聚合物强化泡沫驱数学模型及其应用.PDFVIP

计 算 物 理 第 26卷 第6期 CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICS Vo1．26，No．6 2009年 11月 NOV．，20O9 [文章编号] 1001—246X(2009)06，0872—07 聚合物强化泡沫驱数学模型及其应用 杜庆军 ， 侯 健 ， 李振泉 ， 王玉斗 ， 陈月明 (1．中国石油大学 (华东)，山东 青岛 266555；2．中石化胜利油 田分公司地质科学研究院，山东 东营 2570151) [摘 要] 基于泡沫组分物质守恒原理，考虑泡沫生成、破灭、运移现象，建立聚合物强化泡沫驱渗流的多组 分数学模型，有效反映油相消泡和聚合物稳泡作用机理，采用 自适应隐式方法进行求解 ．通过拟合泡沫驱替实 验结果，验证数学模型的有效性 ．对某油区泡沫先导试验 区进行跟踪数值模拟 ，分析泡沫驱渗流特征，结果表 明，强化泡沫体系能够在地层稳定存在，并不断向生产井推进 ，从而大幅度提高原油采收率 ． [关键词] 强化泡沫；数学模型；数值模拟 ；渗流特征 ；渗流机理 [中图分类号] TE357．4 [文献标识码】 A 0 引言 常规泡沫驱油技术在油藏条件下稳定性较差 ，聚合物强化泡沫体系结合了聚合物、泡沫及表面活性剂的 多种优点，起到了复合增效的作用，能够同时提高波及系数与驱油效率 “’．目前 ，国内外学者提出了多种数 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 、临界毛管力模型 、渗 滤和网络模型 ”等 ．其 中，总量平衡模型较全面地描述了泡沫的生成、破灭、运移等机理，该模型以气泡密 度(单位体积 内泡沫的个数)表征气泡数量和尺寸 ．但是，气泡密度难以监测和定量表征 ，并且模型未考虑油 相对泡沫稳定性的影响．本文在他人研究成果的基础上，基于泡沫组分物质守恒原理，提 出由具有 明确物理 意义的参数确定的泡沫生成速度、自然破灭速度表征模型，并针对油相对泡沫稳定性的影响，首次 明确提出 遇油破灭速度表征模型，建立强化泡沫渗流数学模型，并采用 自适应隐式方式进行求解 ．通过与室内实验的 拟合和矿场应用 ，研究了强化泡沫驱渗流特征 ． 1 泡沫在多子L介质中的渗流机理 泡沫本身不是一个独立的相 ，可以看作是气相的一个组分．气体生成泡沫后，由于液膜的存在增大了流 动阻力；同时，部分气泡被捕集到较小的孔隙中，导致气体有效渗透率降低 ．因此，泡沫渗流具有非牛顿特性 ， 达西定律中气相的流度的变化可以描述为气体渗透率和粘度的变化效应 ．其中，气相渗透率的降低一般用渗 透率下降系数 ()表征；气相粘度是表活剂浓度的函数 ． 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了薄膜厚度 ．当薄膜厚度等于 临界厚度时，分离压力达到最大值 ，与之平衡的毛细管压力称之为临界毛管力 (尸 )，所对应的含水饱和度为 临界含水饱和度 ( )．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 了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 ． 油水界面张力远小于气水界面张力，当油 、气 、水在多孔介质中共存时 ，界面会按张力趋于减小的规律变 化 ．因此，泡沫驱油过程中，存在临界含油饱和度 s ，只有当含油饱和度低于临界含油饱和度时(Ss／)， 泡沫才会生成和存在 ． [收稿 日期]2008～06—23；[修回日期]2008—12—04 [基金项目]国家高技术863计划(高温高盐油藏无碱高效泡沫复合驱油体系研究：2007AA06Z216)及中国石油石油科技 中青年创新基金 (蒸汽 一高活性泡沫驱油协同作用机理及耦合模型研究：05E7032)资助项 目 [作者简介]杜庆军(1979一)，男 ，河北行唐 ，博士，从事油气 田开发工程与生产测井方面研究，中国石油大学(华东)地球资源与信息学院 266555． 第 6期 杜庆军等 ：聚合物强化泡沫驱数学模型及其应用