CO2非混相驱过程中油基泡沫形成机制及其对CO2流度控制规律

Oil-based foam can be generated in the immiscible CO2 flooding process. The gas phase is dispersed in crude oil, and cannot form gas channeling, producing great flow resistance in porous media due to the Jamin effect. The oil-based foam can effectively control gas mobility, and enhance oil recovery of immiscible CO2 flooding. However, the current researches on foam fluid at home and abroad are basically concentrated on the aqueous foam, and the results on oil-based foam are few. In this project, the stability mechanisms of oil-based foam will be studied by experimental, theoretical and numerical simulation methods, revealing the effects of physical properties of crude oil, temperature, and pressure on foam stability under reservoir conditions. The processes of deformation, migration, merging, splitting of the oil-based foam and oil and gas relative permeabilities will be revealed. Mobility control of CO2 and improved oil recovery by the oil-based foam will be demonstrated. The mathematical model of total equilibrium for oil-based foam in CO2 immiscible flooding will be established, which will be solved by numerical method. The results of core flooding experiments will be upgraded to numerical simulation of reservoir scale. The research results of the project can provide theoretical basis for the foam flow theory in porous media and improve the effect of immiscible CO2 flooding.

CO2非混相驱开发过程中，在特定的条件下能够形成稳定的油基泡沫体系，该体系中气相被油膜隔开不能形成窜流通道，并且气泡通过孔喉时产生较大的贾敏阻力，对CO2的流度具有较好的控制能力，能够提高CO2非混相驱的原油采收率。但是目前国内外关于泡沫流体的研究基本上都集中在水基泡沫体系，关于油基泡沫体系的研究较少。本项目拟采用室内实验、理论建模和数值模拟等方法，研究CO2非混相驱过程中原油物性、温度、压力等因素对油基泡沫稳定性的影响规律，揭示CO2油基泡沫体系形成机制和稳定条件；阐明渗流过程中CO2油基泡沫变形、运移、合并、分裂规律和油气相渗特征，并分析其在油藏条件下对CO2流度控制规律和提高采收率效果；建立CO2非混相驱条件下油基泡沫渗流总量平衡数学模型，对数学模型离散并数值求解，将室内岩心实验结果升级到油藏尺度数值模拟。相关研究成果对于丰富泡沫流体基础理论，改善CO2非混相驱开发效果具有重要的意义

CO2驱油是提高原油采收率的一种重要方法，但由于CO2的低黏度和高流动性，在低渗透地层易发生气窜，波及系数较低，采油效果差。国内外大量研究表明，泡沫驱可以提高注气波及效率，降低气体的流度，从而提高采收率。然而，目前泡沫流体的研究主要集中在水基泡沫上，对油基泡沫的研究较少，因此系统的研究油基泡沫稳定性机理以及油基泡沫对CO2流度控制规律，对泡沫驱技术在提高采收率中的应用具有一定的指导意义。.首先通过对表面活性剂的优选及复配，确定了起泡性能较好的油基泡沫体系，研究了温度、地层水、原油黏度等对泡沫性能的影响，并通过对界面张力和界面黏弹性以及泡沫黏度的测试，分析了CO2油基泡沫的稳定机理。然后利用微观可视化实验研究了CO2油基泡沫在多孔介质中的渗流特征。最后通过岩心驱替与核磁共振的综合实验研究了CO2驱和CO2油基泡沫驱的驱油机理，分析了油基泡沫在低渗透岩心中控制CO2流度和提高采收率的效果。.结果表明表面活性剂Span20与氟表面活性F-1按照浓度比2:1复配形成的复配表面活性剂SF具有较高的起泡能力，在柴油中起泡体积为275mL，半衰期为302s，当SF浓度为1.0wt%时，界面张力最低为18.5mN/m，黏弹性模量最高为16.8mN/m，泡沫稳定性最好。随着原油黏度的增加，泡沫稳定性先增大后减小，随着温度的升高，泡沫稳定性降低。油基泡沫的表观黏度满足幂律非牛顿流体性质，且远高于油相和CO2相的黏度。微观可视化实验结果表明，CO2油基泡沫在多孔介质中流动时，会发生气泡分裂、气泡合并和气泡变形过程，油基泡沫降低了CO2的流度，抑制了气体窜流，提高了波及系数，因此提高了采收率，同时油基泡沫在流动过程中会对孔隙表面施加一个侧压力，使孔隙表面的残余油被驱替出。岩心驱替实验结果表明，CO2油基泡沫驱能够显著提高采收率，裂缝性岩心提高采收率47.8%，非裂缝性岩心提高采收率39.1%，核磁共振实验发现CO2油基泡沫驱油后裂缝性岩心和非裂缝性岩心剩余油饱和度较低且分布较均匀，说明油基泡沫降低了CO2的流度，使岩心产生相对均匀的驱替过程。