聚合物泡沫在多孔介质中的非稳态流动

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与水泡沫相比,聚合物泡沫因其液相的非Newton性,增加了其液膜的粘性,减缓了液膜排液时间,降低了气体扩散速度,增强了泡沫稳定性,进而可提高驱油效率。本文拟研究聚合物泡沫在多孔介质中的一维非稳态流动,其研究成果可为聚合物驱后的聚合物泡沫驱提供必要的理论支撑。由总量平衡原理,推导了聚合物泡沫在多孔介质中流动的气泡总量平衡方程;并在泡沫液相、气相质量守恒和气泡总量平衡方程的基础上,建立了聚合物泡沫在多孔介质中的一维非稳态流动的数学模型;同时也给出了作为聚合物泡沫特殊形式的水泡沫在多孔介质中的一维非稳态流动的数学模型。由有限差分方法,给出了聚合物泡沫和水泡沫在多孔介质中的一维非稳态流动的数值模型;并针对上述数值模型给出了用IMPES方法数值求解的数学模型中质量守恒方程的差分方程,用TVD三阶方法数值求解的总量平衡方程的差分方程的数值计算方法。由上述数值计算方法,编制了“聚合物泡沫在多孔介质中一维非稳态流动的数值计算”程序及“水泡沫在多孔介质中一维非稳态流动的数值计算”程序。通过HPAM泡沫和水泡沫在人造砂岩岩心中的流动实验,并采用Levenberg-Marquardt算法,建立了HPAM泡沫和水泡沫在人造砂岩岩心中一维非稳态流动的产生系数和聚并系数随泡沫液相视粘度及岩心渗透率变化的关联公式;并验证了聚合物泡沫在多孔介质中的一维非稳态流动的数学模型及相应的数值计算方法的正确性。由“聚合物泡沫在多孔介质中一维非稳态流动的数值计算”程序,对HPAM泡沫在人造砂岩岩心中的一维非稳态流动进行了数值计算和分析,得到了上述HPAM泡沫在人造砂岩岩心中的一维非稳态流动的含液饱和度、压降、泡沫密度对无因次距离的分布和压降对无因次时间的变化规律。通过对HPAM泡沫在人造砂岩岩心中一维非稳态流动的稳态压降梯度与液相注入速率和气相注入速率的关系的数值计算的结果表明,HPAM泡沫在人造砂岩岩心中流动的稳态压降梯度,随液相注入速率的增加而增加,且随液相流性指数的降低,液相偏离Newton流体的程度的加大,其增加的速率升高;HPAM泡沫的稳态压降梯度随气相注入速率的增加基本不变;且随液相流性指数的降低而升高。通过对HPAM泡沫在人造砂岩岩心中一维非稳态流动的液相流性指数对含液饱和度、压降及泡沫密度的影响的数值计算的结果表明,随着HPAM泡沫液相流性指数的降低,含液饱和度前缘流动速度加快,含液饱和度升高;随着HPAM泡沫液相流性指数的降低,压降值升高,液相为非Newton流体的HPAM泡沫的压降明显大于液相为Newton流体的水泡沫压降;液相为非Newton流体的HPAM泡沫压降相对无因次时间增加比液相为Newton流体的水泡沫要快,且稳态压降要大于水泡沫的稳态压降。随着HPAM泡沫液相流性指数的降低,HPAM泡沫泡沫密度前缘流动速度变快,泡沫密度有增加的趋势;液相为非Newton流体的HPAM泡沫的泡沫密度要高于液相为Newton流体的水泡沫密度。通过对HPAM泡沫在人造砂岩岩心中一维非稳态流动的岩心渗透率对含液饱和度、压降及泡沫密度的影响的数值计算的结果表明,随着岩心渗透率的降低,HPAM泡沫含液饱和度前缘流动速度加快,HPAM泡沫流动前缘上游的含液饱和度基本不变。不同渗透率的人造砂岩岩心中HPAM泡沫非稳态流动压降近似相等。随着岩心渗透率的增大,压降有增高的趋势。HPAM泡沫流动前缘上游流动泡沫密度随着人造砂岩岩心渗透率的降低而降低。最后,对聚驱后的人造砂岩岩心中的三种基本注入方式进行了数值计算与分析。结果表明,相对于聚驱后的聚合物驱和气驱、泡沫驱可在人造砂岩岩心中形成泡沫活塞,压降大,驱油效率高。
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