CO2泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性,得出了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液流变参数的计算关联式,从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据.研究表明:在实际施工条件下,CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型来描述;其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小,随压力、泡沫质量的增大而增大;相对而言,温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显,在该试验范围内,温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化.     

GRF-CO_2清洁泡沫压裂液流变特性实验研究

基于管式流变仪原理,使用大型高温高压泡沫压裂液实验系统,对GRF体系的CO2清洁泡沫压裂液流变特性进行了详细的实验研究,研究了其流变特性受温度、泡沫质量、剪切速率和压力影响的规律,得出了压裂液流变参数的计算关联式,GRF-CO2清洁泡沫压裂液流变指数、流变系数的计算关联式平均误差均小于10%,能够满足实际工程需要。     

硼交联N_2伴注泡沫压裂液的阻力特性研究

液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施压裂工艺、选择合理的压裂参数、进行更为准确的裂缝预测、评估压裂效果都至关重要.利用高参数泡沫压裂液实验回路详细研究了模拟实际压裂条件下N2泡沫压裂液的阻力特性.研究表明:N2泡沫压裂液的摩擦压降梯度随着流速的增大而增大,随着温度的升高而减小,随着压力的增大而增大;摩擦阻力系数随着流速增大而增大,随着温度的升高而减小,而其随着压力的变化特别复杂.通过实验研究得出了N2泡沫压裂液在15~45MPa范围内摩擦阻力系数和广义雷诺数之间的计算关联式,其在本文实验工况下的平均计算误差为10.2%.     

应用幂律和改良幂律模型研究干法泡沫压裂液流变性

为了正确认识压裂液的流变特性,模拟高压高剪切速率实际压裂施工条件下,在大型高压泡沫压裂液实验回路上对改良的干法压裂液的流变特性进行实验研究,并用幂律模型和改良幂律模型对实验数据进行了处理.结果表明:当剪切速率和温度升高时,改良的干法压裂液流动变顺畅;当压力和泡沫质量增加时,其流动性变差.改良幂律模型中引入的比容膨胀率能包含温度造成的体积膨胀影响,但不能包含泡沫质量的影响,因为当泡沫质量高于70%时,泡沫质量增加带来的泡沫结构的变化没有考虑在比容膨胀率中.     

硅氧烷增稠CO_2压裂液高压流变性

压裂过程中CO_2压裂液的相态和流变特性复杂多变,CO_2压裂液的高压流变性是压裂设计的基础。制备一种硅氧烷类增稠剂,测试其增稠性能,并通过改变增稠剂质量分数、温度、压力研究增稠后的CO_2压裂液在毛细管内流动的流变特性。结果表明:8～16 MPa条件下,硅氧烷增稠CO_2压裂液表现为典型的幂律流体特性;温度和压力对硅氧烷增稠的CO_2流变性影响显著,随着温度升高,硅氧烷增稠CO_2的表观黏度降低,稠度系数与流变指数均减小,在30～40℃,CO_2由液态变为超临界状态,增稠CO_2的表观黏度大幅度下降;随着压力升高,硅氧烷增稠CO_2表观黏度升高,稠度系数增大,流变指数减小,CO_2压裂液的非牛顿性增强,压力由8 MPa升高至16 MPa,硅氧烷增稠CO_2的表观黏度增大62%。     

氮气泡沫压裂液体系在水平管段中的流动规律

根据泡沫压裂液体系含有气体和液体两相这一特性,设计了一套室内泡沫流体管式流变仪,进行了泡沫压裂液体系在水平管段的流动规律研究,得到了泡沫压裂液体系在实验管段的微观结构;并对泡沫质量对泡沫压裂液体系的流变性影响进行了研究。实验结果表明,泡沫压裂液体系随着泡沫质量的增加,管路中的压降先增加后减小;并且泡沫质量较小时很难得到稳定的泡沫;泡沫质量在40%~75%之间能得到稳定的泡沫;用幂律模型研究泡沫压裂液的流变特性,得到泡沫压裂液体系的流变方程。结果表明,随着泡沫质量的不断增加,泡沫压裂液体系的稠度系数不断增加,流变指数不断减小;并且随着剪切速率的增加,表观黏度不断降低,对于研究泡沫压裂液在井筒中的流动具有一定的价值。     

CO2泡沫压裂裂缝三维延伸及温度场的数值模拟

针对深层油气田压裂施工的实际情况，考虑CO2泡沫压裂液变物性的影响，建立了新的拟三维模型和热力学模型，计算了陕西长庆上古油田某油井的现场压裂施工工况，计算结果表明，所建模型能较准确地预测压裂液在裂缝中的延伸与温度特性的变化，对相关油井的压裂工艺实施、参数选择及效果评估具有一定的借鉴价值。     

稠油蒸汽泡沫共混体系的流变性能研究

为了进一步加强对稠油蒸汽泡沫驱油过程中流体力学性能的认识,在油藏压力7.60 MPa下,利用高温高压流变仪测得了不同条件下稠油蒸汽泡沫共混体系的流变曲线.实验结果表明:稠油蒸汽泡沫驱油体系均为假塑性流体,其流变方程能很好地关联幂律模型;随蒸汽相饱和度和泡沫剂浓度升高,体系表观黏度增大;随蒸汽干度和温度升高,体系表观黏度降低;在低剪切速率时,表观黏度和温度关系满足Arrhenius方程,随着剪切速率增大,表观黏度和温度关系逐渐偏离Arrhenius方程;黏流活化能的绝对值随剪切速率增大而降低,在低剪切速率时,表观黏度对于温度变化更敏感.     

泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

基于非离子表面活性剂的高压CO2泡沫稳定性试验

针对壬基酚聚氧乙烯醚系列非离子表面活性剂,利用高温高压可视化泡沫仪,在不同温度、压力和矿化度条件下对CO2泡沫性能进行测试,分析(聚氧乙烯基)EO聚合度、矿化度、压力和温度对CO2泡沫性能的影响。同时通过驱替试验对CO2泡沫作为驱油剂的封堵和流度控制能力进行测试,并与高温高压泡沫仪的试验结果进行对比,分析泡沫仪测试的泡沫综合性能指数与泡沫在驱替试验中的阻力系数的相关性。结果表明:随着EO聚合度的增大,表面活性剂的亲水性增加,所产生CO2泡沫的性能及稳定性提高;泡沫液矿化度增大、压力增大和温度升高都会导致CO2泡沫性能下降。驱替试验结果揭示了表面活性剂分子结构对CO2泡沫的影响,对CO2泡沫用非离子表面活性剂的设计和性能提高具有指导意义。