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在加拿大、委内瑞拉以及我国一些稠油油藏的冷采过程中,表现出与常规溶解气驱油藏明显不同的“泡沫油”开发特征:高的采油速度、低的生产气油比、缓慢的油藏衰竭速度、高的一次采收率等,常规的理论无法解释这些现象。这些油藏的油相中存在大量的分散小气泡,这些小气泡对泡沫油机理的研究非常重要。国内外学者已提出一些理论和数学模型来解释这些现象,但很少从微观角度来分析其深层原因。本文在国内外研究的基础上,调研油相中的气泡成核实验,并加以总结,以此建立了单气泡在水动力和扩散作用下的生长模型和多气泡生长模型,进而建立了泡沫油物性模型,最后建立了泡沫油油藏油井流入动态关系与考虑微观机理的泡沫油一维单相数学模型。
首先,对气泡成核进行调研,研究油相中的气泡成核的条件,以及描述气泡成核速率的关系式,并分析了影响成核速率的参数。最后得到了以油相过饱和度为单一变量的成核关系表达式。
其次,在成核研究的基础上,分别研究了单气泡在水动力作用下以及扩散作用下的生长规律和影响参数的敏感性分析。气泡的生长过程受到多个内部和外部因素的控制,其中气体在油相中的扩散系数、表面张力和压力下降速度对气泡生长影响最大。并建立了多气泡生长模型,得到了油相中某一压力下的气泡数量和大小分布,通过研究发现,油相中的气泡数量随着压力的下降并不是一直增加的,而是趋于平缓,油相中的成核速率不是恒定的,而是随着压力的下降,出现先增加后减小的趋势,这与油相过饱和度有关。
最后,在多气泡生长模型的基础上,建立了泡沫油油相的物性模型,即泡沫油的粘度模型、压缩系数模型和密度模型,并分别对其影响因素进行敏感性分析,分析造成这种影响的原因。在此基础上,进一步建立了泡沫油油藏的流入动态关系,并与Vogel方法计算的常规稠油油井流入动态曲线进行对比分析,进一步分析了不同的扩散系数和不同的原油粘度下的泡沫油油藏的油井流入动态关系,得到了一些定性的规律。同时,建立了泡沫油油藏的一维单相渗流模型,通过求解方程,得到了产量曲线与采收率曲线与泡沫油实验得到的曲线一致,进一步的证明了模型的正确性。