ZY空气泡沫的性能及流速对渗流特性的影响.docx

1、第31卷第3期2014年9月25日油田化学OilfieldChemistiyVol.31N<h325Sept,2014文章编号：1000-4092(2014)03-3X0-04ZY空气泡沫的性能及流速对渗流特性的影响*吴灿二李华斌七牛忠晓、黄浩，霍隆军孙千，陈健，梁艳萍'(I.成都理工大学能源学院，四川成都610059;2.油气地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学).四川成都610)59:3.中国石化河南石油工程有限公司钻井工程公司.河南南阳473000；4.育海油田天然气开发公司.青海格尔木816000)摘要：中原油田采油工程技术研究院提供的阴亮子型起泡剂ZY,有效物含量

2、30%，其最佳加量为0.5%,此时的发泡体枳为400mL,泡沫半衰期为540s,泡沫综合指数为216Ls,泡沫视扇度为12IOmPas。通过岩心驱警实脸研究了渗流速率对ZY空气泡沫在孔味介质中渗流特性的澎响、结果表明，ZY空气泡沫在孔隙介质中渗流时产生泡沫的临界起泡线速度为0.3m/d、当海流级速度从0.3增至Im/d时，泡沫的平均阻力系数(整支填砂管)由14增至64：渗流速度大于Im/d后，平均阻力系数约为70,泡沫的丹堵能力受渗流速率的影响校小；填砂管商端泡沫的丹堵能力大于后端泡沫，泡沫在孔晾介质运移过程中不断的生成和破灭，起泡速度总是小于消泡速度，食至泡沫完全消失图5表I参14关键词:泡

3、沐犯;空气泡沫;渗流速率;封堵中图分类号:TE357.46:0648.2*4文献标识码:AII前，我国大多数油111进入中高含水期.各油川多采用化学骤等三次采油方法进一步提高采收率。泡沫具有遇水起泡、遇汕消泡的特点.对祖I、水具有选择性同时具有使用成木低的特点，在石油钻井、固井、试油、调剖堵水和驱油等领域应用广泛选择性良好“气泡沫调驱的矿场实施成本较低、工艺相对简单、提高采收率效果明显.有望成为进一步改善高含水阶段开发效果及聚合物驰后提高原油采收率的有效接替技术。因此研究泡沫在储层介质中的渗流特性对泡沫调驱的推广应用具有重要意义彩)。泡沫是由不溶性气体分散在液体中组成的体系，一般由水气起泡剂和

4、稳泡剂组成本文考察了多个泡沫参数与起泡剂加量的关系，并通过岩心驮替实捡对泡沫在孔隙介质中渗流时的特征进行了分析。I实验部分1.1试剂与仪器实验所用气体为普通压缩空气;ZY起泡剂(阴离子型)，有效物含量30%,由中原油111采油工程技术研究院提供;氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁.分析纯.成都市科龙化工试剂厂；人工配制的模拟地层水.矿化度166077mg/L.高子组成(mg/L)为:Na*+lC55716.Ca2+7124、Mg"1197.C1100689、SO?"1215;自制填砂管模型尺寸为。38mmx2000nnn,填充物为50200目石英砂.孔隙体积800mL

5、.孔隙度35.3%,平均渗透率约441x10pnroWaring搅拌器、平流泵、恒温箱、精密压力表(量程16MPa、IMPa精度0.2MPa)、美国Brook-tieki-DVHI+黏度仪等。1.2实验方法泡沫的性能评价一般是在实纶室中用玻璃器皿等来测量半衰期和起泡体积、起泡高度等参数,M2,o实羚在地层温度(90T)下，分别配制200mL质呈分数为0.1%0.7%的ZY起泡剂溶液JHWar-ing搅拌苍高速搅拌1niin,倒入量筒静置，i己录起泡收稿BW:2013-06-06;修改BM8:2013-06-)9O作者简介：吴灿(1988-),男.成都理工大学石油与天然气工程专业在读硕士研究生(

6、2011-).从事化学驱提高采收率研究.通讯地址:610059成都理工大学能源学院综合楼417室,H.-mail:sxwiican-,体积和泡沫半衰期.测定泡沫视黏度。通过岩心驱替实验测定填砂管模型各点压力.计算阻力系数.以判定泡沫在填砂管模型中的封堵能力。将填砂管模型连接、安装、调试好.在2MPa压力卜确保填砂管模型密封性和渗透性良好，充分饱和模拟地层水,测定和计算孔隙体积和渗透率-将气液体积比为1.2:1的起泡液和空气注入填砂管模型.观察不同位置的压力变化，待压力稳定后，记录实验过程中各个测压点的压力。R和已为填砂管首尾压力表的示数,Pz和己为填砂管中间两个压力表的示数.两个压力表之间相距

7、1m.距首尾两端的距离均为0.5mo2结果与讨论2.1起泡剂加量2.1.1起泡体积起泡体积反映起泡剂的起泡能力。ZY起泡剂的起泡体积随起泡剂加量的变化见图1。由图可见当加量在0.1%0.5%时.起泡体积随加量的增加而增大；加量为0.5%时的起泡体枳最大(400mL);当加量大于0.5%后.起泡体积基本稳定。500400300200100质届分数/%图2ZY起泡剂加虽对泡沫半衰期的影响积.反映了泡沫的综合性能。ZY起泡剂泡沫综合指数随起泡剂加量的变化见图3。当起泡剂质量分数从0.1%增至0.5%时.泡沫综合指数逐渐增大；当质量分数为0.5%时，泡沫综合指数达到最大值216Ls；当质量分数大于0.

8、5%时.泡沫综合指数略微降低。00.7质最分数/%图3ZY起泡剂加抵对泡沫综合指数的影响005000502112.1.4泡沫视黏度泡沫的黏度对提高油层的波及效率有着重要的意义。在室温、剪切速率6广下.用黏度仪测得泡沫视黏度随ZY起泡剂加鼠的变化见图4。由图nJ质审分数/%图4ZY起泡剂加虽对泡沫视黏度的影响2.1.2泡沫半衰期泡沫半衰期反映J'泡沫的稳定性。ZY起泡剂泡沫半衰期随起泡剂加虽的变化见图2。当起泡剂质量分数在0.1%0.5%时,泡沫半衰期逐渐增大;当质虽分数由0.5%增至0.7%时.泡沫半衰期略微K降；当质量分数为0.5%时.泡沫半衰期达

9、到最大值540So2.1.3泡沫综合指数泡沫综合指数是起泡体积和泡沫半衰期的乘见，起泡剂质虽分数由0.1%增至0.7%.泡沫视黏度由929.8mPa-s逐渐增至1260mPas。当起泡剂加量为0.5%时.泡沫视黏度为1210mPas。通过以上实验数据可见:ZY起泡剂的最佳加量为0.5%.起泡体积为400mL.泡沫半衰期为540s.泡沫综合指数为216L-s.泡沫视黏度为1210mPa»<>2.2渗流速度对泡沫渗流特征的影响2.2.1临界起泡速率的确定以阻力系数作为泡沫在孔隙介质中封堵能力强度的度量心,见式(1)。RFdPJM(1)式中MF-阻力系数.无虽纲注入泡沫时岩心模

10、型两端压力差.MPa；A/4-相同流虽下水驱时岩心模型两端压力差,MPao在不同的渗流速度R测得填砂管模型各测压点的压力如表I所示。市表1数据计算得到渗流速率对阻力系数的影响见图5o其中,如,为填砂管测压点压力P.和R之间的平均阻力系数。同理部、和RFu则分别表示测压点压力七与心和与R之间的平均阻力系数.为整支填砂管的平均阻力系数'由图5可知.以RfL为例.当渗流速率小于0.3m/d时.阳力系数较小R随着渗流速率的增大变化较小，说明此时孔隙介质中基本无泡沫形成；当渗流速率大于03m/d时.随着渗流速率的增大.阳力系数迅速增大；当渗流速率大于1m/d时.阻力系数增幅减小。说明渗流速率为0

11、.3nVd时,泡沫开始在孔隙介质中生成，即开始起泡，且随着渗流速率的增加.泡沫生成虽:逐渐增加.并在渗流速率约为Im/d时.起泡液起泡能力达到最大。因此，泡沫在孔隙介质中的临界起泡速率为0.3m/d.表I渗流速度对填砂管模型各测压点压力的影响线速度_/nr<l1各测压点压力/MPaP,P>0Pt5.15.05.15.00.67.01.05.02.05.03.05.0线速度/md，图5渗流速度与阳力系数关系曲线2.2.2渗流速率时泡沫封堵性能的影响图5表明：以济'为例，

12、当渗流速率小于0.3m/d时随着渗流速率的增大，阻力系数保持不变.渗流速率对泡沫的封堵能力并无明显影响；为渗流速率在0.31m/d内逐渐增加时.阻力系数从14迅速增至64,说明在此范围内，泡沫的封堵能力受渗流速率的影响明显；当渗流速率大于1m/d时.阻力系数保持在70左右.随渗流速率的增加增幅较小，说明泡沫封堵能力受渗流速率的影响减弱，此时泡沫的封堵能力接近最大值：因此.当渗流速率在0.3Im/d内变化时.其对空气泡沫在孔隙介质中封堵能力的影响显著.此速率范围应作为油III驱油过程中泡沫渗流速率的实际参考范围。2.2.3渗流速率对泡沫起消的影响由图5可以看出.随着线速度的增大，曲线分为平稳阶段

13、、急剧上升阶段及缓慢上升阶段。在渗流线速度从0.1-3.0m/d逐渐增大的过程中，总有部-即填砂管前端泡沫的封堵能力大于后端泡沫的封堵能力,说明前端泡沫虽总是多于后端的泡沫是。泡沫在孔隙介质运移的过程中.时刻伴随着泡沫的生成和破灭。当泡沫的生成速度大于破灭速度时.泡沫虽:将不断增加;同理.泡沫的生成速度小于破灭速度时，泡沫里将逐渐减少°由前端的泡沫虽多于后端的泡沫虽可知，空气泡沫在孔隙介质渗流的过程中起泡速度总是小于消泡速度，随着起泡液不断的向前运移，泡沫量逐渐减少.以至最终消失。泡沫在流动过程中将因不断聚并.破灭，析液而衰变"气3结论ZY起泡剂的最佳发泡加虽为0.5%,此

14、时的发泡体积为400n】L,泡沫半衰期为540s,泡沫综合指数为216Ls,泡沫视黏度为1210mPa-SoZY空气泡沫在孔隙介质中渗流时产生泡沫的临界起泡线速度为O.3ni0当渗流速度在0.3Im/d时,泡沫的封堵能力随渗流速率的增加急剧升高成渗流速度大于1m/d时，泡沫的封堵能力受渗流速率的影响较小。空气泡沫在孔隙介质运移的过程中，起泡速度总是小于消泡速度.泡沫在运移的过程中逐渐消失。参考文献：1 王其伟，郭平，周国华.等.泡沫体系封堵性能影响因素实验研究J.特种油气2003,10(3):79-81.2 刘清华.裴海华，王洋.等.高温调剖剂研究进展J.油田化学.、2013,30(1):14

15、5-149.3 舒小波，万里平，孟英株，等.复配发泡剂泡沫循压利用研究J.西安石油大学学报:自然科学版.2011.26(3):62-66.4.樊西惊.原油对泡沫稳定性的影响J.油用化学.1997.14(4):384-388.5王清华.白振强.影响泡沫油流的因素J.天然气周探与开发.2004.01:36-38/63.6J邓玉珍.刘慧卿.王增林.等.氮气泡沫驱注入参数优化研究J.中国石油大学胜利学院学报，2006,20(1):1-3.7 樊泽霞.王腾飞，丁长灿.等.中原油田丘厂抗温耐盐起泡剂优选及泡沫封堵性能实脸研究JL中国石油大学胜利学院学报,2010.24(4):1-4.8 高主成.邹胖，尚朝

16、辉，等.沮气泡沫层内封堵工艺在倒油冷采中的研究与应用J.特种油气藏，2005,12(3):75-78.9 物悒，王井飞.张膀，等.选择性堵水剂的作用机理及应用影响因素J.油田化学，2012,29(4):502-506.10 余海棠.郭学牌.白李.-种起泡剂的研制及其性能研究J.钻采工艺.2007,30(1):108-110.11 刘常旭，钟显，场思.表面活性剂发泡体系的实验室研究J.精细石油化工进展.2007.8(1):7-9.12 张洪森.王伯洪.郭学辉.等.ZYP.1起泡剂的研制与应用JJ.断块油气田，2003.10(6):77-78.13 高海涛，李雪峰，赵斌，等.ZY型耐温耐盐泡沫体系

17、的研制及性能评价J.断块油气田，2010,17(3):369-371.14 敬加强.代科敏.李4L等.水基泡沫降低倒油流动阻力的新思路J.西南石油大学学报：自然科学版.2013.15(3)：174-182.CharacteristicsofZYAirFoamandtheIntluenccofFlowonSeepageWUCan',l.lHua-Bin'NIUZhong-Xiao',HUANGHa。：，HUOlng-Jun1.SUNQian',CHF-NJian',LIANGYan-Ping4(/.CollegeofEnergySources.Chengd

18、uUniwrsilycfTechnology,Chengdu,Sichiuin6/0059.PRofChina;2.StaleKeyiMboraioryofOUatulGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniitnuyofTechnology,Chengdu.Sichium610059,PRofChina:3.DrillingamiEngineeringCompany,HerutnPeiroleumEngineeringCompany、bd,Sinopec,Nanyanf(.Henan473000,PRofChina;4.NaiuralG<

19、;isDei'elopmeniCompany,QinghaiOilfield,Geermushi,Qinghai816000,I*RufChina)Abstract:TheanionicfoamingagentZYwith30%ellectivecontentwasprovidedbyproductionengineeringandtechnologyinstituteinZliongyuanoilfield.WhenthebestdosageofZYwas0.5%.thefoamvolumewas400mL,foamhalf-lifewas540s.foamcompositeindexwas216L*s,andtheviscosityoffoamwas1210mPas.Thecorefloodingexperimentresultshowedthattheseepageratehadanimportantinfluenceon