所示，大泡沫和大气柱，首先抢占大孔道，对大孔道具有选择性堵塞作用，而小泡沫则从小孔隙向前流动。

图6 泡沫选择性堵塞大孔道的作用
3)泡沫对原油的剪切和携带作用
空气泡沫复合驱产生的细小泡沫在运移过程中，由于其亲油特性，泡沫首先附着在较大油滴上，在注入压力的作用下，泡沫对油滴产生剪切作用［4］，将大油滴剥离成细小的油滴并携带其向前运移，伴随着驱替的进行，不断重复泡沫对油滴的剪切并携带的过程，于是大油滴不断被剪切、携带，直到被完全清除干净，如图7所示。

图7 泡沫的剪切携带作用
2 结论与认识
在二元泡沫复合体系驱油过程中会形成3个明显的条带:前沿条带、中部条带和后部条带。

前沿条带的流体主要是油、空气、二元复合体系流体，几乎没有完整的泡沫存在;中部条带出现了不少稳定的泡沫，同时也有因泡沫破裂而产生的气柱、水包油乳状液等，其渗流的情况，是泡沫驱油渗流、乳状液渗流和混气复合体系驱油渗流三者共存;后部条带的泡沫更加稳定，以泡沫渗流为主，只有少量因消泡而产生的气柱。

泡沫在二元复合体系中的作用机理主要是通过泡沫对原油的挤压占据、剪切携带作用和对大孔道选择性堵塞作用实现驱油。

参考文献:
［1］王德民.大庆油田“三元”“二元”“一元”驱油研究［J］.大庆石油地质与开发，2003，22(3):1－9.
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