基于PDMS芯片的孔隙尺度下泡沫流动特性研究

论文摘要

今后几十年期间石油依然在全球能源组成中占据主导地位,但与此同时在全球范围内还广泛存在着石油采收率较低的问题。因此采用三次采油技术对地层下剩余石油进行进一步合理有效的开发,最大限度地提高石油采收率成为油田开发中后期的重要趋势。三次采油中的泡沫驱方法能大幅提高石油采收率,得到众多研究者的关注,但对于泡沫在孔隙尺度下的渗流特性与机理的认识还不够深入和全面,且目前对多孔介质内泡沫流动进行直接观测的研究鲜有涉及。本文以泡沫流体在多孔介质内的流动过程为研究对象。采用二甲基硅氧烷（PDMS）孔隙模型作为实验段并结合显微可视化技术,探究微尺度下泡沫在孔隙内的流动特性。实现在孔隙尺度下直接观测泡沫流体流动过程的实验条件。通过调节液相与气相的流量。同时,分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响。选用阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)为起泡剂,得到浓度为0.5wt.%表面活性剂溶液。以高纯N2作为实验气体。在液相体积流量Ql为0.1mL/min,泡沫质量fg为50%90%的范围内进行了实验。分析了泡沫发生器对泡沫流体在孔隙尺度下流动的影响及气泡在孔隙尺度下的生成、破裂、聚并、运移过程的机理。结果表明:泡沫发生器能够减小滞留气泡尺寸,增加气泡数量,增强泡沫对孔隙的封堵能力;卡断和薄膜分裂是两种主要的泡沫生成机理;气泡聚并现象出现的频率较低,且气泡之间相接触的液膜变化是产生气泡聚并的重要原因;多孔介质内的泡沫流动在局部是非稳态的,主要表现为滞留泡沫和流动泡沫状态的转换,其中气泡的再生成以及流动气泡对周围滞留气泡的扰动是导致产生这一变化的重要原因。另外,在有泡沫发生器的实验条件下,通过实验分析了泡沫质量、注入速率、渗透率以及气体类型对泡沫流动特性的影响,并得到的结论为:随着泡沫质量fg的增加,泡沫对孔隙的封堵性能增强;但在高泡沫质量下,由于流动气泡对滞留气泡的扰动作用,使孔隙内滞留气体饱和度和滞留气体份额有所降低;随着泡沫流体流量的升高,孔隙模型滞留气体饱和度升高,但在高流量下发生气窜现象;与CO2泡沫相比,在相同泡沫质量下N2泡沫对孔隙模型的封堵效果较好,表现出较窄的滞留气泡尺寸分布,泡沫稳定性较好。在泡沫质量fg为5070%范围内,高渗透率孔隙模型内的滞留气体饱和度较大,但在泡沫质量大于70%时低渗透率孔隙模型下的滞留气体饱和度较大。泡沫在非均质结构的孔隙模型内流动时具有选择性封堵作用,即优先通过渗透率较高的区域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 泡沫驱国内外研究现状
•     1.2.1 泡沫封堵性能研究现状
•     1.2.2 泡沫生成及微观运移机理研究现状
•   1.3 本课题研究内容与目标
• 第2章 泡沫流动可视化实验系统与装置
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 实验气体与试剂
•     2.1.2 微观孔隙模型
•   2.2 实验系统及方法
•     2.2.1 实验系统简介
•     2.2.2 实验步骤
•     2.2.3 实验设备与仪器
•   2.3 实验参数处理
•   2.4 实验图像处理
•   2.5 本章小结
• 第3章 泡沫在PDMS微尺度多孔介质内的流动特性研究
•   3.1 泡沫发生器对泡沫流动的影响
•     3.1.1 泡沫在PDMS孔隙模型入口段的流动状态
•     3.1.2 泡沫在PDMS孔隙模型中间段的流动状态
•     3.1.3 泡沫在PDMS孔隙模型出口段的流动状态
•   3.2 泡沫的生成、聚并及运移
•     3.2.1 泡沫在孔隙模型中的生成
•     3.2.2 泡沫在孔隙模型中的聚并
•     3.2.3 泡沫在孔隙模型中的运移
•   3.3 本章小结
• 第4章 泡沫流动特性影响因素的研究
•   4.1 泡沫质量对孔隙模型内泡沫流动的影响
•     4.1.1 不同泡沫质量下的泡沫流动状态对比
•     4.1.2 不同泡沫质量下滞留气泡尺寸分布对比
•     4.1.3 泡沫流体注入速率的影响
•   4.2 气体类型对孔隙模型内泡沫流动的影响
•   4.3 渗透率对孔隙模型内泡沫流动的影响
•     4.3.1 渗透率大小对泡沫流动的影响
•     4.3.2 孔隙非均质性对泡沫流动的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高燊甫

导师: 李慧君,刘志刚,吕明明

关键词: 微尺度,泡沫,流动特性,多孔介质,影响因素

来源: 华北电力大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,石油天然气工业

单位: 华北电力大学

分类号: TE357.46;O35

总页数: 59

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