泡沫复合驱油体系在多孔介质中的稳定特征及渗流机制研究

泡沫复合驱油体系具有特殊的物化和流动性质，深入研究这种非牛顿驱油体系在多孔介质中的稳定特征和渗流机制有助于提高其油藏适应性和矿场增油效果。结合先进模拟设备进行泡沫体系多流态特征实验和泡沫复合驱油物理模拟，分别基于解析模型及数值方法建立描述泡沫复合驱渗流的数学模型。首次提出泡沫复合驱实验参数的多级拟合研究思路，以达到尽可能地消除或降低待定参数的多解性，实现物理模拟和数学模拟有机结合的目的。在此基础上，研究泡沫生成、破灭速度分布以及运移特征，描述泡沫在多孔介质中运移的分区规律，系统分析泡沫复合驱油渗流机制。在表征泡沫稳定性的基础上，讨论泡沫稳定性的影响因素，分析泡沫复合驱油效果与泡沫稳定性的关系，认识泡沫复合驱油机理。该研究内容将有助于进一步完善和发展泡沫驱渗流理论，改善泡沫复合驱效果、达到提高原油采收率的目的。

本项目结合物理实验和数学模拟手段研究了泡沫复合驱油体系在多孔介质中的稳定特征和渗流机制，取得了以下研究成果：① 开展了泡沫体系渗流多流态特征实验和泡沫复合驱油物理模拟研究。认识了泡沫驱的高干度、低干度流态特征以及两种流态的转化条件。发明并研制了多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置、采集与识别方法，实现了在高压状态下对渗流泡沫结构的实时化、自动化、定量化的数据采集和识别；② 基于泡沫临界毛管力理论，建立了描述泡沫驱渗流特征的分流量方法；基于泡沫组分物质守恒原理，考虑泡沫生成、破灭、运移，建立了聚合物强化泡沫驱渗流的多组分数学模型，能有效地反映油相消泡和聚合物稳泡作用机理，并采用自适应隐式方法进行了高效求解；③ 针对泡沫复合驱实验参数拟合过程中，存在参数较多、单级拟合参数选取随意性大的问题，提出了泡沫复合驱实验参数的多级拟合技术思路，以尽可能地消除或降低待定参数的多解性，实现了物理模拟和数学模拟有机结合；④ 基于泡沫生成、破灭速度分布以及运移特征的分析，首次提出了泡沫驱替过程中的油藏分区概念，即泡沫在多孔介质运移过程中，存在生长区、稳态区、衰减区三个区间；⑤ 泡沫复合驱油渗流机制和驱油机理研究表明，油相是影响泡沫稳定存在的主要因素，聚合物的加入降低了遇油破灭速度。泡沫驱替是动态平衡过程，前缘破灭泡沫能够由后续泡沫不断补充而稳定存在。. 研究成果已发表相关论文11篇，分别发表在《Energy & Fuels》、《Transport in Porous Media》、《Petroleum Science》、《石油学报》等国内外期刊及国际会议上。其中，6篇发表在SCI国际期刊上，1篇发表在国家一级学会主办刊物上，SCI检索6篇、EI检索7篇。授权国家发明专利2项，获国家科技进步二等奖、孙越崎青年科技奖和青岛市青年科技奖各1项，完成省部级科学技术鉴定项目1项，入选教育部新世纪优秀人才1名。通过本项目的研究，全面完成了研究计划内容，达到了预期指标要求。形成了泡沫复合驱油体系渗流研究的新的实验和模拟方法，进一步阐明了泡沫复合驱油体系在多孔介质中渗流机制和驱油机理，为提高原油采收率提供了应用基础和理论支撑。