一种评价泡沫在岩心驱油过程中动态稳定性的方法

摘要

本发明涉及一种评价泡沫在岩心驱油过程中动态稳定性的方法，属于泡沫驱提高采收率技术领域。泡沫驱可以显著提高原油采收率，泡沫的稳定性是影响泡沫驱技术能否广泛应用的关键因素。目前评价泡沫稳定性的方法主要为静态评价方法。泡沫在实际驱油过程是一种不断消泡并不断再生成的动态过程，使用静态评价方法无法真实反映泡沫在驱油过程中的稳定性。本发明基于核磁共振技术和质量守恒原理，建立了岩心入口端和出口端的气液质量比关系式，定义了泡沫动态不稳定因子，该因子可以评价泡沫在岩心中驱油时的动态稳定性，解决长期以来泡沫在岩心中驱油时动态稳定性无法评价的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价泡沫在岩心驱油过程中动态稳定性的方法，属于泡沫驱提高采收率技术领域。

背景技术

泡沫驱可以显著提高原油采收率，泡沫的稳定性是影响泡沫驱技术能否广泛应用的关键因素。目前对泡沫稳定性的评价方法主要有：

(1)改进Ross-Miles法：改进Ross-Miles法为泡沫性能检测的国家标准方法(GB/T7462-94)，该方法是在一定温度下配置一定浓度的试样溶液，将200mL试样溶液从高900mm、内径2.9mm的细孔中流下，冲入具有相同温度和浓度的50mL试样溶液中，记下流完200mL溶液时的泡沫高度作为被测样的发泡力评价指标，起泡后5min泡沫高度作为泡沫稳定性的评价指标。

(2)振荡法：该方法为向量筒中装入发泡剂溶液，剧烈振荡10s，停止振荡后立即记录产生泡沫的体积作为起泡性能指标，从停止振荡到泡沫衰减到原来一半高度所需的时间作为评价泡沫稳定性的指标。

(3)搅拌法(Waring-Blender法)：向量筒中加入待测起泡剂溶液100mL，以恒定速度搅拌60s后停止搅拌，产生的泡沫体积用于衡量溶液的起泡能力，泡沫衰减到原有体积一半或析出50mL液体所需的时间用于评价泡沫的稳定性。

以上方法主要是在静置的容器中评价泡沫稳定性的静态方法。实际的泡沫驱油过程发生在地下储层，储层作为一种多孔介质，泡沫在其中运移是一种不断消泡并不断再生成的动态过程。使用脱离多孔介质的静态评价方法不能真实反映泡沫在储层中的稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明基于核磁共振技术和质量守恒原理，提供一种评价泡沫在岩心中驱油过程中的动态稳定性评价方法，解决长期以来泡沫在岩心中动态稳定性无法评价的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种评价泡沫在驱油过程中动态稳定性的方法，具体步骤如下：

1)岩心驱油核磁共振实验：

实验前先将岩心洗净烘干，抽真空饱和水，然后饱和油并老化48h，随后进行核磁驱替实验，实验中均以恒流的方式注入泡沫，环压跟踪3MPa；驱替过程中进行核磁T₂谱测试并称量泡沫驱前后岩心的质量；

2)气液体积比与气液质量比转换：

室内实验采集到的气液比一般为气液体积比，需要将气液体积比转化为质量比：

岩心入口端气液质量比n_m,in：

岩心入口端气液体积比n_V,in：

式中，m_g,in、m_w,in分别为岩心入口端气相和水相的质量，g；V_g,in、V_w,in分别为岩心入口端气相和水相的体积，mL；

将气体状态平衡方程代入密度公式得：

式中，ρ_g,in为岩心入口端气相密度，g/ml；p_in为岩心入口端压力，MPa；M为摩尔质量，g/mol；R为气体常数，取8.314J·mol^-1·K^-1；T_in为岩心入口端温度，K；

将(2)～(3)式代入(1)式得：

3)计算泡沫驱过程中油水的质量变化量

通过对T₂谱水峰和油峰进行积分，获得每一个峰所对应的峰面积，峰面积与岩心内与之对应的流体的质量呈一一对应的关系，据此获得泡沫驱过程中油的质量变化量Δm_o和水的质量变化量Δm_w：

式中，A_oi、A_wi分别为饱和油和饱和水状态下油峰和水峰曲线与横坐标围成的面积，无量纲；m_oi、m_wi分别为饱和油和饱和水状态下岩心含油和含水的质量，g；m_o,out、m_w,out为岩心出口端油相和水相的质量，g；ΔA_o、ΔA_w分别为峰面积变化量，无量纲；

4)泡沫动态稳定性评价

根据质量守恒原理，在一定时间内，单元体内流体质量变化量等于流入岩心与流出岩心的流体质量差，建立泡沫驱油的质量守恒方程：

m_w,in+m_g,_in-(m_w,out+m_g,out+m_o,out)＝Δm>

式中，m_w,in、m_g,in为岩心入口端水相和气相的质量，g；m_g,out为岩心出口端气相的质量，

g；Δm为单元体内流体质量变化量，g，通过称取泡沫驱前后岩心的质量获取；

将(4)～(6)式代入(7)式得：

岩心内部泡沫气液比为：

令：

则：n_m＝n_m,in+s>

定义F_s＝|s|为动态不稳定因子，F_s越小，泡沫的动态稳定性越好；当F_s≤1时，泡沫稳定；当F_s≤2时，泡沫弱稳定；F_s＞2时，泡沫不稳定。

所述岩心直径为25mm，岩心孔隙度10％～35％，渗透率为100mD～5000mD。

泡沫驱过程中泡沫段塞长度至少1.0PV。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点：

本发明方法更符合生产实际，克服了长期以来无法评价泡沫在岩心驱替过程中动态稳定性的难题，为泡沫驱提高采收率技术优选泡沫体系提供了重要方法。

附图说明

图1为1#岩心泡沫驱油核磁共振T₂谱。

图2为2#岩心泡沫驱油核磁共振T₂谱。

具体实施方式

现将本发明结合附图的具体实施例叙述于后。

首先利用静态评价方法(搅拌法)对泡沫体系进行评价，结果见表1。两种泡沫体系静态实验可知两者起泡体积相差不大，但稳定性有较大差别。泡沫体系2的半衰期比泡沫体系1高70％。

表1泡沫体系性能静态评价结果

样品起泡体积/mL半衰期/min泡沫体系1230340泡沫体系2210590

本实施例的一种评价泡沫在驱油过程中动态稳定性的方法，具体步骤如下：

a.岩心驱油核磁共振实验

岩心驱油核磁共振实验的实验参数如表2所示。

表2驱替实验参数

岩心的直径、长度、渗透率和孔隙度都基本相同。实验前先将岩心洗净烘干，抽真空加压饱和水，然后饱和油并老化48h，随后进行核磁驱替实验，实验中均以恒流的方式注入泡沫，环压跟踪3MPa。驱替过程中进行核磁T₂谱测试并称量泡沫驱前后岩心的质量，T₂谱测试结果如图1和图2所示，泡沫驱前后岩心的质量如表3所示。

表3泡沫动态不稳定因子计算参数

b.气液体积比与质量比转换

本实施例使用气体为氮气，摩尔质量为28g/mol；等温渗流，温度为298.15K(25℃)，入口压力为1.5MPa，入口气液体积比为1，水的密度为ρ_w,in＝1.0g/m³，代入(12)式得：n_m,in＝0.0165。

c.计算泡沫驱过程中油水的质量变化量

根据式(5)和式(6)计算泡沫驱过程中油水的质量变化量Δm_o和水的质量变化量Δm_w，结果见表3。1#岩心中油的质量减少为4.31g，水的质量增加5.14g。2#岩心中油的质量减少为4.54g，水的质量增加2.07g。

d.泡沫动态稳定性评价

根据式(8)计算泡沫动态不稳定性因子F_s，并对泡沫稳定性进行评价，结果见表4。

表4泡沫动态稳定性评价

泡沫体系1的泡沫动态不稳定因子为0.61，泡沫体系2的泡沫动态不稳定因子为0.44，可见泡沫体系2的动态稳定性大于泡沫体系1。

通过以上结果可以看出，静态稳定性评价方法和动态性评价方法都可以评价泡沫稳定性的强弱，但动态稳定性评价方法更切合实际，采用动态稳定性评价方法更符合生产实际。