【正文】 吸附分子間的相互作用，使表面吸附膜強(qiáng)度增大，提高薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的彈性，減小泡沫的透氣性，從而提高泡沫的穩(wěn)定性。這是由于泡沫液膜帶有相同符號的電荷，液膜的兩個(gè)表面將互相排斥，以防止液膜變薄乃至于破裂。圖32 氣液比對泡沫半衰期的影響 氣液比對泡沫綜合指數(shù)的影響圖33 氣液比對泡沫綜合指數(shù)的影響同半衰期規(guī)律類似，泡沫綜合指數(shù)隨著氣液比的增大而增大，氣液比4：1是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。本節(jié)使用陰離子表面活性劑HY3作為發(fā)泡劑，主要研究了氣液比、發(fā)泡劑濃度、水質(zhì)礦化度、壓力、溫度、穩(wěn)泡劑等因素對發(fā)泡劑HY3的起泡能力和穩(wěn)定性能的影響，以及發(fā)泡劑在多孔介質(zhì)中的吸附滯留量測定。圖22 不同類型發(fā)泡劑生成泡沫的穩(wěn)定性比較（3）不同類型發(fā)泡劑綜合性能比較圖23 不同類型發(fā)泡劑綜合性能比較由圖23可以看出，發(fā)泡劑類型不同，泡沫綜合指數(shù)相差很大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：起泡能力從強(qiáng)到弱的發(fā)泡劑類型依次是：陰離子型發(fā)泡劑陽離子型發(fā)泡劑非離子型發(fā)泡劑。 實(shí)驗(yàn)儀器MRM—RI型羅氏泡沫儀，恒溫水浴，氣瓶，D0711氣體質(zhì)量流量控制器和D088C流量顯示儀、BL6100電子天平（d=）、（d=）和燒杯等。超越是一個(gè)不可逆的過程，只用這個(gè)過程不能夠說明泡沫的高的流動阻力。圖17 超越機(jī)理示意圖通過超越所產(chǎn)生的透鏡體一般被確定為與當(dāng)?shù)氐牧鲃樱丛诋a(chǎn)生超越的孔隙內(nèi)的流動）方向相平行，并且不能使氣相間斷。但是，在被捕集的泡沫氣泡附近極大地減少了分叉點(diǎn)的個(gè)數(shù)。當(dāng)泡沫氣泡遇到一個(gè)具有兩個(gè)方向的分叉點(diǎn)時(shí)，沿著分叉點(diǎn)界面伸展，并進(jìn)入兩個(gè)路徑。因此，孔隙介質(zhì)中泡沫發(fā)生時(shí)的位置或其萌生的位置必須滿足孔隙喉道的尺寸比大于2，還要求有足夠的潤濕液體。因此，截?cái)啾还J(rèn)是孔隙介質(zhì)中一般的力學(xué)過程。從泡沫的生成和破裂的過程來分析，泡沫初生時(shí)，薄膜比較厚，這時(shí)重力引起的流失是主要的。暫時(shí)性的泡沫，壽命在數(shù)秒到幾十秒的范圍內(nèi)；而持久性的泡沫，壽命則可以從數(shù)時(shí)達(dá)到數(shù)天之久。根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑，以降低液相的表面張力，增加液膜的強(qiáng)度和彈性。牛頓黑膜的厚度僅比形成它的表面活性劑分子的雙分子層厚度稍大一些，通常認(rèn)為它的結(jié)構(gòu)是兩層表面活性劑分子中夾有一個(gè)薄水層。高溫時(shí)，泡沫的破滅由泡沫柱頂端開始，泡沫體積隨時(shí)間的增長有規(guī)律地減小。若體系中既有增高液相粘度的物質(zhì)，又有增高表面粘度的物質(zhì)時(shí)，泡沫的穩(wěn)定性可大大提高。（2） GibbsMarangoni表面彈性效應(yīng)純液體不能形成穩(wěn)定的泡沫。但是在體系中加入一定量的輔助表面活性劑、穩(wěn)泡劑等物質(zhì)，就可獲得穩(wěn)定性良好的泡沫。在毛細(xì)管半徑從小變大的過程中，泡沫的結(jié)構(gòu)從單鏈結(jié)構(gòu)變?yōu)槭鴶?shù)逐漸增多的結(jié)構(gòu)，泡沫的穩(wěn)定性和表觀粘度都趨于增大。泡沫在運(yùn)移到一定的位置后即駐留，引起流度下降，從而大幅度地降低氣相(泡沫)的滲透率，對液相(油水混合物)滲透率則影響不大。另外泡沫能在破裂之前乳化、吸入和運(yùn)移油珠，此后，被釋放的原油被隨后的泡沫薄層波及和運(yùn)移，然后向前傳送。 增加宏觀掃油面積泡沫復(fù)合體系在驅(qū)替殘余油的過程中先進(jìn)入孔道大、阻力小的部位。在這種環(huán)境下，有兩種情況。同時(shí)以往研究泡沫體系滲流能力都是在常壓條件下進(jìn)行的，也需要研究復(fù)合泡沫體系在地層條件下的滲流特性。c．草20913井組，同樣有8口生產(chǎn)井。%，見油時(shí)間由上周期的平均9天下降到4天，平均見油時(shí)間提前了5天，至2005年9月共累計(jì)生產(chǎn)268天，見到了較好的調(diào)剖增油降水效果。%。1991年在遼河油田稠油蒸汽吞吐試驗(yàn)中，也曾采用了氮?dú)馀菽?qū)油技術(shù)，取得了一定的成效[1215]。 我國科技人員從70年代初，己經(jīng)開始了泡沫驅(qū)的研究。進(jìn)而，他建議只要在注入地層利用泡沫堵塞可滲透層或通道，結(jié)果石油采收率都會提高，他還發(fā)現(xiàn)超高濃度的表面活性劑形成泡沫遮擋，因此降低了波及效率。當(dāng)然，隨著孔隙介質(zhì)絕對滲透率的下降，流動性下降率也越低；隨著表面活性劑濃度的增大，泡沫的表觀粘度也增加．Holm不同意這個(gè)觀測結(jié)果，他做了流體實(shí)驗(yàn)和目視的研究，以觀察孔隙介質(zhì)存在泡沫時(shí)氣、液流動機(jī)理。Kolb認(rèn)為大部分氣體被圈閉在孔隙介質(zhì)中，僅有少部分氣體成為游離氣體，游離氣體可用達(dá)西定理描述。速度越高，流動性增加；表面活性劑濃度增加，泡沫流動性下降，而提高泡沫質(zhì)量，流動性只稍微下降。他的研究指出：泡沫引起氣相相對滲透率迅速降低，進(jìn)而延緩了氣體的突破。其流體的組成形式也由單一的表面活性劑+氣型發(fā)展成表面活性劑+聚合物+氣、表面活性劑+聚合物+蒸汽、表面活性劑+凝膠+氣和表面活性劑+堿+聚合物+氣等多種形式[56]。 ultralow interfacial tension目 錄第1章 前 言 1 本文研究的目的和意義 1 復(fù)合泡沫體系國內(nèi)外發(fā)展及其研究現(xiàn)狀 1 本文的研究內(nèi)容 4 復(fù)合泡沫體系微觀驅(qū)油機(jī)理 5 泡沫的基本性質(zhì) 7第2章 起泡劑的篩選 14 實(shí)驗(yàn)方法 14 實(shí)驗(yàn)儀器 14 實(shí)驗(yàn)步驟 14 15第3章 復(fù)合泡沫體系影響因素研究 18 氣液比對泡沫起泡能力的影響 18 發(fā)泡劑濃度對泡沫起泡能力的影響 20 水質(zhì)礦化度對泡沫起泡能力的影響 21 穩(wěn)泡劑對泡沫起泡能力的影響 22第4章 復(fù)合泡沫體系滲流特性研究 24 巖心滲流實(shí)驗(yàn)條件與步驟 24 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 25 長填砂管復(fù)合泡沫體系滲流穩(wěn)定性研究 27第5章 復(fù)合泡沫體系驅(qū)油效果研究 30 實(shí)驗(yàn)條件與步驟 30 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 31結(jié) 論 37參考文獻(xiàn) 38致 謝 40第1章 前 言 本文研究的目的和意義流體通過多孔介質(zhì)的流動稱為滲流。通過室內(nèi)驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明泡沫復(fù)合體系可大幅度提高原油采收率，在聚驅(qū)基礎(chǔ)上提高15%20%。為了挖掘這部分潛力，必須研究比聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)更好的三次采油方法。盡管如此，仍有40~50%的剩余油留在地下。研究結(jié)果表明：泡沫復(fù)合驅(qū)采收率隨氣液比、驅(qū)替速度的增加而增加；當(dāng)氣液比一定時(shí)，在 Vk=～，隨著變異系數(shù)的增大，泡沫復(fù)合驅(qū)在聚驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率幅度增加，在滲透率變異系數(shù)達(dá) ，表明泡沫體系對非均質(zhì)油層具有選擇性。 foam stability。泡沫流體應(yīng)用于油田，在國內(nèi)外已有30多年的歷史[4]，作為一門新興技術(shù)，泡沫在驅(qū)油、含水氣井的排水采氣、沖砂洗井、鉆井、調(diào)剖、堵水、酸化、水泥固井及壓裂等油氣田開發(fā)中的諸多方面獲得了長足的發(fā)展，并取得了肯定的效果。 復(fù)合泡沫體系國內(nèi)外發(fā)展及其研究現(xiàn)狀Fried[1]是最早研究采用泡沫在提高采收率方面增加驅(qū)油效率的研究人員。Heller[23]等人做了CO2泡沫高溫高壓驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泡沫流動并不是恒定的流速。初步研究表明，泡沫能提高氣驅(qū)采油過程中的波及體積，囚為它選擇性地降低了油藏中的氣體滲透率。他們的結(jié)論同時(shí)表明，隨著質(zhì)量提高，泡沫流動性下降。結(jié)果表明壓力增加，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)，而溫度增加，泡沫穩(wěn)定性下降，他總結(jié)出無論是原地還是外部產(chǎn)生的CO2泡沫，在與原油接觸時(shí)，都易于迅速破滅。 此外，Hudgins等人先后在泡沫的遠(yuǎn)距離推進(jìn)、泡沫與輕質(zhì)油的相互作用、多孔介質(zhì)中泡沫的滲濾原埋、泡沫流度控制等有關(guān)機(jī)理問題上進(jìn)行了研究。共增產(chǎn)原油9900t，提高采收率6%8%，這是一次比較成功的嘗試。試驗(yàn)區(qū)全區(qū)于1998年9月含水降到最低點(diǎn)，全區(qū)8口生產(chǎn)井日產(chǎn)液482t，日產(chǎn)油71t，%，氣油比155m4/t，與見效前相比，日產(chǎn)液下降了222t，日產(chǎn)油上升了40t。%，日產(chǎn)油10t，含水50%。到1995年5月，井組增油達(dá)6000t以上，含水率明顯下降，由注泡沫前的90%降至82%~85%，效果顯著。 本文的研究內(nèi)容為了研究復(fù)合泡沫體系驅(qū)油技術(shù)在油田聚合物驅(qū)后繼續(xù)提高采收率的能力，針對泡沫在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，在地層條件下是否穩(wěn)定，需要進(jìn)行高壓滲流實(shí)驗(yàn)。 復(fù)合泡沫體系微觀驅(qū)油機(jī)理親水、油孔隙介質(zhì)內(nèi)的復(fù)合泡沫體系滲流大致可以分為三個(gè)帶：（1）前沿地帶 這個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是復(fù)合體系及油分布較多。 泡沫的產(chǎn)生與破滅導(dǎo)致氣體向驅(qū)替前緣突破。泡沫復(fù)合體系驅(qū)油前緣有一段乳化油帶就是泡沫破裂后起泡劑作用的結(jié)果。 泡沫的選擇性堵塞作用 泡沫驅(qū)油的另一特性是選擇性堵塞作用。隨著毛細(xì)管半徑的增大，泡沫的表觀粘度上升。泡沫具有非常大的氣液界面面積，因此其表面自由能比較大，自由能具有自發(fā)減少的趨勢，所以泡沫是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，泡沫會逐漸破滅，直至氣、液完全分離。此作用也是使泡沫具有良好穩(wěn)定性的原因。但是應(yīng)該注意，液體內(nèi)部粘度僅為一輔助因素，若沒有表面膜形成，即使內(nèi)部粘度再大也不一定能形成穩(wěn)定泡沫。 低溫時(shí)，當(dāng)泡沫的液膜達(dá)到一定厚度時(shí)，泡沫就呈現(xiàn)出亞穩(wěn)定狀態(tài)，其衰變機(jī)理主要是氣體擴(kuò)散。普通黑膜由于具有雙電層結(jié)構(gòu)，其厚度較大，并隨電解質(zhì)濃度的增大而減小。 提高泡沫穩(wěn)定性的方法從上面的總結(jié)可以看出，目前關(guān)于泡沫穩(wěn)定性的理論還很不成熟，而且影響泡沫穩(wěn)定性的因素很多，所以只有在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)選擇合適方法來獲得穩(wěn)定泡沫。所形成的氣泡或泡沫可以是暫時(shí)性的，也可以是持久性的。因?yàn)榱魇?dǎo)致膜變薄，當(dāng)膜達(dá)到臨界厚度（50～100μm）時(shí)，膜就會自動破裂。 截?cái)嘟財(cái)嗍强紫督橘|(zhì)中泡沫產(chǎn)生的很重要的機(jī)理，不管表面活性劑存在與否，在孔隙介質(zhì)中的多相流過程會反復(fù)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。若收縮很明顯，就可以形成一個(gè)穩(wěn)定的頸口。圖16所示為液膜分割的圖解說明。當(dāng)不存在環(huán)繞分叉點(diǎn)的泡沫氣泡或液膜時(shí)可能發(fā)生分割。以后，該透鏡體可能排液，變?yōu)楸∧ぁ８鶕?jù)被捕集的泡沫的有效分?jǐn)?shù)，泡沫的剪切變稀的性質(zhì)以及靜止泡沫氣泡存在時(shí)氣泡有效分割位置的減少程度的研究，在砂巖上分割不會成為流動液膜的主要來源。改變通氣時(shí)間，記錄不同氣液比條件下的泡沫高度和泡沫半衰期，考察發(fā)泡體系的最大起泡能力和穩(wěn)定性。將泡沫的體積Vf折算成泡沫的高度h，做出氣液比與泡沫高度關(guān)系曲線。一部分表面活性劑氣液比影響不大，隨著氣液比的增加，泡沫半衰期緩慢增長，如HYBGORS等表面活性劑；另一部分表面活性劑氣液比影響較大，隨著氣液比的增大，泡沫半衰期大幅度增加，如HYHY4等表面活性劑。人們希望泡沫具有好的穩(wěn)定性，泡沫若不穩(wěn)定，會很快發(fā)生衰變，泡沫的衰變主要是由于泡沫中液體的析出和氣體穿透液膜擴(kuò)散造成的。說明HY3表面活性劑所產(chǎn)生的泡沫衰變主要是氣泡膜液體的析出，泡沫最后因液體析出變薄而破裂，而氣體透過液膜擴(kuò)散所占比重較小，實(shí)驗(yàn)中可以觀察到這種現(xiàn)象。氣液比4：1時(shí)，清水條件下綜合指數(shù)為15904，礦化度3770mg/L的污水條件下綜合指數(shù)為13718，泡沫穩(wěn)定性對于礦化度的變化不敏感，說明在很廣范圍內(nèi)油田條件下HY3表面活性劑可以用作發(fā)泡劑。泡沫穩(wěn)泡劑的加入會使泡沫的穩(wěn)定性得到較大提高。其中聚合物是比較常用的穩(wěn)泡劑。選擇濃度為500mg/L的聚合物穩(wěn)泡劑，形成的泡沫具有較高的起泡能力和穩(wěn)定性。（2）%的濃度與二廠污水配制的溶液1000mL裝入中間容器內(nèi)。m2）氣水壓差(MPa)泡沫壓差（MPa）阻力系數(shù)殘余阻力系數(shù)注入速度（mL/min）氣液比1Apr39均質(zhì)1150103101:12Feb82均質(zhì)6168230111:13A3非均質(zhì)1240213201:14A4非均質(zhì)1248168181:25A5非均質(zhì)1252222212:16A6非均質(zhì)1238228234:17A7非均質(zhì)12552872511:1 氣液比對泡沫滲流能力的影響從表41中方案6比較可知：高壓條件下，氣液比對泡沫滲流能力有一定影響，由圖43可知，氣液比越大，泡沫滲流阻力越大，但是，影響程度不大，由曲線變化趨勢可以看出，氣液比達(dá)到1：1以后，曲線斜率變小，阻力系數(shù)增加幅度減小，說明氣液比1：1時(shí)可以在巖心中形成穩(wěn)定泡沫。5個(gè)傳感器：1號和5號傳感器分別測量填砂管模型的入口端和出口端的壓力；4號傳感器測量填砂管模型不同位置的壓力。表42 填砂管中泡沫和氮?dú)鉂B流實(shí)驗(yàn)結(jié)果填砂管號滲透率(103181。第5章 復(fù)合泡沫體系驅(qū)油效果研究泡沫驅(qū)是在水驅(qū)基礎(chǔ)上三次采油技術(shù)，而本實(shí)驗(yàn)是在聚合物驅(qū)后進(jìn)行復(fù)合泡沫驅(qū)油，研究評價(jià)進(jìn)一步提高原油采收率的幅度大小。在實(shí)驗(yàn)過程中，表面活性劑和氣體通過泡沫發(fā)生器產(chǎn)生復(fù)合泡沫進(jìn)入巖心入口觀察窗后，在觀察窗中可以觀察到直徑比較大的白色透明狀均勻泡沫；，在巖心出口可以觀察到直徑較小的細(xì)泡沫和油交替出現(xiàn)。m2）孔隙度（%）含油飽和度（%）水驅(qū)采收率（%）聚驅(qū)采收率（%）復(fù)合泡沫采收率（%）注入方式avk72121238+bvk72131229+++cvk72141232++dvk7231216由表52結(jié)果可知，起泡體系與氮?dú)饨惶孀⑷胄Ч葰庖和⒉?。因此，體系的起泡能力有較大提高，對地層的封堵能力增強(qiáng)。由表54實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，滲透率對復(fù)合泡沫提高原油采收率能力具有一定影響。m2）孔隙度（%）含油飽和度（%）水驅(qū)采收率（%）聚驅(qū)采收率（%）氣體采收率（%）氣體段塞（PV）B8N212450 溫度對復(fù)合泡沫體系驅(qū)油效果研究在實(shí)驗(yàn)溫度為45℃條件下水驅(qū)后，（中分子聚丙烯酰胺，%），水驅(qū)至含水98%，分別改變實(shí)驗(yàn)溫度到70℃、90℃、和120℃，（氮?dú)? %HY3發(fā)泡劑+%羧甲基纖維素納穩(wěn)泡劑），后續(xù)水驅(qū)至含水98%結(jié)束；研究在不同溫度條件下，復(fù)合泡沫體系的驅(qū)油效果。聚合物濃度增加，泡沫綜合指數(shù)增大，聚合物濃度為500mg/L時(shí)，泡沫具有較高的起泡能力和穩(wěn)定性，可以形成超強(qiáng)泡沫