熊鈺，王沖

（西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

泡沫油模型研究現(xiàn)狀

熊鈺，王沖

（西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

引入泡沫油的概念是為了描述原油流動(dòng)過(guò)程中伴隨有分散氣泡的現(xiàn)象。泡沫油現(xiàn)象被認(rèn)為是加拿大和委內(nèi)瑞拉稠油油田出現(xiàn)反常高產(chǎn)和超出預(yù)期較高采收率的主要機(jī)理。在充分調(diào)研泡沫油模型文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)各種概念模型的特點(diǎn)進(jìn)行了比較和總結(jié)。加拿大的一些稠油油藏在產(chǎn)出泡沫油的同時(shí)伴隨有出砂現(xiàn)象，這表明地質(zhì)力學(xué)作用和流體特殊性質(zhì)2種因素并沒(méi)有相互排斥，甚至存在兩者的耦合作用。泡沫油的形成機(jī)理目前依然存在爭(zhēng)論，如對(duì)于泡沫油的黏度目前尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，泡沫油形成過(guò)程的影響因素之間是否存在耦合等，要解決這些問(wèn)題，未來(lái)應(yīng)在泡沫油溶解氣驅(qū)微觀可視化模型和非常規(guī)PVT測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究其形成機(jī)理。

泡沫油；流-固耦合；非平衡相態(tài)

加拿大和委內(nèi)瑞拉一些稠油油藏在天然能量衰竭開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常觀察到包含分散氣泡的泡沫油現(xiàn)象［1］。此外，在注天然氣吞吐開(kāi)發(fā)深層稠油中，除常規(guī)的溶解降黏機(jī)理外，最重要的是稠油注氣后存在擬泡點(diǎn)，形成分散降黏的泡沫油［2］。目前關(guān)于描述泡沫油溶解氣驅(qū)機(jī)理的模型有若干種，如多相流模型、改進(jìn)的分流模型、低黏度模型、氣泡潤(rùn)滑模型、動(dòng)力模型、松弛時(shí)間模型、擬泡點(diǎn)壓力模型、均相流模型、孔隙網(wǎng)絡(luò)模型等，而且在原有模型的基礎(chǔ)上，不同的學(xué)者又有新的改進(jìn)。

1　泡沫油模型

在一些稠油油藏初次開(kāi)采過(guò)程中，產(chǎn)出的是含有分散氣泡的原油，這種開(kāi)采機(jī)理稱(chēng)為“泡沫油溶解氣驅(qū)”［3-4］。提出這種機(jī)理的Manini等［3-5］認(rèn)為：泡沫油流動(dòng)是在高毛細(xì)管數(shù)下的兩相氣-油流動(dòng)；分散氣泡運(yùn)動(dòng)受到較大的黏滯阻力；存在臨界壓力衰竭速率以維持泡沫油流動(dòng)，壓力衰竭速率急劇增加，黏度大幅減??；較高的黏滯阻力使小氣泡從液相中脫離出來(lái)很困難，不能迅速實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體的流動(dòng)性很低，氣油比增加緩慢，壓力衰竭速率也很慢；小氣泡隨稠油一起運(yùn)動(dòng)，便形成了泡沫油流，這種氣體膨脹能量能在油藏中長(zhǎng)時(shí)間保存，直到隨泡沫油流一起產(chǎn)出，從而使得整體采收率很高。

模擬泡沫油流動(dòng)最直接的方法是根據(jù)油藏生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)對(duì)傳統(tǒng)的溶解氣驅(qū)模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整［3-4］。這些參數(shù)包括絕對(duì)滲透率、油相滲透率、氣相滲透率、流體和巖石的壓縮系數(shù)、臨界氣體飽和度、壓力（取決于原油黏度）、原油黏度［5-6］。但是，傳統(tǒng)的模型并不能體現(xiàn)泡沫油流動(dòng)過(guò)程的特征，如分散氣泡產(chǎn)生和破裂的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

對(duì)于稠油油藏泡沫油溶解氣驅(qū)過(guò)程反常高產(chǎn)現(xiàn)象，目前已經(jīng)提出了許多機(jī)理來(lái)解釋?zhuān)笾驴梢苑譃?類(lèi)［5-6］：第1類(lèi)，地質(zhì)力學(xué)作用，如砂粒膨脹和蚯蚓洞形成，伴隨出砂增大了泄油半徑，增強(qiáng)了顆粒的流動(dòng)性和氣體的膨脹作用；第2類(lèi)，流動(dòng)流體（稠油和氣體）的特殊性質(zhì)。這2種因素的作用并不相互排斥［7］。

1.1地質(zhì)力學(xué)作用模型

稠油油藏大量出砂啟發(fā)一些學(xué)者將高產(chǎn)和出砂聯(lián)系起來(lái)［3-7］。地質(zhì)力學(xué)作用模型（蚯蚓洞的形成和壓實(shí)形成高滲通道）是對(duì)稠油油藏初次開(kāi)采反常高產(chǎn)的一種解釋。目前對(duì)于出砂提高產(chǎn)量的地質(zhì)力學(xué)作用機(jī)理比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)主要有4點(diǎn)［5-7］：1）若砂巖基質(zhì)是疏松的（未采取控砂措施），砂粒隨油藏流體流動(dòng)，使得油井高產(chǎn)；2）連續(xù)的出砂使得擾動(dòng)區(qū)不斷擴(kuò)大，擾動(dòng)區(qū)具有高的孔隙度和滲透率，形成了流動(dòng)通道網(wǎng)絡(luò)；3）連續(xù)的出砂消除了孔隙堵塞、瀝青質(zhì)沉淀以及井筒附近的其他表皮效應(yīng)；4）流動(dòng)油相中的砂礫對(duì)氣泡穩(wěn)定起到積極作用。

1.1.1Smith模型

為了模擬Lloydminster地區(qū)稠油油藏反常高產(chǎn)現(xiàn)象，Smith最早提出了稠油開(kāi)采模型［8］。Smith認(rèn)為：反常高產(chǎn)和較高采收率出現(xiàn)的原因不僅是出砂，而且是流體流動(dòng)性質(zhì)的改變；故假設(shè)反常高產(chǎn)是由于流體的流動(dòng)和出砂引起的基質(zhì)變形，是兩者共同作用的結(jié)果。

1.1.2Dusseault模型

Dusseault［9］認(rèn)為的低出砂條件下原油高產(chǎn)的原因是：1）增大了泄油半徑；2）顆粒運(yùn)動(dòng)；3）氣泡膨脹；4）連續(xù)的孔隙“消除瓶頸”效應(yīng)。由于原油的高黏性和毛細(xì)管力的作用，已形成的氣泡并未合并。氣泡并未堵塞在孔隙內(nèi)，而是和砂粒一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)內(nèi)部膨脹提供了驅(qū)油的動(dòng)力。砂粒的運(yùn)動(dòng)也消除了氣體或者細(xì)顆粒的堵塞作用，即產(chǎn)生了“消除瓶頸“效應(yīng)。

1.1.3Treinen模型

Treinen等［10］提出了與Smith相似的觀點(diǎn)，認(rèn)為應(yīng)力降低和流體的剪切是蚯蚓洞形成的原因，砂粒的膨脹在近井區(qū)域最厲害，但是離井底越遠(yuǎn)這種效應(yīng)越弱。盡管蚯蚓洞和砂粒膨脹可以解釋近井地帶采收率高的現(xiàn)象，但是原油產(chǎn)量主要由遠(yuǎn)井區(qū)域決定。

1.1.4侵蝕模型

Vardoulakis等［11］提出了侵蝕模型，Wan等［11-14］對(duì)侵蝕模型進(jìn)行了改進(jìn)。模型考慮了孔隙介質(zhì)的變形，認(rèn)為孔隙介質(zhì)的變形使得孔隙度和流體壓力是依賴(lài)于時(shí)間的非線性函數(shù)。Wan和Wang提出了用優(yōu)化的局部平均化技術(shù)（OLMT）對(duì)控制方程中的局部地層變量——如密度、流量和應(yīng)力等——進(jìn)行改進(jìn)［13］。Wan等［14］提出了一種結(jié)合地質(zhì)力學(xué)、流體力學(xué)和侵蝕機(jī)理的新模型。Tan等［15-16］利用不規(guī)則地質(zhì)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)模擬蚯蚓洞的分布。該模型包括2個(gè)梯度：一個(gè)是針對(duì)產(chǎn)層的，另一個(gè)是針對(duì)蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)的。

1.1.5有限元模型

Liu等［17］利用有限元計(jì)算模型研究了稠油泡沫油生產(chǎn)中的井壁坍塌和伴隨出砂現(xiàn)象。研究表明出砂是2種機(jī)理共同作用的結(jié)果：1）在偏應(yīng)力作用下剪切模式的膨脹作用；2）泡沫油流動(dòng)引起的水動(dòng)力作用和侵蝕作用導(dǎo)致基質(zhì)孔隙度增加。通過(guò)對(duì)控制方程進(jìn)行合適的離散化，可以很好地模擬蚯蚓洞的形成和延伸。稠油油藏反常高產(chǎn)是出砂對(duì)基質(zhì)孔隙度的增大作用和泡沫油流動(dòng)對(duì)壓力的保持作用共同作用的結(jié)果［17-18］。壓力衰竭速率的增大，不僅能夠刺激出砂，而且可以增強(qiáng)泡沫油的流動(dòng)作用。由于地質(zhì)力學(xué)作用，井底附近的膨脹區(qū)域逐漸擴(kuò)張。出砂使得有效井徑增大，但是卻可能引起射孔處的井壁坍塌，這是因?yàn)樵谏淇椎莫M窄區(qū)域內(nèi)急劇的膨脹速率使得剪切力很大［18］。砂粒膨脹對(duì)于提高油、砂和氣泡產(chǎn)量的作用與增大壓力衰竭速率所起的作用是一樣的［17］。

1.1.6PAW模型

Yuan等［18］提出蚯蚓洞的生長(zhǎng)可以用PAW模型來(lái)描述。PAW（Probabilistic Active Walker）模型擴(kuò)展了隨機(jī)游走（random walker）模型，該模型的數(shù)學(xué)描述包括兩部分，即勢(shì)函數(shù)和行人游走到鄰區(qū)的概率［18-19］。勢(shì)函數(shù)代表行人游走的地形，概率則是勢(shì)函數(shù)的函數(shù)。假設(shè)這種函數(shù)是冪函數(shù)，并且隨著遠(yuǎn)離井筒半徑的增大而減小，Yuan等計(jì)算了蚯蚓洞區(qū)域油-砂懸浮混合物的流度，利用該流度可以計(jì)算油和砂的產(chǎn)量；同時(shí)，給出了蚯蚓洞區(qū)域的分形維數(shù)、蚯蚓洞數(shù)、蚯蚓洞直徑、蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)流量以及出砂量與蚯蚓洞區(qū)域膨脹之間關(guān)系的計(jì)算方法。孫建平［19］從蚯蚓洞形成的沖刷實(shí)驗(yàn)和壓力衰竭冷采實(shí)驗(yàn)出發(fā)，研究了蚯蚓洞的形成機(jī)理和影響因素。假設(shè)蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)形成過(guò)程中，壓力場(chǎng)相當(dāng)于PAW模型中的勢(shì)函數(shù)，它隨著蚯蚓洞的生長(zhǎng)而不斷變化；由于油層中巖石內(nèi)聚強(qiáng)度的變化，則蚯蚓洞的生長(zhǎng)方向存在著一定程度的隨機(jī)性。因此，PAW模型可以應(yīng)用于蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)。

1.2流體性質(zhì)作用模型

1.2.1多相流模型

在傳統(tǒng)的溶解氣驅(qū)中，氣泡在孔隙中成核［2-6］，之后，氣泡繼續(xù)生長(zhǎng)，直到與其他孔隙中的氣泡接觸形成連續(xù)流動(dòng)氣相。黏滯力和毛細(xì)管力的相對(duì)大小決定氣泡的運(yùn)動(dòng)。在傳統(tǒng)的溶解氣驅(qū)中，毛細(xì)管力大于黏滯力使得氣泡被束縛；而在泡沫油中，氣泡達(dá)到一定尺寸后，黏滯力可以克服毛細(xì)管力，氣泡不再被束縛，而是隨油相一起遷移［3-6］。控制氣體在油相中的分散過(guò)程可以分為過(guò)飽和、臨界過(guò)飽和、氣泡成核、氣泡生長(zhǎng)、氣泡移動(dòng)5個(gè)階段［15］。Islam等［20］提出了液體混合物黏度和微氣泡流動(dòng)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，但是并沒(méi)有將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，也沒(méi)有對(duì)模型的適用范圍進(jìn)行說(shuō)明。由于微氣泡是先產(chǎn)生的，因此，并不能夠代表溶解氣驅(qū)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡［21］。

1.2.2改進(jìn)的分流模型

Lebel［22］提出了改進(jìn)的分流模型來(lái)描述泡沫油和氣體的流動(dòng)，該模型致力于通過(guò)修正油相和氣相的分流曲線來(lái)擬合生產(chǎn)數(shù)據(jù)。假設(shè)原油中釋放的溶解氣作為特定的有限體積組分滯留在原油中，溶解氣受系統(tǒng)其他部分的影響；隨著氣體飽和度從0開(kāi)始增大，氣體的分流量隨之線性增加，直至達(dá)到限定的分散氣飽和度值；一旦泡沫油中的氣體超過(guò)一定的體積分?jǐn)?shù)，氣體會(huì)形成自由氣相；隨著氣體體積分?jǐn)?shù)的增加，泡沫油的有效黏度相比原油黏度只是稍微減小。泡沫油的密度是油和氣組分密度的體積加權(quán)平均，模型中采用了油氣相平衡的PVT關(guān)系，分流曲線需要與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反復(fù)調(diào)試擬合［22］。模型能夠描述泡沫油流動(dòng)中的一個(gè)顯著特征，即部分逸出的溶解氣依舊束縛在原油中，這只需在一般的模擬器中改變相對(duì)滲透率和流體的性質(zhì)即可。但是，建立氣體體積分?jǐn)?shù)與泡沫油有效黏度之間的關(guān)系是困難的，泡沫油性質(zhì)隨時(shí)間的變化并未被模擬［21］。

1.2.3低黏度模型

Smith［8］提出管道中的兩相流模式可以應(yīng)用到流體在孔隙中的流動(dòng)。泡沫油流體的流動(dòng)是兩相流，氣相以微小氣泡形式隨著油相流動(dòng)。假設(shè)分散氣中氣泡很小，且小于孔隙喉道，這些小氣泡不會(huì)合并形成連續(xù)氣相，利用改進(jìn)的壓力恢復(fù)分析模型推導(dǎo)出油藏中泡沫油的表觀黏度。分析表明，表觀黏度相比于含氣原油的黏度（1 700~3 500 mPa·s）大大降低（只有100~500 mPa·s）［8］。假設(shè)稠油和氣泡混合物的壓縮系數(shù)Cf=β/p（β為壓縮系數(shù)常數(shù)，p為混合物的壓力），對(duì)于Lloydminster地區(qū)稠油油藏，β大約為0.25。由此建立的溶解氣驅(qū)模型能夠描述壓降過(guò)程中特有的多相流特性，并且能夠模擬混合物的流動(dòng)。油藏中孔隙中的壓降可以看作是持液作用和Fanning型壓力損失2種效應(yīng)的共同結(jié)果［5-8］。持液作用使得平均流體密度降低，利用Fanning公式計(jì)算黏滯壓力損失，模型中黏度取混合物的黏度（介于氣體黏度和液體黏度之間）。分散在原油中的氣體數(shù)量與常數(shù)β和壓力p有關(guān)，但是與時(shí)間和流動(dòng)條件無(wú)關(guān)；將混合物的黏度輸入稠油擬壓力函數(shù)中 （以考慮分散氣增強(qiáng)液相壓縮性的作用），然后將該函數(shù)代入達(dá)西徑向流公式［21］。

Smith模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與Lloydminster油田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合很好。但該模型存在的最大的缺點(diǎn)是僅僅利用較低的黏度來(lái)解釋高產(chǎn)問(wèn)題，至于為什么混合物的黏度會(huì)降低卻并未給出解釋?zhuān)?3］。

基于原油中的瀝青質(zhì)黏附在微氣泡表面的假設(shè)，Claridge［23］提出，當(dāng)氣泡尺寸很小時(shí)，原油中的瀝青質(zhì)附著在氣泡表面，使氣泡保持較小的尺寸，氣泡能夠隨油流流動(dòng)通過(guò)孔隙喉道。Bauget等［7］的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了瀝青-甲苯/空氣界面存在類(lèi)似的過(guò)程。微氣泡表面由于附著了一層瀝青質(zhì)，因此在油相中氣泡組分并未發(fā)生變化，瀝青質(zhì)的存在保持了微氣泡的穩(wěn)定。微氣泡隨著油相一起流動(dòng)，微氣泡表面瀝青質(zhì)的存在使得泡沫油的黏度大幅降低，而原油中瀝青質(zhì)的去除也使得原油黏度大大降低。但這并不能解釋為什么瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)移到氣泡表面就使得分散流體系統(tǒng)的黏度大大降低，因?yàn)槲皆谂菽砻娴臑r青質(zhì)依舊是分散相系統(tǒng)的一部分［24］。然而，根據(jù)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的測(cè)量結(jié)果，瀝青質(zhì)的存在對(duì)泡沫油的黏度并沒(méi)有任何影響［25］。鹿騰［26-27］和Bora等［25］通過(guò)實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)，活油脫氣形成泡沫油后，原油黏度反而增大，泡沫油的黏度要高于相同壓力下的活油黏度，且壓力越低，兩者黏度差異越大［26］；因此，提出的低黏度模型并不能準(zhǔn)確描述稠油溶解氣驅(qū)滲流特征［25，27］。

泡沫油的黏度問(wèn)題存在爭(zhēng)議，氣泡分散在原油中對(duì)于泡沫油黏度的影響機(jī)理目前尚不完全清楚。不同的實(shí)驗(yàn)中觀察到，稠油中存在分散氣泡時(shí)表觀黏度或者增加或者減小的現(xiàn)象［15，20-21，25］。因此，分散氣泡對(duì)于稠油在孔隙介質(zhì)中流動(dòng)的作用依然存疑。

1.2.4氣泡潤(rùn)滑模型

Shen等［28］提出了一種解釋氣泡對(duì)于采收率影響的泡沫油模型。該模型對(duì)Maini等發(fā)表的泡沫油實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了解釋?zhuān)J(rèn)為氣泡的成核作用增強(qiáng)了泡沫油的流動(dòng)性，束縛氣泡降低了原油的流動(dòng)性。隨著氣體體積分?jǐn)?shù)的增加，泡沫油的流動(dòng)性降低；隨著成核速率的增加，泡沫油的流動(dòng)性增強(qiáng)。Shen等將泡沫油流動(dòng)性的增強(qiáng)歸結(jié)于潤(rùn)滑效應(yīng)（滑脫效應(yīng)）。潤(rùn)滑效應(yīng)應(yīng)用在一些實(shí)驗(yàn)和理論研究中，用以解釋毛細(xì)管兩相流中非潤(rùn)濕相流動(dòng)性增強(qiáng)的現(xiàn)象。Shen等認(rèn)為，該模型中成核氣泡的存在增強(qiáng)了稠油的流動(dòng)性缺少足夠的證據(jù)［22］。

1.2.5動(dòng)力模型

稠油冷采的滲流可以分成3個(gè)過(guò)程［29］：1）巖石和流體膨脹使得部分原油被采出；2）隨著壓力的降低，溶解氣析出，以分散氣泡形式存在于原油當(dāng)中，形成泡沫油流；3）當(dāng)壓力繼續(xù)降低時(shí)，溶解氣大量析出，氣體形成連續(xù)相。其中，過(guò)程1）和過(guò)程3）都可用比較成熟的黑油模型來(lái)模擬，但是對(duì)模擬過(guò)程2）目前還沒(méi)有成熟的模型和方法［29-30］。過(guò)程2）中，油相中氣泡的生長(zhǎng)受2種效應(yīng)控制：一種是由于壓力下降，氣泡體積膨脹引起的水動(dòng)力效應(yīng)；另一種是由于油相過(guò)飽和，油相中溶解的氣體組分通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入到氣泡中，促使氣泡生長(zhǎng)的擴(kuò)散效應(yīng)［29］。

動(dòng)力模型［31］用來(lái)解釋泡沫油中氣體在油相中分散動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。模型包含3種非揮發(fā)性成分［31-33］，即脫氣原油、溶解氣以及微氣泡形式存在的分散氣。溶解氣在過(guò)飽和的驅(qū)動(dòng)下以一定速率變?yōu)榉稚?，該速率越快，表明單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的氣泡數(shù)量越多；分散氣以另一速率變?yōu)樽杂蓺猓撨^(guò)程越快，表明油相中氣泡破裂的速度越快。該模型應(yīng)用在CMG的STARS模擬器中，2個(gè)速率被模擬成特定的化學(xué)反應(yīng)，二者隨活化能、溫度等的改變而變化，這種非平衡的質(zhì)量傳輸模型可以定量地給出氣體擴(kuò)散引起的液相中氣泡產(chǎn)生和合并的速度。雖然該模型可以模擬一些非平衡作用，但速率常數(shù)需要通過(guò)歷史擬合來(lái)確定，并且模型未考慮氣泡的形成、生長(zhǎng)和合并過(guò)程，這必然導(dǎo)致結(jié)果存在一定的誤差［21，32-33］。 Sheng［31，34］提出的動(dòng)力模型包括 2個(gè)速率過(guò)程——控制溶解氣逸出的速率過(guò)程和控制逸出氣變?yōu)樽杂蓺獾乃俾蔬^(guò)程。模型采用傳統(tǒng)兩相滲透率來(lái)模擬兩相流動(dòng)（泡沫油相和氣相），包含成核過(guò)程和氣泡的合并過(guò)程。分散氣被看作是液體組分，但是具有自身特有的性質(zhì)，并且隨油相一起流動(dòng)，具有氣相的壓縮性和密度，其黏度等于油相黏度；氣泡以指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)（采用經(jīng)驗(yàn)公式），分散氣從原油中脫離卻是指數(shù)式衰減［31，34］。

趙瑞東等［29］假設(shè)油相是牛頓流體，密度和黏度為常數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)保持恒溫，氣泡界面熱動(dòng)力學(xué)平衡；初始時(shí)刻，單個(gè)微氣泡停留在靜止的過(guò)飽和油相中，由于過(guò)飽和油相中的溶解氣組分進(jìn)入氣泡，此時(shí)氣泡開(kāi)始生長(zhǎng)變大。通過(guò)建立并求解水動(dòng)力學(xué)方程、擴(kuò)散方程和氣泡表面的連續(xù)性方程，可以用來(lái)研究稠油油藏中氣泡的成核和生長(zhǎng)變化規(guī)律［35］。這些為動(dòng)力模型的發(fā)展提供了理論依據(jù)，然而，假設(shè)油相為牛頓流體、密度和黏度是常數(shù)，是模型的不足之處［26］。鹿騰等［26］的研究表明，泡沫油的黏度要高于相同壓力下的活油黏度，并且壓力越低，兩者之間的差異越大。研究還表明，泡沫油黏度與分散氣泡大小、泡沫油質(zhì)量、剪切速率等因素有關(guān)：隨著剪切速率的增大，泡沫油黏度逐漸降低，表現(xiàn)出明顯的剪切變稀特性；隨著泡沫油質(zhì)量的增大，泡沫油流動(dòng)特性明顯減弱，泡沫油的非牛頓流體特性強(qiáng)于活油。

鹿騰等［26-27］提出在利用3種氣體組分（分散氣、溶解氣和自由氣）的轉(zhuǎn)化來(lái)描述稠油溶解氣驅(qū)滲流機(jī)理過(guò)程中，僅僅考慮溶解氣向分散氣的轉(zhuǎn)化或者分散氣向連續(xù)氣的轉(zhuǎn)化，而不考慮自由氣剪切形成分散氣的過(guò)程，是不全面的［27］。由此提出的改進(jìn)模型考慮了水、溶解氣、原油、分散氣和連續(xù)氣5種組分，其中油相包括原油組分、溶解氣組分和分散氣組分，水相包括水組分，氣相包括自由氣組分［26-27］。針對(duì)冷采后期稠油油藏泡沫油現(xiàn)象逐漸消失后，采用注氣的方式形成二次泡沫油的過(guò)程，孫曉飛等［36］利用黑油模型、五組分模型和六組分模型進(jìn)行了泡沫油注氣吞吐參數(shù)影響的研究。五組分模型包括水、溶解氣、原油、自由氣和注入氣。六組分模型包括水、溶解氣、分散氣、自由氣、注入氣和原油。這2種泡沫油模型都能描述溶解氣驅(qū)及注氣吞吐開(kāi)發(fā)過(guò)程中的“溶解氣—分散氣（泡沫油）—自由氣”和“注入氣（自由氣）—分散氣（泡沫油）”2個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。其中，五組分模型通過(guò)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述溶解氣到自由氣的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程，通過(guò)2條氣相相滲曲線，按照溶解氣和自由氣的摩爾比差值來(lái)確定泡沫油狀態(tài)下的氣相相滲曲線。

1.2.6松弛時(shí)間模型

Joseph等［37-38］提出了基于達(dá)西滲流速度、壓力和分散氣體體積分?jǐn)?shù)的松弛時(shí)間數(shù)學(xué)模型，但該理論只適用于氣泡未合并形成自由氣相滲流的情形。在壓力下降過(guò)程中，利用經(jīng)驗(yàn)松弛時(shí)間（速率恒定）來(lái)描述系統(tǒng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間，并不適用于壓力突然降低的早期階段。恒定的松弛時(shí)間并不適用于所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Joseph等［37-38］對(duì)此的解釋是，在初始?jí)航禃r(shí)，氣泡的成核很慢，但當(dāng)壓力降到泡點(diǎn)壓力以下時(shí)，氣體的逸出會(huì)很迅速。通過(guò)引入2個(gè)氣體組分的松弛函數(shù)，可以在一定程度上描述氣體組分接近于0時(shí)較低的逸出速率現(xiàn)象［1］。Jing等［39-40］研究了考慮松弛作用的泡沫油流特征：假設(shè)泡沫油為稠油和微氣泡2種擬組分；運(yùn)用空間非穩(wěn)定邊界流的數(shù)學(xué)解析模型，推導(dǎo)出了初始和流動(dòng)階段的泡沫油壓力分布的解析解。這與傳統(tǒng)的牛頓流相比，泡沫油的松弛效應(yīng)使得壓降變緩。松弛時(shí)間模型中，氣泡未合并就可以形成自由氣，溶解氣一旦從原油中逸出就隨著油相一起流動(dòng)；模型引入了溶解等溫線（溶解等溫線可以利用PVT數(shù)據(jù)獲得），巧妙地避開(kāi)了氣泡成核、氣泡合并，以及氣泡阻力和氣泡轉(zhuǎn)移函數(shù)［33］；一定生產(chǎn)壓差下，系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)平衡所需時(shí)間是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)性的速率常數(shù)來(lái)計(jì)算的。該模型的優(yōu)點(diǎn)是具有簡(jiǎn)潔性，但是它只對(duì)相對(duì)不流動(dòng)的分散氣泡有效，沒(méi)有考慮氣泡之間運(yùn)動(dòng)速度的差異。

1.2.7擬泡點(diǎn)壓力模型

針對(duì)稠油油藏初次開(kāi)采的泡沫油流動(dòng)現(xiàn)象，Kraus等［41］最早提出了擬泡點(diǎn)壓力的概念。擬泡點(diǎn)壓力是描述流體性質(zhì)的一個(gè)可調(diào)參數(shù)。隨著壓力降低到泡點(diǎn)壓力，溶解氣從原油中逸出，但在壓力降低到擬泡點(diǎn)壓力之前，依然有逸出氣束縛在原油中，隨著壓力繼續(xù)降低，這部分氣體線性減少，直到為0［21，41］。泡沫油的性質(zhì)可以嵌入到一般的黑油模擬器中。泡沫油的作用包括增強(qiáng)了氣體的壓縮性、保持天然壓力、延遲產(chǎn)氣［41-45］。模型包含油、溶解氣和分散氣3種組分。分散氣增強(qiáng)了油相的有效壓縮性 （與泡沫油中的分散氣摩爾分?jǐn)?shù)正相關(guān)）。泡沫油表現(xiàn)出具有低于一般泡點(diǎn)壓力的擬泡點(diǎn)壓力［36，41-45］。但該模型仍然有很多缺陷：它只是對(duì)黑油模型的簡(jiǎn)單修正，很難模擬泡沫油流動(dòng)與時(shí)間相關(guān)的變化情況；沒(méi)有考慮動(dòng)態(tài)現(xiàn)象不能模擬不平衡速度的影響；對(duì)擬泡點(diǎn)壓力的影響因素也未進(jìn)行深入的研究。擬泡點(diǎn)壓力必須與油田動(dòng)態(tài)相匹配，實(shí)踐中難以確定［46-53］。Mastmann等［47］運(yùn)用了擬泡點(diǎn)壓力概念來(lái)預(yù)測(cè)泡沫油行為，該數(shù)學(xué)模擬器中使用了商業(yè)性黑油模擬器Eclipse。該模擬器中的模擬方程以傳統(tǒng)的多相流模型為基礎(chǔ)，因此它不適用于分散氣束縛在原油中的單相流動(dòng)［47］。

Chen等［48］基于擬泡點(diǎn)壓力概念提出了新的數(shù)學(xué)模型：擬泡點(diǎn)壓力可以根據(jù)不同條件的泡沫油實(shí)驗(yàn)PVT數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整；分散氣被看作是油相的一部分，但是它的摩爾體積和壓縮系數(shù)卻是計(jì)算在自由氣相中；泡沫油的壓縮性可以看作是壓力的函數(shù)（分散氣的存在增強(qiáng)了油相的壓縮性）。擬泡點(diǎn)壓力概念能夠很好地用來(lái)描述泡沫油流動(dòng)的特征，并且能夠很好地預(yù)測(cè)稠油泡沫油生產(chǎn)中的反常高產(chǎn)現(xiàn)象。Chen等擬泡點(diǎn)壓力模型的假設(shè)包括：1）泡沫油包括死油、溶解氣（具有正常的溶解氣所具有的黏度、壓縮性、黏度等特征）以及分散氣（具有氣相的壓縮性和密度，黏度等同于油相黏度，隨油相一起流動(dòng)）3種組分；2）氣相只包括自由氣組分；3）微氣泡分散在液態(tài)油相中，氣泡表面的毛細(xì)管力取決于氣泡大小，但由于未考慮氣泡尺寸，因此忽略毛細(xì)管力對(duì)氣泡的影響；4）氣相和泡沫油相流動(dòng)都服從達(dá)西定律；5）質(zhì)量濃度差異引起的油相和氣相組分的擴(kuò)散被忽略；6）存在擬泡點(diǎn)壓力。該模型包括物質(zhì)平衡方程、達(dá)西定律表達(dá)式、約束條件流體性質(zhì)（FVP、混合物密度、混合物黏度、溶解氣油比）以及其他性質(zhì)（壓力衰竭速度、相對(duì)滲透率）。該模型可以很好地模擬泡沫油流動(dòng)特性及其產(chǎn)生的物理機(jī)理，泡沫油相態(tài)特征也被系統(tǒng)地模擬。

1.2.8非平衡模型

由于氣體在稠油中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)比在稀油中的擴(kuò)散速度要小，氣-液相間的平衡速度遠(yuǎn)低于引起非平衡的速度（外界壓力的下降是引起非平衡的原因），稠油中的非平衡現(xiàn)象要比稀油中的明顯得多［29］。Geilikman等［49］認(rèn)為，液體中的泡沫狀態(tài)不是一種熱動(dòng)態(tài)平衡，它是低于泡點(diǎn)壓力的亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中的分散氣泡具有較大的表面積，氣泡融合可以降低系統(tǒng)的總能量。因此，可以將泡沫狀態(tài)看成是原始均質(zhì)相的動(dòng)力演化結(jié)果，其特征的確定應(yīng)該采用動(dòng)力學(xué)方法，而不是熱動(dòng)態(tài)平衡方法［19，49］。

Wong等提出，利用黑油模型對(duì)壓力數(shù)據(jù)的分析可以很好地模擬泡點(diǎn)壓力之上的壓力響應(yīng)，但是利用分析得出的油的流度和壓縮系數(shù)卻不能很好地解釋泡點(diǎn)壓力之下的壓力響應(yīng)。由此提出，在稠油溶解氣驅(qū)過(guò)程低于泡點(diǎn)壓力后存在非熱力學(xué)平衡現(xiàn)象，溶解氣變?yōu)樽杂蓺獾倪^(guò)程具有時(shí)間依賴(lài)性，即隨著壓力降低，油藏流體的膨脹不僅依賴(lài)于壓力，而且也依賴(lài)于時(shí)間，因而提出了依賴(lài)于時(shí)間和壓力的擴(kuò)散方程［50］。Firoozabadi等［51］認(rèn)為：要形成新的氣相，液體必須達(dá)到過(guò)飽和，過(guò)飽和是氣-油系統(tǒng)中新氣泡演化的驅(qū)動(dòng)力；過(guò)飽和程度越高，形成的氣泡就越多，采收率就越高，過(guò)飽和依賴(lài)于壓力衰竭速率。基于Ostwald的“階段定律”，過(guò)飽和狀態(tài)并不會(huì)自發(fā)地直接轉(zhuǎn)換為可能的最穩(wěn)定狀態(tài)，而是轉(zhuǎn)化為過(guò)飽和態(tài)的亞穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)壓力降到泡點(diǎn)壓力之下時(shí)，含有溶解氣體分子的原始均質(zhì)流體則處于過(guò)飽和狀態(tài)，從而形成新相（氣相）。這個(gè)過(guò)程可以分為3個(gè)動(dòng)力學(xué)階段，即氣泡成核、已成核氣泡的生長(zhǎng)、氣泡的融合及連續(xù)氣相的生成，泡沫油狀態(tài)是前2個(gè)動(dòng)力學(xué)階段的演化結(jié)果［15，21］。一般認(rèn)為，在孔隙介質(zhì)的多相流動(dòng)中，如果含氣飽和度達(dá)到12%～15%，則形成連續(xù)氣相，但這只適用于平衡狀態(tài)而不適用于泡沫油狀態(tài)［15］。泡沫油狀態(tài)可以具有很高的含氣飽和度，而不形成連續(xù)氣相。當(dāng)過(guò)飽和程度較小時(shí)，氣泡的成核可以忽略；當(dāng)過(guò)飽和程度達(dá)到一定值時(shí)，氣泡大量成核，出現(xiàn)大量氣泡，從而導(dǎo)致流體母質(zhì)中溶解的氣體分子數(shù)量降低，使得氣體的過(guò)飽和度降低；隨著氣泡核的生長(zhǎng)和融合，泡沫狀態(tài)則進(jìn)一步演化［19，49］。

趙瑞東等［29，35，53］以油相中形成的微小氣泡核為對(duì)象，研究了壓降過(guò)程氣體在稀油和稠油中不同的擴(kuò)散規(guī)律以及油氣兩相的非平衡現(xiàn)象，提出了氣泡形成的新模型。新模型包括3個(gè)部分，即由動(dòng)量方程得到的水動(dòng)力方程、由菲克定律推導(dǎo)出氣體在油相中的擴(kuò)散方程以及質(zhì)量守恒方程［29，35］。這3個(gè)方程構(gòu)成了氣泡在油相中生長(zhǎng)以及油相中氣體濃度的數(shù)學(xué)模型，求解可以得到氣泡半徑變化以及氣體在油相中濃度變化的規(guī)律，進(jìn)而可以研究稠油中油氣兩相的非平衡現(xiàn)象［29］。

為了更準(zhǔn)確地描述稠油油藏泡沫油的滲流特征，張艷玉等［52］在考慮壓力對(duì)過(guò)飽和度影響、時(shí)間對(duì)非平衡參數(shù)影響以及氣相變化對(duì)泡沫油參數(shù)影響的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入氣相相態(tài)變化率來(lái)表征壓力衰竭開(kāi)采過(guò)程中的非平衡特性。該模型假設(shè)如下：滲流過(guò)程中，泡沫油以油相、溶解氣相和分散氣相3種形式存在，分散氣分散在油相中一起運(yùn)移；當(dāng)油藏壓力低于泡點(diǎn)壓力時(shí)，溶解氣逸出，逸出的溶解氣以微氣泡的形式分散在油相中，隨著壓力的降低（或時(shí)間的延長(zhǎng)），小氣泡生長(zhǎng)、合并形成自由氣；氣相（自由氣）和含有分散氣泡的油相（泡沫油）在滲流過(guò)程中滿足達(dá)西定律；由于氣泡尺寸微小，忽略毛細(xì)管壓力的影響。

1.2.9均相流模型

基于分散氣以分散氣泡的形式存在于油相中隨油相一起流動(dòng)的假設(shè)，Kamp等［54］將泡沫油流看作擬單相進(jìn)行研究，由此提出了均相流模型（又稱(chēng)有效相黏度模型）。Kamp等認(rèn)為，在泡沫油中含有大量分散氣泡的情況下，氣相滲流不再遵守達(dá)西定律，氣相流速與氣相黏度并不成反比，因此應(yīng)采用有效相黏度來(lái)代替油氣兩相相對(duì)滲透率。假設(shè)系統(tǒng)遵循動(dòng)態(tài)平衡，過(guò)飽和壓力隨時(shí)間的增加而下降，其下降的速度與過(guò)飽和的總數(shù)成正比，與時(shí)間常數(shù)成反比，通過(guò)強(qiáng)制改變壓力，使氣體的飽和度恢復(fù)到平衡狀態(tài)［30，53-54］。李劍等［30］提出的模型中也采用了類(lèi)似的假設(shè)，將連續(xù)的油相和分散的氣相簡(jiǎn)化為混合物進(jìn)行研究，把泡沫油的流度看成是油相流度和氣相流度的組合，并且認(rèn)為泡沫油流中油相的流速和氣泡的運(yùn)動(dòng)速度相等［40］。均相流模型最大的缺陷在于沒(méi)有考慮臨界氣相飽和度以及氣相飽和度較大時(shí)氣相自身的滲流過(guò)程，因此在計(jì)算時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差［53］。

1.2.10孔隙網(wǎng)絡(luò)模型

在油藏條件下，流體流動(dòng)的雷諾數(shù)很小（井筒附近除外），因此慣性效應(yīng)可以忽略不計(jì)，納維·斯托克斯公式是線性的［55-56］。但是，地層條件下流體的流動(dòng)依然是復(fù)雜的。因?yàn)榱黧w-流體和流體-孔隙介質(zhì)之間存在相互作用，而且物質(zhì)邊界是不固定的，一種流體的流動(dòng)會(huì)夾帶另一種流體，如泡沫油中微小氣泡以分散氣泡的形式夾帶在油相中一起運(yùn)移［55-56］?？紫毒W(wǎng)絡(luò)模型就是一種研究該種形式復(fù)雜系統(tǒng)流動(dòng)的很好的工具。該模型采用標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)分析的方法來(lái)求解孔隙網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)問(wèn)題，即通過(guò)電流類(lèi)比流量、電壓類(lèi)比壓降、電導(dǎo)率類(lèi)比水力傳導(dǎo)率、電壓源類(lèi)比毛細(xì)管壓力，從而以電路來(lái)模擬孔隙介質(zhì)中流體的滲流［55-56］。

Javadpour等［55］利用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算出巖石孔面比與泡沫油存在的時(shí)間（即泡沫油穩(wěn)定性）呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，但是解析模型未能反映多孔介質(zhì)中微氣泡的不斷生長(zhǎng)、合并和破裂等非穩(wěn)態(tài)過(guò)程［42，55］。

1.3流-固耦合模型

出砂冷采過(guò)程中，泡沫油的形成和出砂基本上是同時(shí)的。孫建平［19］在研究中從氣體動(dòng)力學(xué)和熱平衡動(dòng)力學(xué)出發(fā)，研究了泡沫油滲流機(jī)理，建立了泡沫油滲流的平衡模型和動(dòng)態(tài)模型。孫建平將泡沫油簡(jiǎn)化為單相流體（假設(shè)泡沫油的含氣量不影響泡沫油的相對(duì)滲透率），同時(shí)考慮了孔隙介質(zhì)的變形、破裂和出砂，從流-固耦合的角度對(duì)油層中泡沫油的攜砂流動(dòng)作用進(jìn)行了探討。孫建平認(rèn)為：當(dāng)油藏壓力下降到某一臨界值時(shí)，巖石骨架發(fā)生彈性屈服；當(dāng)油藏壓力繼續(xù)下降，巖石骨架則開(kāi)始塑性膨脹和塑性剪切，從而發(fā)生破裂；如果油藏壓力下降到泡點(diǎn)壓力之下，則原油處于過(guò)飽和狀態(tài)，這時(shí)會(huì)發(fā)生氣泡的成核、生長(zhǎng)，從而形成泡沫油；氣泡的形成不但提供了驅(qū)油動(dòng)力，同時(shí)延緩了油藏壓力的下降速度，加速了巖石骨架的破壞。此外，在稠油油藏出砂冷采過(guò)程中，出砂對(duì)于泡沫油的穩(wěn)定具有積極作用。這一過(guò)程產(chǎn)生的大量自由砂會(huì)隨泡沫油一起在蚯蚓洞中流動(dòng)，小氣泡遇到砂粒后有可能吸附在砂粒表面，隨著砂粒一起運(yùn)移，而大氣泡可能被砂粒的棱角刺破，大氣泡空化而變成小氣泡，小氣泡在適當(dāng)條件又會(huì)發(fā)生合并變成大氣泡，大氣泡又破裂變?yōu)樾馀荨?，如此反?fù)，處于一種動(dòng)態(tài)過(guò)程；空化作用對(duì)砂粒產(chǎn)生一定的沖擊力，也會(huì)對(duì)巖石骨架產(chǎn)生交變應(yīng)力作用，使其發(fā)生疲勞破壞，從而激勵(lì)出砂。

2　討論

從1986年至今，許多學(xué)者致力于研究稠油溶解氣驅(qū)過(guò)程中的泡沫油流動(dòng)現(xiàn)象，并且提出了若干的概念模型來(lái)解釋稠油開(kāi)采中的反常高產(chǎn)現(xiàn)象。目前的泡沫油模型可以分為兩大類(lèi)：1）考慮地質(zhì)力學(xué)作用的。如砂粒膨脹和蚯蚓洞形成、出砂增大泄油半徑和滲透率、消除表皮效應(yīng)等，這主要是流-固耦合方面的作用。2）考慮流體特殊性質(zhì)作用的。如混合物的密度、黏度，泡點(diǎn)壓力，泡沫油壓縮系數(shù)等，這主要涉及流體性質(zhì)和氣相相變的因素。

在加拿大的一些稠油油藏生產(chǎn)中，在產(chǎn)出泡沫油的同時(shí)伴隨有出砂現(xiàn)象，這表明地質(zhì)力學(xué)作用和流體特殊性質(zhì)2種因素并沒(méi)有相互排斥，甚至存在兩者的耦合作用，因此，在以后的研究中，可以同時(shí)考慮2種因素作用對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行改進(jìn)。

泡沫油的形成機(jī)理依然存在爭(zhēng)論，如對(duì)于泡沫油的黏度目前尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，泡沫油形成過(guò)程的影響因素之間是否存在耦合等。要解決這些問(wèn)題，未來(lái)應(yīng)在泡沫油溶解氣驅(qū)微觀可視化模型和非常規(guī)PVT測(cè)試的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究其形成機(jī)理。

目前深層稠油油藏進(jìn)行注氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中也觀察到了泡沫油現(xiàn)象，因此，對(duì)泡沫油形成過(guò)程的非平衡相態(tài)問(wèn)題進(jìn)行模擬和描述，對(duì)于稠油油藏注氣開(kāi)采提高采收率具有重要意義。

［1］WANG J，YUAN Y，ZHANG L，et al.The influence of viscosity on stability of foamy oil in the process of heavy oil solution gas drive［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering，2009，66（1）：69-74.

［2］張志東，趙健.魯克沁深層稠油油藏天然氣吞吐開(kāi)發(fā)機(jī)理［J］.新疆石油地質(zhì)，2009，30（6）：742-744.

［3］MAINI B B.Foamy oil flow in primary production of heavy oil under solution gas drive［R］.SPE 56541，1999.

［4］MAINI B B.Foamy-oil flow［J］.Journal of Petroleum Technology，2001，53（10）：54-64.

［5］MAINI B B，SARMA H K，GEORGE A E.Significance of foamy-oil behaviour in primary production of heavy oils［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1993，32（9）：50-54.

［6］POOLADI-DARVISH M，F(xiàn)IROOZABADI A.Solution-gas drive in heavy oil reservoirs［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1999，38（4）：54-61.

［7］BAUGET F，LENORMAND R.Mechanisms of bubble formation by pressure decline in porous media：a critical review［R］.SPE 77457， 2002.

［8］SMITH G E.Fluid flow and sand production in heavy-oil reservoirs under solution-gas drive［J］.SPE Production Engineering，1988，3 （2）：169-180.

［9］DUSSEAULT M.Cold production and enhanced oil recovery［J］. Journal of Canadian Petroleum Technology，1993，32（9）：16-18.

［10］TREINEN R J，RING W W，SPENCE A P，et al.Hamaca：solution gas drive recovery in a heavy oil reservoir，experimental results［R］.SPE 39031，1997.

［11］VARDOULAKIS I，STAVROPOULOU M，PAPANASTASIOU P. Hydro-mechanical aspects of the sand production problem［J］. Transport in Porous Media，1996，22（2）：225-244.

［12］WAN R G，WANG J.Analysis of sand production in unconsolidated oil sand using a coupled erosional-stress-deformation model［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2004，43（2）：47-53.

［13］WAN R G，WANG J.Modelling sand production within a continuum mechanics framework［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2002，41（4）：46-52.

［14］WAN R G，LIU Y，WANG J.Prediction of volumetric sand production using a coupled geomechanics-hydrodynamic erosion model［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2006，45（4）：34-41.

［15］ALSHMAKHY A B.Foamy oil behaviour and heavy oil recovery：an experimental approach［D］.Calgary：University of Calgary，2011.

［16］TANT，SLEVINSKYR，JONASSONH.Anewmethodologyformodelling of sand wormholes in field scale thermal simulation［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2005，44（4）：16-21.

［17］LIU Y，WAN R G，JIAN Z.Effects of foamy oil and geomechanics on cold production［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2008，47（4）：1-7.

［18］YUAN J Y，TREMBLAY B，BABCHIN A.A wormhole network model of cold production in heavy oil［R］.SPE 54097，1999.

［19］孫建平.疏松砂巖稠油油藏出砂冷采機(jī)理研究［D］.成都：西南石油大學(xué)，2005.

［20］ISLAM M R，CHAKMA A.Mechanics of bubble flow in heavy oil reservoirs［R］.SPE 20070，1990.

［21］ALBARTAMANI N S.Experimental studies on“foamy oil”phenomena ［D］.Edmonton：University of Alberta，2000.

［22］LEBEL J P.Performance implications of various reservoir access geometries［C］//The 11th Annual Heavy Oil and Oil Sands Technical Symposium，Calgary，AB，Canada，March 2，1994.

［23］CLARIDGE E L，PRATS M.A proposed model and mechanism for anomalous foamy heavy oil behavior［R］.SPE 29243，1995.

［24］HAMMAMI A，AND C H P，MONGERMCCLURE T，et al.Asphaltene precipitation from live oils：an experimental investigation of onset conditions and reversibility［J］.Cheminform，2000，31（37）：403-446.

［25］BORA R.Cold production of heavy oil：an experimental investigation of foamy oil flow in porous media［D］.Calgary：University of Calgary，1998.

［26］鹿騰，李兆敏，李松巖，等.泡沫油流變特性及其影響因素實(shí)驗(yàn)［J］.石油學(xué)報(bào)，2013，34（5）：1004-1009.

［27］鹿騰，李兆敏，李松巖，等.稠油溶解氣驅(qū)滲流特征物理模擬和數(shù)值模擬［J］.石油學(xué)報(bào)，2014，35（2）：332-339.

［28］SHEN C，BATYCKY J P.Observation of mobility enhancement of heavy oils flowing through sand pack under solution gas drive［J］. Journal of Canadian Petroleum Technology，1999，38（4）：46-53.

［29］趙瑞東，吳曉東，陶珍，等.考慮非平衡現(xiàn)象的稠油井井筒壓力溫度計(jì)算模型［J］.特種油氣藏，2011，18（4）：121-123.

［30］李劍，張訓(xùn)華.泡沫油流滲流規(guī)律數(shù)學(xué)模型及其數(shù)值解［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，28（增刊1）：139-141.

［31］SHENG J J，HAYES R E，MAINI B B，et al.A dynamic model to simulate foamy oil flow in porous media［R］.SPE 36750，1996.

［32］MAINI B.Foamy oil flow in heavy oil production［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1996，35（6）：21-24.

［33］張軍濤，吳曉東，李波，等.稠油冷采泡沫油溶解氣驅(qū)油藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（3）：81-83.

［34］SHENG J J，MAINI B B，HAYES R E，et al.A non-equilibrium model to calculate foamy oil properties［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1999，38（4）：38-45.

［35］趙瑞東，吳曉東，王瑞河，等.稠油冷采泡沫油中氣泡成核生長(zhǎng)機(jī)理研究［J］.特種油氣藏，2011，18（3）：78-80.

［36］孫曉飛，張艷玉，張賢松，等.泡沫油注氣吞吐參數(shù)影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)分析［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，36（11）：115-119.

［37］JOSEPH D D，KAMP A M，BAI R.Modeling foamy oil flow in porous media［J］.International Journal of Multiphase Flow，2002，28（10）：1659-1686.

［38］JOSEPH D D，KAMP A M，KO T，et al.Modeling foamy-oil flow in porous mediaⅡ：nonlinear relaxation time model of nucleation［J］. International Journal of Multiphase Flow，2003，29（9）：1489-1502.

［39］JING T，XIAO L，ZHAO J.Field study of enhancing oil recovery by gas recycling injection in ultra deep heavy oil reservoirs［R］.SPE 115877，2008.

［40］LI J H，TANG R，XU J，et al.Foamy-oil flow characteristic considering relaxation effects in porous media［J］.Applied Mechanics&Materials，2013，318：486-490.

［41］KRAUS W，MCCAFFREY W，BOYD G.Pseudo-bubble point model for foamy oil［C］//The 44th Annual Technical Conference，Calgary，AB，Canada，May 9-12，1993.DOI：10.2118/93-45.

［42］吳永彬，李曉玲，趙欣，等.泡沫油穩(wěn)定性主控因素實(shí)驗(yàn)研究［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26（1）：184-190.

［43］王伯軍，吳永彬，蔣有偉，等.泡沫油PVT性質(zhì)實(shí)驗(yàn)［J］.石油學(xué)報(bào)，2012，33（1）：96-100.

［44］劉尚奇，孫希梅，李松林.委內(nèi)瑞拉MPE-3區(qū)塊超重油冷采過(guò)程中泡沫油開(kāi)采機(jī)理［J］.特種油氣藏，2011，18（4）：102-104.

［45］孫曉飛，張艷玉，崔國(guó)亮，等.泡沫油油藏冷采后期注氣吞吐開(kāi)采實(shí)驗(yàn)［J］.石油學(xué)報(bào)，2013，34（6）：1143-1149.

［46］鮑榮，陳琦，劉新球，等.泡沫油模型綜述［J］.天然氣與石油，2012，30（5）：52-56.

［47］MASTMANN M，MOUSTAKIS M L，BENNION D B.Predictingfoamy oil recovery［R］.SPE 68860，2001.

［48］CHEN Z J，SUN J，WANG R，et al.A pseudobubblepoint model and its simulation for foamy oil in porous media［J］.SPE Journal，2015，20 （2）：239-247.

［49］GEILIKMAN M B，DUSSEAULT M B，DULLIEN F A L.Dynamic effects of foamy fluid flow in sand production instability［R］.SPE 30251，1995.

［50］WONG R C K，GUO F，WEAVER J S，et al.Heavy oil flow under solution-gas drive：non-thermodynamic equilibrium［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1999，38（4）：31-37.

［51］FIROOZABADI A.Mechanisms of solution gas drive in heavy oil reservoirs［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2001，40 （3）：15-20.

［52］張艷玉，崔國(guó)亮，孫曉飛，等.考慮氣相動(dòng)態(tài)變化的泡沫油數(shù)值模擬研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2014，21（4）：67-70.

［53］趙瑞東，吳曉東，熊春明，等.泡沫油國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展［J］.特種油氣藏，2012，19（1）：17-22.

［54］KAMP A M，HENY C，ANDARCIA L，et al.Experimental investigation of foamy oil solution gas drive［R］.SPE 69725，2001.

［55］JAVADPOUR F，MAINI B，JEJE A.Bubble break-up in foamy oil flow ［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2004，43（4）：23-30.

［56］崔國(guó)亮.稠油冷采中泡沫油數(shù)值模擬研究［D］.青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2013.

（編輯李宗華）

A review of foamy oil model

XIONG Yu，WANG Chong
（School of Oil and Natural Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

In order to describe the special phenomenon that gas bubbles remain dispersed in the oil，the concept foamy oil is introduced.It is the foamy oil that seems the possible cause for the anomalous higher production and unexpected recovery of some heavy oil reservoirs in Canada and Venezuela.Several conceptual models for the anomalous production behavior have been suggested and examined.Based on detailed investigation of foamy oil models，the features of foamy oil models are summarized in this study.There is foamy oil phenomenon with sand production in the production of some canadian heavy-oil reservoirs，which indicates that there are coupling effects between geodynamics effects and special fluid properties of foamy oil.The mechanism of foamy oil is still controversial and there are many efforts which should be made to solve this problem based on microscopic visualization model and unconventional PVT tests.It can be expected that further investigation of foamy oil model will be of great significance to the insite production，the optimization of production process and the numerical reservoir simulation.

foamy oil；fluid-solid interaction；non-equilibrium phase behavior

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)專(zhuān)題“海上疏松砂巖稠油油藏不同壓力下儲(chǔ)層物性變化機(jī)理及對(duì)產(chǎn)能影響研究”（2011ZX05024-002-005）

TE345

A

10.6056/dkyqt201604015

2015-10-26；改回日期：2016-05-05。

熊鈺，男，1968年生，教授，博士，1995年本科畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，2013年博士畢業(yè)于該校油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事油氣藏工程、油氣藏流體相態(tài)理論與測(cè)試及注氣提高采收率方面的教學(xué)與研究工作。E-mail：xiongyu_swpi@126.com。

引用格式：熊鈺，王沖.泡沫油模型研究現(xiàn)狀［J］.斷塊油氣田，2016，23（4）：476-483.

XIONG Yu，WANG Chong.A review of foamy oil model［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：476-483.