泡沫流体的研究对于油田高效开发具有重要意义,泡沫流体的独特性质带来优势的同时也导致了研究的复杂性,目前,对于泡沫在地层中的有效性及作用范围、泡沫在多孔介质中的运移机理、泡沫渗流规律等研究还不够全面。现场应用中泡沫不能成功应用时通常根据经验进行调整,无法给出合理的解释及解决方案,欠缺对泡沫在地层作用规律的根本性认识。鉴于此,本文首先引入了分形理论和水平集方法,定量描述泡沫结构,追踪泡沫界面变化。在此基础上开展了与泡沫运移相关的两个方面研究。一是基于分形理论的泡沫动力学宏观运移特征研究。首先通过Foamscan或微观可视化装置采集泡沫图像;其次,对大量图像进行处理;最后,对处理后的图像进行编程计算,得到分形维数等参数。主要针对泡沫整体规律研究了泡沫析液运移中的结构演变和多孔介质中泡沫的动态特征。二是基于水平集的泡沫微观动力学运移机制研究。主要利用水平集方法研究少量泡沫的运移变形规律,首先对简单孔喉泡沫的运移过程进行了模拟,重点分析了贾敏效应、卡断机理、聚并机理和选择性运移机理;其次,开展了变径孔道、双锥孔、复杂组合孔道的泡沫运移模拟,并通过可视化实验验证了模拟结果的有效性;最后将模拟方法推广到复杂的多孔介质中进行了模拟。同时,泡沫渗流规律方面主要开展了自生热泡沫体系相关实验,研究了泡沫的渗流规律,重点分析了泡沫的调温机理;并通过井筒与地层耦合提出了泡沫渗流数学模型,进行了算例分析。研究结果表明,泡沫运移整体结构上具有分形特征,泡沫分形维数在1到2之间;构建的泡沫结构演变模型反应了泡沫在重力作用下排液过程呈现的一类指数变化规律,温度、起泡剂浓度等参数导致趋势发生变化,但不影响模型适用性;泡沫在多孔介质动态运移中,分形维数独立于时间变化,只与起泡剂自身性质和环境条件相关,温度、起泡剂浓度、孔喉结构等对因素均不改变泡沫分形维数随时间的恒定变化趋势,但影响泡沫分形维数数值的大小,分形维数越小,气泡大小越均匀。少量泡沫的动态运移主要受泡沫变形机制的影响,泡沫在通过孔喉时所受压力与泡沫变形程度有关,而表面张力与压力成正比例,孔喉半径倒数与压力线性相关;卡断分为大泡破灭、小泡聚并两个阶段;聚并过程泡沫体积震荡降低;泡沫具有优先通过大孔道的微观运移特征。泡沫渗流规律主要体现在封堵、调剖方面,同时泡沫还具有调节温度分布的特性。