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表面活性剂和聚合物稳定泡沫在多孔介质中的结构/性能关系


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第 1 期 ,总第 12期,20 ..5   4   7 0472 

根据测井数据分析,267269 ,  - ,3 米和 260264米层段具有油气远景。 3   ,4—,4     记录道 6 显示了这些层段的含水饱度和冲洗泡和度。   记录道 7 的油气运移率具有 01 和 02 的值。 .  7 .1 这些值表 明这些是产气层段。  

试井通过生产 120 ,8万标准立方英尺天然气/ 日和50 7桶石油/ 证实了 日 这一点。   廉抗翻 译 自 ’i lsJun  ,20  .6 PY 5   ' 1&f   o[a  0442 , 4一  O a l 3  

表面活性剂和聚合物稳定泡沫在  多孔介质中的结构/ 性能关系 
SM K ry LL Sh am .. ua , . . c rm 

摘要 

聚合物的加入有可能增强表面活 t l稳定泡沫的粘度和稳定性。但是,我们   #-  ̄  

不太了解且很难预测在多孔岩石中保留和增强聚合物一 稠化泡沫的整体性质到什么   程度。 我们比较了等效剪切速率下两种不同类型聚合物稠化泡沫在层状管线( ) 总体   中 流动与固结砂岩中相同流动的粘度。 就一种泡沫而言, 岩石的视粘度与管线流动   的粘度很相似。 但是, 对另一种泡沫来说, 岩石的视粘度比 管线流动大一个数量级。   用低能电子扫描显微技术来检定两种泡沫在岩石中的孔隙规模的形态学。我们发  现, 两种泡沫的形态学至少解释了 整体 ( 管线) 流动和约束 ( 多孔介质 ) 流动之间   泡沫流动性能的大部分观测差异。 此工作对于不同的应用, 包括用于流度控制、 堵 
塞和暂堵的最有效表面活性剂的技术规格和配方来说很重要。   引言 

水基泡沫被用于石油工业的各种强化采油注水开发作业。例如, 表面活性剂稳  定泡沫被用作注气开发的流度控制剂。 泡沫 ( 其视粘度大于气体 ) 可降低地层中的  
已波及区和高渗透区的气体流度。 这样, 泡沫将把一些气体转移到该储层以前未波   及或波及差的部分, 以采出增产原油。 有效的泡沫稳定性是成功应用注泡沫开发的  

先决条件。此外泡沫在石油工业中还有许多其它应用,都需要控制稳定性。   泡沫还被用作封堵剂, 这是因为其具有降低透气性的选择性能力。 为封堵应用   开发的泡沫必须满足不同于提高波及效率应用泡沫的技术要求。 封堵泡沫必须具有   在气体能够透过的所有位置都能完全填充所选体积的能力,并能充当 流动的阻挡   层。 封气泡沫必须留在地层内并具有长期稳定性, 在最长期内最大可能地降低气体 
流度。  

对于两者中任何一种泡沫的配方来说,必须迎接的挑战之一是正确选择形成 
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泡沫的表面活性剂。表面活性剂的起泡能力包括泡沫的生成和持久性,它受许多   整体和界面性质的影响。可惜,人们普遍发现,根据这些物理性质,不易预测多   孔介质中泡沫的性能,但可以利用它们来增强起泡性和泡沫持久性。在油藏中,   恶劣的化学环境不时出现,业已发表 了一些在恶劣和要求不太高环境下确定合意   泡沫形成特征的评论。 一般, 在多孔介质中有效, 为了 泡沫剂应当具有下列特征:  
?在地面和储层条件下,在盐水中的 良 好溶解度;  

?在储层条件下,良好的热稳定性:  
?在储集岩上的低吸附作用;  

?较低的分解原油相的能力;   ?较强的促进和稳定泡沫薄层的能力;   ?较强的泡沫降低多孔介质中气体流度的能力;  

?在多孔介质中,泡沫与原油相互作用的良 好宽容度。  
这些技术要求能严格限制表面活性剂候选者的数量。   除主要表面活性剂之外,还可以把辅助添加剂加入泡沫配方。通过检测影响   泡沫稳定性的因素和基本液膜结构,可以找到添加剂能提高稳定性的种种方法。   人们报导过许多泡沫添加剂, 包括有机化合物、电解质、粉粒、聚合物、蛋白质 

或液晶。时常, 通过追加有机添加剂 ( 即助表面活性剂,可增加表面粘度和弹性)  
来强化水基泡沫。泡沫稳定作用的另一种方法是追加聚合物。由于聚合物和表面  

活性剂分子之间的相互作用也能影响泡沫稳定性,需要小心去做。  
聚合物稠化泡沫可用同一系列的气体、表面活性剂和用于常规表面活性剂一  

稳定泡沫的其它添加剂来配制。把聚合物加入发泡溶液主要是通过增加液相粘度  来影响溶液性质。这样可以通过降低排放速率和泡间气体扩散速率来提高泡沫稳   定性。泡沫排泄中降低的速率和值因不同的添加剂而异。例如,部分水解聚丙稀  酰胺聚合物被广泛用作强化采油的流度控制剂。除改变泡沫干度和结构之外,通  过改变聚合物浓度和摩尔数也可以调节聚合物稠化泡沫的有效粘度。选择聚合物   类型将主要取决于应用的类型 ( 即,封堵和分流或波及效率) 和特定环境 (   即, 温度、盐浓度、p H值和剪切条件 ) 。关于聚合物稠化泡沫在油藏中的应用有许多  
参考文献。   可以使用凝胶泡沫、聚合物稠化泡沫 ( 已加入延迟交联剂 ) 通过封堵波及带  

或通过使流体分流进入未波及带来改善含有大渗透率变异或裂缝的油层的驱油   效率。一旦稠化,这些泡沫可以以类似于常规凝胶的方式起作用,但只一小部分 
孔隙空间是被稠化液占据的。   有关聚合物稠化 ( 和胶凝 )泡沫开发的基础和应用方面的文献数量较少,但  正在增加。尽管泡沫的整体性质中的许多是众所周知的,但难以预测该泡沫在约  
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第1   4期,总第 12期,20. .5   7 0 472 

柬介质中的性能。泡沫的整体性质是受许多因素影响的,如来 自薄层的排液、液   相的表面张力、表面粘度、结构、气泡间气体扩散、吉布斯弹性等。介质的性质  
起重要作用 ( 如泡沫结构起的作用 ) ,尤其是关于泡沫气泡大小和流动路径大小  

的比较。因此,在整体取决于上述因素的有效性的同时,多孔介质 中的泡沫性能   是受许许多多其它因素影响的,如多孔介质的渗透率、孔隙大小和孔隙分布、基  质的表面性质等。目前,聚合物稠化泡沫的物理特性与它们在多孔介质中的性能  

之间的关系仍然不清楚。我们研究的一个目的是确定一个范围,在该范围内聚合 
物稠化泡沫在总体和管线流动中的流变特性被转化成 了泡沫在约束、多孔介质中   的泡沫流动情况,并确定用泡沫形态学能定义何种范围。  

在此项工作中,我们评价了两种聚合物稠化和未稠化泡沫在约束和相对无约  
束介质中的流变性质。比较 了多孔介质 ( 固结岩样 ) 中的流动泡沫与 “ 总体流动”   ( 单程、大直径管道粘度计 ) 泡沫在等效剪切速率下的泡沫表现粘度。表面活性   剂和聚合物是根据强化采油注气开发应用中常用的材料选择的。为 了了 解泡沫在 

多孔介质中的泡沫形态学,把交联剂加入聚合物稠化泡沫以使泡沫随着在岩心样   品孔隙空间内的移动而稠化 ( 在流变学测量之后进行胶凝化 ) 。把低能扫描电子  
显微术 (E ) SM 应用于岩心来显示孔隙中的泡沫形态学。  
实验 

材料 
本研究选用了两种商用表面活性剂,它们具有良好的发泡能力和在盐水条件  下良 好的泡沫稳定性。DwXS8310 Dw化学公司)阴离子烃类表面活性  o  S  42.5( o  

剂是 c 二笨醚二磺酸酯 (ofx32 和c 。 烯属磺酸酯 (   。 Dwa B )    一 ¨ 加拿大 si1n  trig      AS 的 11混合物。RwtrCA A UiC )两性活性剂是烷基酰氨磺基  O) : eoei MCS(wtO  

甜菜碱。表 1 提供了 若干特性一览。两种表面活性剂被普遍使用而无任何进一步  
净化。在所有情况下都使用 05 / .%ww的表面活性剂浓度。这种浓度大大超过两   类表面活性剂的临界胶柬浓度,这对油藏应用来说是典型的浓度选择,以便于提 
供多于多孔介质内吸附作用消耗的表面活性剂。  
表 1 表面活性剂的物理性质    

表面活性剂  
DwXS o S 

制造厂  

化学类型 

平均摩尔质量   临界胶束浓度 
(/o ) gm 1  (g/   m 1L)

Dw  C 二笨醚二磺酸酯 + o 化学   o   C   一 烯属磺酸酯   RwtrcA A  WtO 烷基酰氨磺基甜菜碱  eoei MCS   iC 

40 4 

7  

41 8  

1.  2 9 

聚丙烯酰胺聚合物 A  15 cb C17a(ia特种化学药品)     是高摩尔质量阴离子聚  
合电解质。它 2% 5是水解 了的,并具有 1一 ×  /o 的平均摩尔质量 (     1 1 m1 O 2 0  g 厂商 的信息 ) 。聚丙烯酰胺聚合物是作为固体粒级粉末供应的,使用之前使之成为水 
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合物。全部聚丙烯酰胺聚合物溶液都是通过使用 15 / .%ww聚丙烯酰胺聚合物储 

备溶液的合成盐水稀释制备的。在使用之前,在 134ka(  p i 压 力下诱    .  P 1 s ) 0   5    
过两层 Wamn1 / hta  1 m滤纸,然后在 17ka( 0pi 压力下通过环氧树脂翘 2    P 2  s ) 3   曲贝雷砂岩短节 (  d空气渗透率,09 m 50 0m .  长度,67 c  c .  m截面积 )过滤储备  5  

溶液。 早先的研究发现, 这类聚合物在本工作使用的流动条件下是抗剪切降解的。  

在所有情况下都使用一种标准的、 脱气的21总溶解固体 (D ) .% TS 盐水溶液。   它是通过使用煮沸过的、双过滤 ( .5 m )去离子水稀释 2.%ww盐水储备  04 / 2  0 / 1 溶液制备的 ( 2。合成盐水是按照加拿大西部盆地 Baeh1 湖油层盐水的 表 ) evri1  
成分制作的 .% / 盐水( 2℃下 )  21 ww 在   3 的密度和粘度分别是 105 /m和 097 . 1 gc  .9       
ma’。 P s 在使用之前, 6.ka 1 p i 压力下透过 04 / 在 89P (0 s )       。 2 5 m滤纸过滤 21 ww .% / 

盐水。全部泡沫都是用 Mdg 供给的氮气 ( eia s 工业用,最低纯度 9.%   5 )生成的。 9   本研究使用 了各种各样的固结  
岩石样品。从贝雷砂岩块 ( 俄亥俄  
州 AhrtCeeadQare ) me   lvln  uris  s     
表 2 1O / 总溶解固体盐水的成分  2.%ww   盐   浓度 (/,0  ) g100g 
M C  al
M C  6 2  g l: H0 2 C C  2    a l: H0 2 2 N   O: HO aS  1    2 02

1 2 4    .  7 5
9 4  .0 4.0   0  3 2 1  .  5

切割了圆柱形和矩形岩心。每个贝  
雷砂岩岩心都是从一大批样品中挑  选的,孔隙体大小从 5-  /   15 m不  8 82

等,平均孔隙体大小是 10 m,平均长度与直径比是 7    0J J 。圆形 Cahc lsah砂岩样     品( 英国多塞特郡 Mr oe akSpr&A  Cae ) sOits 具有 9.% S   5石英岩质和极低的粘  9
土含量 ( 大大低于贝雷砂岩 ) 。两种砂岩都分选 良 好且主要是亲水的。物理性质   见表 3 。  
表 3 固结岩心样品的物理性质 

I 说明 数 ( ×m  项目  维 c c ) m 2
I A    2 C  1 C  4 D  1
E  1

类型 孔隙 %  体积 盐水渗透率 空气渗透率   度( ) 孔隙      
( L) m   ( ac ) ( a c ) D ry  D ry 

1 8 × .0 4 0 678 .   1.9 712 50 × .0   1.1 672 50 × .9  970 103 .9 ×1.0 
1 . 7×1 . 2 09 08 

贝雷   贝雷  贝雷   贝雷  
C1  h c   a ah s

1.   8 8 99  .4 1.   3 7 2.   6 3
2 .  12

1.  7 8  1.   6 0 1.   4 7 2.   4 5
2 .    1 5

069 .4  01  .   8 5 001 .6   036 . 9 
094 . 0 

0 76 .9   049 .   3 0 37 . 6    10  .0
1  3 .5   3

步骤 

多孔介质中的泡沫驱油研究使用的仪器和岩心制备步骤基本上像 Sham等 crm  
人以前描述的一样。通过把聚合物表面活性剂溶液和氮气共注入初始混合室,然 

后经由管线中的不锈钢 (. 05 公称筛孔径)   泡沫发生器,而后进入岩心,用泡   沫驱替盐水饱和岩心。 以含有9% 5气的泡沫干度和 2 4 日的速率注入聚合物 或 米/   稠化泡沫。在所有情况下,温度均保持在 2℃,回压设定为 6. P 1 s )   3 89 a( pi。 k 0  
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测量了每个岩样 的整个长度上产生的压差并使用修正版本的达西定律计算视粘 
度 (Up : , p) .  
人 尸  /a 一 —   .p tp  

视粘度测量结果涉及使用下面方程式的多孔介质壁的等效剪切速率 ( )   :  
  ’

"t I 



—————==———一  

4 0 

㈠q  

A 8k     

聚合物稠化泡沫的体积粘度是用单程、连续流动管道粘度计检验的。这些条   件是为保持层流区域的泡沫移动而选择的,因而能够使用 HgnPieil ae  osu1e定        律来计算聚合物稠化泡沫的视粘度:  
r c APR 
ap p 一 

体积粘度测量可根据壁的剪切速率 ( 下式) 进行:  
4 D 
1 = , —— 

7  

图1 提供 了 管道粘度计的示意图。流动环路是用连续 30 米长的 Tfo 衬  .5 e1n     里、 挠性软管 (    nmse 通用软管, 5 p i 构成的, 内 1B a ta  r 9P t 2  s ) 0     其 径为 065 m .   。 3c 

该管线是平铺的并与压力传感器主体在同一水平上定位。为了消除末端效应,在  压力孔之前和之后设置了油管的附加长度 ( 4 m。在每个进出口设置有机玻  各5  ) c
璃观察室,用来监测气泡大小分布情况。观察室的内径与管道的内径匹配以防泡  

沫结构变化。观察室是从后面照明的,使用冷却风扇来防止观察室发热。在泡沫   移动通过观察室时,使用数字图像系统来俘获其图像。分析这些图像来确定平均  
泡沫大小。  

图 1 管道粘度计的示意图    
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溶液流速是用高压容积泵 (oe 34 SO ic l,Nbak ) Md l 1,IC ,Lnon ersa 或无逆       流泵 ( ae  Etne  1wMd 150 W tr xeddFo  oe   )来控制的。氮气流速是用质量流量控  S    9  
制器 ( ,0 CM    CM 100SC ,20SC ,或 SC ,Bok Isrmn DvSo ) 0 CM ros n tuet iiin 来调节              

的。在比总流量下,气体流量保持在 9% 5气体泡沫干度上。所有测量都是在环境  温度和以由回压调节器维持的 6. ka( pi 89 P 1 s )回压为背景进行的。压降是使    0   用压差隔膜传感器 (P  a iye D1,V ldn )结合解调器 ( oe C   ,V ldn ) 5 Md 1 D2  a iy e    2 3 在整个盘管长度上测量的。使用纸带记录器来监测随时间而变的压力分布图   在与岩心驱替试验使用的相配的剪切速率下,管道粘度计被用来测量各种聚  合物稠化泡沫的粘度。聚合物稠化泡沫也用与岩心驱替试验的那些可比较的方式  
来生成。尤其,聚合物稠化泡沫是在精心控制进入初始混合室的流量下,共注聚   合物一 表面活性剂溶液和氮气,然后经由管道中的不锈钢 ( 或 1/ 7  a 5 m公称筛孔直  

径) 泡沫发生器产生的。在 9% 5气体泡沫干度下,按总体流量 ( 可以转化成 9s    0 或 20  s 0  的剪切速率 ) 注聚合物稠化泡沫。在管道完全被泡沫充填,达到稳态并  

获得稳定压降时,当泡沫进、出 管道时其图 像就被俘获。在每次试验之后,   都彻
底清洁、干燥管道和全部附加管路。  

管道的内径比平均气泡尺寸大得多,所以可以把泡沫当作连续流体。对于这  种情况,一般接受的管径对平均气泡大小的最小比率是 1: 。本作业的比率从   1 0
6: 到 1  1 41   : 不等 ( 2 7 平均气泡直径是 5—  / )   10 m 。 0 0a   使用低能电子显微术 (E ) SM 来确定岩心驱替中间每一个泡沫的形态。在别  

处提供样品制备和成像技术。关于胶凝泡沫成像研究, 表面活性剂稳定泡沫是按  
8% 0泡沫干度以2 日的速率注入的,直至达到稳态条件。温度保持在 2℃,回 米/   3   压设定为 6. ka(  s ) 89 P 1p i。随后,把聚合物加入表面活性剂溶液并在相似速率   0   
下注入聚合物稠化泡沫,直至达到一个新的稳态条件 ( 孔隙体积 ) >2 。最后,把 

交联剂加入表面活性剂溶液并把足够数量的合成泡沫注入岩心以确保充满孔隙   体积。驱替在胶凝作用开始时被中断 ( 由压降的急剧和突然增加所示 ) 。然后岩 

心在切成子样品剖面和成像以前关闭 35   — 天。
结果和讨论 

使用了5 种固结砂岩岩心样品来调研不同聚合物稠化泡沫的流变特性。这些   岩心的盐水渗透率的变化范围在 001094 .6-、0 达西之间,它可以反映出现于砂岩   储层中的许多层带,但不包括大裂缝或孔洞,因为它们可能具有比邻近层带大 
1— 0 05 倍的相对渗透率。   在所有情况下,由于两类聚合物稠化泡沫都显示了剪切稀释特性,因而视粘 

度与壁的剪切速率有关。 yas、 ars Sdnk Hri 等人和W mt 等人使用其它类型的   asuh s    
聚合物稠化泡沫也观察到了类似趋势。  

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(. E  Io 尊 萑量e 《 。E 曩o; .d厶   I

一 ^ ∞ u- 《 口     o  皇 关于调研的剪切速率∞v9 _9I44 OJ ,当在多孔介质中流动时,在  -  gL  ( 和 2一s 0  o O  ) 01 /  0  ∞ ∞ 5 蚰 }  

{ 己 加     O  

范围内增加聚合物浓度提高了聚合物稠化泡沫的视粘度。对于由阴离子和两性活  
性剂稳定的泡沫来说,情况是这样。  

图2 3 和 显示了在两种剪切速率 ( 和 2O 下渗透率对用 Rw trc   9 0  s O  ) eoe  和 i

10 O 

一l I u. V 61  霉 艺 e 8s I )D  &d
P lm r o c nrt n gL  oy e  n e t i (/) C ao

0  

2  

4  

6  

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一I厶   I o  _9&厶   ∞E E一 s ∞ u. t o 1
∞   ∞   ∞   伯   O  

1  2

1  4

P lme  o c n rt   g L  oy r n e t i n(, ) C a∞ o ∞  
i 。 k=O 1 5 D. he =901 ¥ 8  s   / 

● k一0 1 5D. e r=2 O 1s 8 sh a 0 / 

l  

0k 0 8 Dser 9 1  ?k o1 . ̄ r 2O    ; o1  ha= 0 旭    0 8 Ds &= O 1   t

I  

; ‘ k= 6 8D s e r 9 , 0 4     h a ; 01s  
l   t0 9 4D s e r 9  l  b k   O . h a = 0ts  

■ k 09 4D s e r ∞ 1     O   h a ;2 , s

I  

’: 6 . e :0 I 0k  9  s aIO1  k 09Ds a 91   z 3 D h r 2 / 3  hr s 0 6  e Os

l  

图 2 渗透率对用聚丙烯酰胺和 RwtrC 图 3 渗透率对用聚丙烯酰胺和 DwX   eoe   i     o S S 调配的聚合物稠化泡沫视粘度的影响。   831 5 42. 调配的 0 聚合物稠化泡沫视粘度的 影响。  

P lm r o c nrt n cL  oy e  n etai ( ) C o #
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第1   4期,总第 12 ,20 ..5   期 7 04 72 

DwXS表面活性剂调配的聚合物稠化泡沫的影响。在大多数情况下,聚合物稠  o  S

化泡沫的视粘度随渗透率增加而增加,最大的效果是在高聚合物浓度下观察到如   ∞   ∞     的。这与其他许多人的工作和极限毛细管压力概念是一致的。  

一. r一一∞ ^一 Q一  —∞ ∞  c ’:  一 l o ∞ l ∞ >    I I
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遁 图 6 在 和多 质中的 合 总体 孔介 聚 物稠化   沫( 丙 酰 和R o r ) 视 度。 聚 烯 胺 et  的 粘   w ei c
’=9  ~ , 0s ,岩心 C ,K e .6 D  4  n =O0 1 。  

图7  在总 和多 介质中 聚  稠 体 孔 的 合   泡 聚 烯 胺 e tr ) 视 沫( 丙J 和R o   的 粘度。 醮 w ei c  
-20s ,岩心 C ,K 一O0 1D  0   4 b , ?6  。

∞  

图4 5 和 显示了管道粘度计测量的 Pw Rw trc聚合物稠化泡沫的视粘  o 和 eoei

度。精心调节流量来匹配计算的剪切速率。此外,对于各个表面活性剂来说,这  些泡沫都是剪切稀释的,增加聚合物浓度一般会提高聚合物稠化泡沫的视粘厦,  
不过和在多孔介质中流动观察到的不在同一数量级。  

薯 }  

瑚  葶 啪    咖 ;  湖  



≯ ∞  _, o 协 y一 o_ ∞,     ,r 、∞ o 一   f    一 ' 一 I t o 0

0   0   1   2   3   4   5  

1  

2  

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4  

5  

P l e C net t ngL o m r o cn ai ( ) y   r o / 

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图 8 在总体和多子介质中的聚合物稠化  L 泡沫 ( 聚丙烯酰胺和 RwtrC 的视粘度。 eoei)     '-9  ~ , 0 S ,岩心 D ,K i=O3 6D 1 bn .9  。 re    
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图 9 在总体和多子介质中的聚合物稠化 L   泡沫 ( 聚丙烯酰胺和 Rw t rc 的视粘度。 eo e i)     =20S ,岩心 D ,K e .9  。 0  ~ 1  n =0 36D 

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第 1 期 ,总第 12   4   期,20. .5 7 04 72 

显示的泡沫发生器孔隙大小提供 了 各个系列试验的平均气泡大小的数量级估  计。 尽管数据集是有限的, 但随着平均气泡大小减小, 视体积粘度增大。两种聚合 

物稠化泡沫的结构受到剪切速率的影响。随着剪切速率增大,平均气泡大小减小。  

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图 1 在总体和多孔介质 中的聚合物稠  O 化泡沫( 聚丙烯酰胺和 Dw S 42 .5  o  S 3 10 ) X 8 的视粘度。 , 0 S ,岩心 C ,K i   ,  ~ =9 1 be  = r   n
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图 1 在总体和多孔介质中的聚合物稠化泡   1     沫 ( 聚丙烯酰胺和 DwXS831 5 o S 42. )的视 0   粘度。,= 0 ~ , 20S,岩心 C ,(  .8 D 1 Ii b =O15 。 r   

图6图 1 一   3比较了两种不同剪切速率下将聚合物增加到每种表面活性剂泡沫   中对总体流动 ( 管道粘度计) 和约束流动 ( 岩心样品)的影响。这些图说明,在  等效剪切速率下,在约束流动中流动的聚合物稠化泡沫的有效粘度可以比总体流  动中的泡沫大 1  倍不等。 至2 5 根据这些结果, 一般认为, 在相似条件下导致 12 -5   比例因数的主因素是表面活性剂的性质。当然还有其他因素,例如,岩心样品内   的渗透率、孔隙度和孔隙大小及分布。   为了了 解和定量模拟在多孔介质中流动的泡沫的特性, 需要泡沫结构的知识。   为此,在个别试验中,我们再现了泡沫驱替,然后在岩心样品内就地胶凝聚合物   稠化泡沫  而后使用低能扫描电子显微术,按照Sham等人概述的技术解释并 crm   使这些岩心成像。我们最近 ( 1—7 图 41)和以前工作的测量结果 已   清楚证明,如   果平行于流动的总方向来取向,在多孔介质中,泡沫薄层能延伸相当大的距离,   大于单个孔隙的长度 除穿过多个孔隙之外,它们能横跨多个孔隙。流过多孔岩  
石的不平衡泡沫薄层结构多半和泡沫组织相似且与使用大规模微观试验进行的   其他工作非常一致。这些泡沫是薄层状且在孔隙空间中是按三维排列的。实测的  

泡沫薄层厚度介于11 -  范围之间,这与从微观和薄膜技术获得的厚度测量结  2  
果是可比较的。  

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第 1 期 ,总第 12期,20 ..5   4   7 04 72 

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图 1 在总体和多孔介质中的聚合物稠化 2   泡沫 (   聚丙烯酰胺和  o  S 8 3 1 5) w 心 X S 4 2 0   .   的视粘度。 1D , 岩
- -

D和岩心 A ,K -=068  2   。 .4 。 o   r  
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∞   ∞  

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E  Kr e 0 9 4 1 bi  ̄   0   n ,


图 1 在总体和多孔介质中的聚合物稠化  3 泡沫 ( 聚丙烯酰胺和 DwXS 8310 ) o  S  4 2.5  的视粘度。 =2 0S ,岩心 E ,Kr    0  ~ 1 bn  e .
0 9 4 D。 . 0   

图 1  1 显示了我们用聚合物稠化 Dw泡沫观测的典型结构。  和   " 0 4 5     o 在该情况下,   ∞

7%   的膜薄层不是棒状纤丝就是窄片,大小小于孔隙。这与在层流、管道粘度计  5 试验中发现的可比较的有效泡沫粘度是一致的。换言之,岩心驱替与管道粘度计  
中的聚合物稠化 Dw o 泡沫的视粘度在同一剪切速率下是相当的。  

口 ∞. _ 一o  t   o.c  A∞一 ∞∞  口 1  《∞ o 一 0t y~    ,疗 一 暑  .一 r o

膜退出孔隙通道时的侧视图。  

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第 1 期,总第 12 ,20..5   4   期 04 72 7  

明显 观测到的另一个特征是,出现了 许多 被穿孔的薄层或被占 有的薄膜区   域
( 1 1) 图 4和   。有可能, 5 这些区域代表样品在电子显微镜真空装置中由真空造成   的应力形成孔,因此是人工产物。但是,这样的孔一般会快速扩大,以致值得怀   疑, 这种薄膜是否会保持稳定并足以被成像。 很可能的解释是, 这些区域不是孔,   而实际上是薄膜 区域,在其中,该薄膜厚度接近黑膜厚度 ( 0n ) ~3 m 。这可能与   AncO 等人和 B reo saiS egrn等人发表的关于 “ 把高摩尔质量分子并入表面活性剂   稳定薄膜的效果”研究是一致的。   Breo 等人观测到在稳定非水表面活性剂稳定膜内同时出现黑膜区域(1 egrn 1  

n m厚 )和厚达 1 m的波纹。显著的表面不均匀性归因于使用高摩尔质量   a  
(,0-  00gm1 表面活性剂导致的 “ 5001,0  /o ) 0 类凝胶”性能。Breo egrn等人和 
AncO saiS等人在一些水基聚合物稠化薄膜系统中也观测到相似性能。薄膜 区域    (   m和 20n )与厚得多的波纹 ( m和 100 m厚 )同时出现。他  10n O O m厚 1 a ,0  a 们都观测到,强表面不均匀性似乎是与快速而不是缓慢薄膜形成有关联。并且,  


旦形成,这个极厚区域能持续几天。此外,表面不均匀性归因于使用表面活性  

剂和聚合物来生成薄膜导致的 “ 类凝胶”性能。  

图 1 横跨孔隙空间的多孔片状泡沫薄层 6   的低能扫描电子显微图像 (eoe i 和聚  Rwt rc     丙烯酰胺 ) 。箭头指示泡沫薄膜。视图调研  孔隙。  

图 1 覆盖着一些孔隙入 口的宽波纹片状    7 泡沫 薄 层 的低 能扫 描 电子 显 微 图 像   (eoe  和聚丙烯酰胺) Rwt rc 。  

与聚合物稠化Dw o 泡沫相反,聚合物稠化Rwtrc eoei 泡沫含有能够有效堵塞  孔隙中的流动的大薄片。不平衡 Rwtrc eoe  稳定泡沫薄膜的全部图像的 9%   i 0是以 尺寸大于孔隙的一些宽片构成的,如图1 和 1 所示。这些结构与岩心驱替试验      6 7 中更高粘度 ( 2 高 5倍)的聚合物稠化 Rwtrc泡沫和管道粘度计中的相同泡 eoe  i  
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第 1 期,总第 12   4   期,20 ..5 7 0472 

沫所观察到的一致。  

因此,我们提出,就总体流动和在多孔介质中的流动而论,泡沫形态 (   主要
取决于表面活性剂类型 ) 是性能观测差异的主要决定因素。  

在改善原油采收率情况下,一些增稠聚合物、表面活性剂稳定泡沫能够起封 
堵剂和暂堵剂的作用。 例如, Rw trC 用 eoei 表面活性剂生成的聚合物稠化泡沫(        图 1和 1     6 7显示的形态 )可产生成层的泡沫薄片,有助于交叉延伸与流动方向垂直   的多个孔隙体和孔喉。这些将起阻挡流动的作用,并提供封堵和暂堵。其它增稠 

聚合物、表面活性剂稳定泡沫比较适合于用作流度控制剂。例如,用 Bw o 表面活  
性剂生成的聚合物稠化泡沫 ( 1 和 1 所示的形态 ) 图     4 5 产生泡沫薄层和大小相 当  
或小于孔隙的流束 流束方向通常与流动方向一致而不是相反。这些主要是要降 

低孔隙渗透率以注入流体,而不是要封堵孔隙。  
总结和结论 

聚丙烯酰胺聚合物的加入能显著增强由阴离子和两性活性剂制成的表面活   性剂稳定泡沫的粘度,甚至是在极低的聚合物浓度下。   业已对在总体流动、管线流动和多孔介质约束流动中的聚合物稠化泡沫的流  变特性之间的关系有了新的了 解。这是使用一系列岩心驱替试验和管线流动环路  试验以及在等效剪切速率、 温度和压力下测量视粘度获得的。 观察到阴离子(o ) Bw  表面活性剂配置的聚合物稠化泡沫在管线和在多孔介质中的表现非常相似,在某 

些情况下几乎是 11 :。由两性活性剂 (eoei) Rwtrc 配置的聚合物稠化泡沫显示在  
多孔介质中流动时比 在管线中流动时的视粘度大得多 ( 大约大 2 2 倍 ) 到 5 。一般  认为,观察到的不一致是泡沫结构中的表面活性剂在多孔介质流动条件下特有差   异的结果。   在多孔介质中流动时采用同样的泡沫并使它们原地胶凝化 ( 用扫描电子显微 
术连续成像 ) 已显示,在孔隙空间内,泡沫薄层是 以三维形 式排列的,在某  ,业

种程度上与使用大规模微观试验进行的其它工作十分一致。聚合物稠化泡沫薄膜  是用作为薄膜、丝状物和棒状物出现的阴离子表面活性剂配置的。这与在管线和   岩心驱替试验中流动时这种泡沫极相似的流变特性一致。在改善原油采收率应用   情况下,此类聚合物稠化泡沫在降低孔隙渗透率以注入流体方面可能是有效的;  
因此,适合流度控制应用。   由两性活性剂 ( eoe i )配置的聚合物稠化泡沫薄膜主要以一些宽片出 Rw trC  

现,经常覆盖多个孔隙。这与在管线和岩心驱替试验中流动时这种泡沫极不同的   流变特性一致。 尤其是, 它与泡沫在多孔介质中流动时获得的极高粘度是一致的。   在改善原油采收率应用中,此类聚合物稠化泡沫在消除 ( 或至少极小化 ) 孔隙渗 
透率以注入流体方面可能是有效的;因此,适合封堵和暂堵应用。  
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第 1 期,总第 12   4   期,2 0..5 7 04 72 

泡沫粘度从总体、管线流动到多孔介质中流动的粗略估计最强烈地取决于岩  石的渗透率、有效剪切速率、泡沫结构和表面活性剂的性质。渗透率、剪切速率   和结构是众所周知的。本工作的结果显示,泡沫形态学 ( 不仅是结构) 是至关重  
要的。此外我们还证明,配置泡沫使用的表面活性剂的性质在确定多孔介质中的  

泡沫流变特性方面起极重要的作用。  
术语 
A 一一 截面积   
D 一一 达西   

L  一一 长度 
P  一一 压力  
R 一一 半径    

Q 一一 体积流量 

cc m一一 临界胶束浓度  k 一一 渗透率  
一 一

粘度  孔隙度 
廉抗翻 译 自 "CT.2 0. .v4 .N. . 1-8 JP   042   3 o2 P 92 

, ,一一 切变速率 
一 一

怎样破坏一项欠平衡钻井计划 
这箱半开玩笑的文章主要是针对欠平衡钻井作业过程中出现的毫无逻辑的  
做法。这些都是在与那些具有实际经验的操作人员和钻井人荧进行交谈基硪上总  
结的  

过去几年来已发表 了大量关于正确制定欠平衡钻井、完井和修井计划的文  章。然而迄今为止,还没有人能根据现实情况写出一篇怎样确保欠平衡钻井成功   的文章来。这里是一些准则,这些准则保证使你的欠平衡作业永远不会成功。  
摘要 

作为一名刚刚走完三十年钻井生涯的工程师来说,你可能是位经历过各种各  样油田的一个操作者。有些并未完全枯竭的油田需要靠大量的替换井来维系生产  
病满足公 司的目标。虽然你所具备的经验都是过平衡钻井,但你的老板却认为为  
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