基于PDMS芯片的孔隙尺度下泡沫流动特性研究

发布时间：2020-04-18 05:02

【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(C_(18)H_(29)NaO_3S)为起泡剂,得到浓度为0.5wt.%表面活性剂溶液。以高纯N_2作为实验气体。在液相体积流量Q_l为0.1mL/min,泡沫质量f_g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f_g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CO_2泡沫相比,在相同泡沫质量下N_2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f_g为50~70%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。
【图文】：

照片,实物,实验系统,照片

如图2-3 所示。(a) PDMS 孔隙模型实验段实物照片(b) 实验台实物照片图 2-3 实验系统实物照片2.2.2 实验步骤(1)用超纯水机制取 200mL 去离子水并放入洁净的烧杯中，用电子天平称取1.0 g 十二烷基苯磺酸钠粉末（起泡剂），将起泡剂倒入去离子水中并用磁力搅拌器搅拌，直至起泡剂全部溶解，得到 0.5 wt.%的表面活性剂溶液；(2)将泡沫发生器以及孔隙模型实验段装配到实验系统中，然后连接实验系

超纯水,电子分析天平,制水量,净水器

图 2-4 电子分析天平型实验室专用超纯水机，STD-RUP10m（25℃），UP 超纯水电阻率 18.25M 产，如图 2-5 所示。该仪器可在线电阻。系统具备开机自检、缺水保护报警、停，前置预处理过滤器等，避免与空气
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE357.46;O35

【参考文献】