基于逾渗理论的泡沫体系微观渗流特征研究

泡沫驱已逐步成为我国东部油田有效提高原油采收率技术之一。但对于泡沫体系驱油机理，尤其是在多孔介质中的微观渗流机理认识尚不明确。本课题引入目前已经成熟应用于油水两相微观渗流研究领域的网络模拟技术，采用实验与微观模拟相结合的方法，建立描述泡沫渗流过程的数学模型，探讨泡沫体系在多孔介质中的复杂渗流机理。利用多孔介质中泡沫结构观察实验，开展泡沫体系渗流特征研究。采用随机建模方法，构建多孔介质三维数据场。基于侵入逾渗模型，考虑不同部位泡沫渗流机理(生成、破灭、吸附及流度降低等)，建立泡沫体系渗流微观网络模拟模型。通过模拟手段，研究不同孔喉结构与泡沫结构和泡沫分布的相互关系，不同渗流阶段泡沫主导生成机理，不同驱替条件下泡沫视粘度及压力梯度分布，深入认识泡沫体系微观动态渗流机理。

目前，我国对石油能源的需求量日益增长，但石油勘探的难度不断增加。如何提高现有油田的原油采收率成为一个难题。泡沫驱油提高采收率是一种正处于迅速发展阶段的新型三次采油技术。泡沫驱油采用向油田注入井注入稳定的泡沫体系的方法，增大驱替剂粘度，扩大波及体积，从而大幅提高原油采收率。常用的泡沫体系由氮气、水和起泡剂组成，属于复杂的多相、多组分、多界面流体。多孔介质中泡沫生成、破灭机理和渗流过程非常复杂。. 本课题研究采用实验研究与网络模拟相结合的方法，探讨泡沫体系在多孔介质中的渗流机理。利用泡沫结构观察模型，开展泡沫体系在多孔介质中渗流过程中泡沫结构的观察研究。采用随机建模方法，构建多孔介质三维数据场。基于侵入逾渗模型，考虑泡沫渗流机理(生成、破灭、吸附及流度降低等)，建立泡沫体系渗流微观网络模拟模型。通过模拟手段，认识泡沫体系微观动态渗流机理及分区特征。. 通过本课题的研究取得以下创新成果：① 基于多孔介质中流动泡沫观察实验装置和识别方法，开展了多孔介质中泡沫体系结构特征观察实验研究。结果表明：注入速度越快、渗透率越高、气液比越大，泡沫平均直径越大，泡沫分布密度越小；② 基于逾渗理论建立了泡沫渗流网络模拟模型，基于泡沫渗流特征建立了泡沫驱渗流过程中流体视粘度、吸附等物化模型；③ 基于泡沫驱油机理数值模拟，提出泡沫驱替过程中存在生长区、稳态区、衰减区和气窜区四部分，认识了泡沫驱油以“调剖”为主，在纵向上扩大了波及体积，前缘泡沫破灭后上浮动用顶部剩余油。. 通过本课题的研究，关键解决了泡沫体系在多孔介质中渗流特征的数学描述方法和三维网络模拟模型中泡沫动态渗流过程的描述，对泡沫体系微观渗流机理和进一步开展泡沫驱油机理研究提供理论指导。