氮气泡沫驱机理.docx

一、氮气泡沫驱简介我国现已发现的油田大部分属于陆相沉积储层,受地层非均质性及不利水油流度比的影响,水驱效果往往不是很理想。而对于低渗、超低渗油藏,注水压力高,开采难度大,该类油藏普遍采取压裂措施,压裂后产量快速上升,但有效生产周期较短, 表现为含水率快速上升,产油量快速降低。与 CO 2和空气相比,氮气具有较高的压缩系数和弹性能量,且为惰性气体, 无生产安全隐患。氮气密度小,在地层中可向油藏高部位运移,在高部位形成次生气顶, 增加了油藏的弹性能。另外,氮气分子比水分子小很多,可以进入原来水驱不能进入的油藏基质,将基质内的原油挤压、驱替出油藏,从而提高了采收率。但受油藏非均质性的影响,氮气更易沿高渗透层窜进,造成生产井产气量高,氮气含量高。不仅造成了资源的浪费,而且对生产井气体正常使用造成一系列影响。氮气泡沫驱是近年来国内比较成熟的技术,泡沫在地层中具有较高的视黏度,遇油消泡、遇水稳定,在含水饱和度较高的部位具有较高的渗流阻力,封堵能力随着渗透率的增加而增加,可以有效增加中低渗透部位的驱替强度,同时发泡剂一般都是性能优良的表面活性剂,可在一定程度上降低油水界面张力。因此,泡沫调驱既可以改善波及效率,也可以提高驱油效率。二、氮气泡沫微观渗流阻力分析泡沫在多孔介质中产生的渗流阻力本质上是泡沫在孔道中产生的毛细管效应附加阻力。根据气泡在多孔介质中的存在状态,主要可以分为以下 3种情况。(1)液体近壁边界层引起的附加阻力由于固体表面与水分子之间的相互作用,使得靠近固体表面的水层具有不同于自由水的性质,这一水层称为静水边界层。考虑固体表面的微观结构和水分子的结构与性质,可以清楚地知道润湿实际上是水分子(偶极子)时固体表面的吸附形成的水化作用。水分子是极性分子,固体表面的不饱和键也具有不同程度的极性,水分子受到固体表面的作用并在固体表面形成紧贴于表面的水层,即静水边界层。静水边界层中,水分子是有秩序排列的,它们与普通自由水分子的随机稀疏排列不同。最靠近固体表面的第一层水分子,受表面键能吸引最强,排列得最为整齐严密。随着键能和表面势能影响的减弱,离表面较远的各层水分子的排列秩序逐渐渴乱。表面键能作用不能达到的距离处,水分子已为普通水分子那样的无秩序状态。所以静水边界层实际是固体边界与普通水间的过渡区域。图 2-1 所示的静水边界层结构充分地表示出固体表面附近水分子的排列状况。图 2 -1 静水边界层的结构模型 a -弱极性固体表面; b -强极性固体表面静水边界层中,紧贴于固壁的一层水分子,由于受到固壁强烈的吸引作用,看似液态水,实际上具有固体的性质,而离开固壁的第二、三层水分子层,同样受到固壁分子的引力,具有一定弹性,虽然是液态水,却具有半固体的性质。距离固壁越远, 水分子受固壁的引力越小,越接近于普通液态水。静水边界层对水流边界层的影响很大。通过表面化学研究得知,固体表面对水分子的作用范围决定于固体表面的性质, 特别是固体表面的极性。极性越高的表面,对水分子的作用范围越大,石英、云母等亲水性物质的表面,对水分子的作用深度可达 数量级或更大。静水边界层中,水分子受到固体表面吸引势能的作用,已经不同于自由水分子, 要使该边界层压缩,外界需要做功。根据边界层压缩过程的势能变化,可以大体上确定固体表面对外界水分子作用势能场的分布规律。考虑一个气泡向固体表面