基于分流方程的泡沫体系渗流特征.pdf

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1、大庆石油学院学报第34卷第4期2010年8月JOURNAIOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVo1．34No．4Aug．2010基于分流方程的泡沫体系渗流特征杜庆军，侯健，鹿腾，李振泉。，张言辉(1．中国石油大学(华东)地球资源与信息学院，山东东营257061；2．中国石油大学(华东)石油工程学院，山东东营25706l；3．胜利石油管理局地质科学研究院，山东东营257015)摘要：基于泡沫临界毛管力理论，建立描述泡沫驱渗流特征的分流量方程，采用特征线法进行求解；通过对泡沫驱替实验进行拟合，研究有前置表面活性剂段塞和无前置表面活性剂段塞的泡沫驱

2、渗流特征．结果表明：该方法可以从机理上反映泡沫驱渗流特征；在有前置表面活性剂段塞情况下，泡沫体系呈活塞式驱替，岩心两端压力线性增加，驱替前缘两侧分别为水流动区和泡沫流动区，其中泡沫流动区处于临界含水饱和度状态；在无前置表面活性剂段塞情况下，水流动区和泡沫流动区之间存在自由气和水混合流动的气驱段塞，同时泡沫突破时间晚于有表面活性剂段塞情况，但容易产生气窜现象．关键词：泡沫驱；渗流特征；分流理论；物理模拟中图分类号：TE357．4文献标识码：A文章编号：1000一l891(2010)04—0071一O6泡沫驱是一种以泡沫作为驱油介质的三次采油方法。它能够极大地提高

3、注入流体的视黏度，增大波及面积，在大庆、胜利等油田的矿产试验中取得良好的效果l】．泡沫体系是一种特殊的流体，在多孔介质中的生成、运移、破灭、再生机理比较复杂5]，在渗流过程中呈现与普通流体截然不同渗流特征．目前，人们提出多种数学模型描述常规泡沫渗流特征，主要包括经验关系式模型、总量平衡模型口]、临界毛管力模型H“]、渗滤和网络模型等．其中，总量平衡模型较全面地描述泡沫的生成、破灭、运移等机理，但总量平衡方程不容易求解，另外需要通过实验测定所需的模拟参数，如聚并常数、生成常数等．分流量方法是分析非混相驱过程中渗流机理的经典方法，已经广泛应用于油藏工程研究中．笔者

4、基于泡沫体系临界毛管力理论，建立描述泡沫驱渗流特征的分流量方程，对泡沫体系在多孔介质中的渗流特征进行研究．1分流方程1．1临界毛管力理论泡沫稳定存在状态下具有临界毛管力特征．毛细管压力通过分离压力决定薄膜厚度，当薄膜厚度等于临界厚度时，分离压力达到最大，与之平衡的毛细管压力称之为临界毛管力(户)，所对应的含水饱和度为临界含水饱和度(S)．在临界含水饱和度附近，泡沫破灭速度迅速上升，生成速度与破灭速度的等值点决定在给定条件下稳态泡沫的饱和度和其他参数．当条件变化之后，泡沫自动调整至新的稳定状态．PersoffP等。。研究表明，当岩心内含水饱和度在临界含水饱和度附

5、近时，强泡瞬间消失，从而在附近气相流度有突变，水相相对渗透率几乎不变，岩心压力梯度只与水相流速有关，与气相速度无关．1．2分流量假设气水两相渗流；均质孔隙介质；一维等温流动；油藏岩石和流体不可压缩；不考虑重力和毛管力的影响；流体渗流满足达西定律．在假设基础上，多孔介质中一维气、水渗流速度为收稿日期：2010一O5—25；审稿人：张继成；编辑：任志平基金项目：国家“863”项目(2007AA06Z216)；国家自然科学基金项目(10972237)；国家科技重大专项(2008ZX05011)作者简介：杜庆军(1979一)，男，博士，讲师，主要从事油气田开发lT程方

6、面的研究．大庆石油学院学报第34卷201O年KKrwdpMw一———_，(1l)UZwKKrgdp‰：——■_，’(。2)，一S一式中：“，“分别为水和气的渗流速度；K为渗透率；K，K分别为水和气的相对渗透率；为压力；为岩心中的位置；，分别为水和气的黏度．气、水分流量，’，分别为一KT七Krw。’(3)=1一．(4)式(3～4)中：A为截面积．对于确定的泡沫体系，气、水黏度为定值，因此各渗流截面上含水率或含气率的变化仅取决于该截面上的气水相对渗透率，而相对渗透率是含水饱和度的函数．因此，根据式(3)和式(4)，可以求出各渗流截面上的含水率与该截面上的含水饱和度

7、的关系。1．3相对渗透率气体进入多孔介质后，在表面活性剂作用下生成泡沫，同时部分被捕集到孔隙中．捕集的气相能够堵塞孔喉，降低气体相对渗透率．当泡沫稳定存在时，水相分流量远大于无泡沫时水相分流量．通过修正气相相对渗透率描述泡沫体系流度降低机理，修正后的气相相对渗透率以临界含水饱和度为界分为3段，即K，S<(S～￡)；K，S：一￡≤S≤S+￡；K一l+(5)R，sJ>／(＼su+1e)／．‘式中：K，K分别为泡沫稳定存在和无泡沫时的气相相对渗透率；s为含水饱和度；e为临界含水饱和度的邻域半径；R为气相相对渗透率降低因数．1．4等饱和度面移动方程根据BuckleyL

8、everett驱替理论，等饱和度平面的