CN113368759B - 一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置及其应用。所述油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置包括气凝胶颗粒储集及输送模块、气固混合模块、泡沫生成模块以及泡沫集输与分流模块。其中，气固混合模块和泡沫生成模块可以充分地将气凝胶颗粒分散在泡沫中，生成均匀稳定的气凝胶颗粒强化泡沫，提高泡沫对气凝胶颗粒的裹携能力；环形离心管和分离器能有效制备高质量泡沫，降低耗水量，既能有利于减少水资源的消耗，又可以减轻对水敏性储层的渗透率伤害，还可以降低采出液油水分离的难度；离心出的过量泡沫液可以收集再利用，提高利用率；本发明气凝胶颗粒强化泡沫发生装置可用于特高含水期油藏泡沫调驱剂的制备。

Description

一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置及其应用，属于页岩油气、煤层气、致密砂砾岩油气等非常规油气藏压裂装备，以及调剖驱油技术领域。

背景技术

水基泡沫是一种典型的气液两相流体，在油气开发的全过程中均有应用，如泡沫钻井、泡沫压裂、泡沫调剖驱油、泡沫酸化、泡沫冲砂、泡沫诱喷等等。泡沫具有堵大不堵小、堵水不堵油的特点，流度控制能力强，且含液量低，对地层伤害小，是一种具有选择性的清洁流体。然而，泡沫具有天然的不稳定性，存在析液、歧化、聚并和破裂等不稳定现象，泡沫破灭后表观粘度大幅度降低，流动特性发生剧变，流度控制能力和选择性封堵能力丧失，流动行为无法得到有效的控制。

针对油水相在储层中的选择性封堵，疏水亲油型气凝胶颗粒表现出良好的潜力。气凝胶颗粒作为一种新型固体颗粒材料备受关注，具有疏松多孔、比表面积大、密度低、堵水不堵油的特点，是一种具有油水选择性的智能材料。然而，疏水亲油型气凝胶颗粒难以被水相分散并携带进储层，而采用油相分散携带的方式则成本较高。由气液两相组成的泡沫流体兼备亲水亲油相，是一种携带疏水亲油型气凝胶颗粒的优良介质，同时气凝胶颗粒也可以对压裂和调驱用泡沫起到强化作用。在泡沫压裂作业中，泡沫裹携气凝胶颗粒进入裂缝后能够控制压裂液向地层中的渗滤，提高压裂液作业效率并减少压裂液对基质的伤害，且气凝胶颗粒疏水亲油特性不影响后期水力裂缝的导流能力。此外，对于特高含水油藏的泡沫调驱作业，泡沫携带气凝胶颗粒进入储层封堵水窜通道，疏水亲油型气凝胶颗粒可强化油水选择性封堵，提升泡沫流度控制能力，改善调驱效果，即便泡沫破灭后气凝胶颗粒仍可以继续维持堵水不堵油的性能。

泡沫流体的高效生成是保障其顺利实施作业的一个关键。然而，目前尚没有专门针对气凝胶颗粒强化泡沫发生装置的专利及研究报道。传统泡沫发生装置多只考虑气、液两相的充分混合，而如何将低密度、疏水亲油的气凝胶颗粒均匀分散在泡沫中则是需要克服的新问题。与传统泡沫生成方式不同，制备气凝胶颗粒强化泡沫首先需要将气凝胶颗粒持续稳定地输入发生装置；其次，针对气凝胶颗粒、气体、起泡液特殊的三相组成，提供高剪切混合能是生成均匀稳定强化泡沫的必要条件；除此之外，如何调控泡沫对疏水亲油气凝胶固相颗粒的携带能力也是面临的一个难题。这些技术难点对泡沫发生装置提出了更高的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置，该装置生成的气凝胶颗粒强化泡沫可以控制压裂液向低渗储层的渗滤，降低压裂液对储层基质的伤害；

此外，本发明装置生成的气凝胶颗粒强化泡沫还可以被携带进高渗储层，封堵特高含水期油藏的水窜通道，控制驱替液流度，提高调驱效果，进而提高原油采收率。

本发明所提供的油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置，包括气凝胶颗粒储集及输送模块、气固混合模块、泡沫生成模块以及泡沫集输与分流模块；

所述气凝胶颗粒储集及输送模块包括连接的气凝胶颗粒储料罐、螺杆进料管和垂直进料管，所述螺杆进料管与所述气凝胶颗粒储料罐的底部连接，所述螺杆进料管的出料端与所述垂直进料管垂直连接；所述垂直进料管与所述气固混合模块连接，从而将气凝胶颗粒从所述气凝胶颗粒储料罐内输送至所述气固混合模块；

所述气固混合模块包括第二CO₂进气管、气固混合管和U型管；

所述气固混合管通过其上设置的气凝胶颗粒注入口与所述垂直进料管连通；所述气固混合管内设有散气管，所述散气管管壁上设有若干散气口；所述气固混合管的一端连接所述第二CO₂进气管，另一端经所述U型管与所述泡沫生成模块连接；

所述泡沫生成模块包括由下至上依次布置的气液回流区、三相混合区和泡沫搅拌生成罐；

所述气液回流区顶部通过垂直进气管与所述三相混合区连通，底部通过气液回流管束与三相混合区侧部连通，所述三相混合区的侧壁上设有进液管；所述三相混合区的内部设有总扇叶搅拌器，其顶部与所述泡沫搅拌生成罐连通；

所述泡沫搅拌生成罐内设有若干组变径文丘里管，所述变径文丘里管为交替布置的粗径管和细径管，所述粗径管和细径管内均设有与之匹配的粗径管扇叶搅拌器和细径管扇叶搅拌器；

所述泡沫搅拌生成罐的上部侧壁上设有引流管，所述引流管与所述泡沫集输与分流模块连接；

所述泡沫集输与分流模块包括离心管、分离器、泡沫液收集管和泡沫流出管；

所述离心管的入口与所述引流管连接，所述离心管的出口与所述分离器连接，所述分离器的出口分别与泡沫流出口和泡沫液收集管连接；所述泡沫流出管的入口与所述引流管连接，所述泡沫流出管的出口与泡沫流出口连接。

上述的强化泡沫发生装置中，所述气凝胶颗粒储料罐的侧壁上连接第一CO₂进气管，所述第一CO₂进气管还与所述气凝胶颗粒储料罐顶部上设置的气凝胶颗粒入口连通；即所述气凝胶颗粒储料罐的顶部入口不仅作为气凝胶颗粒入口，还可作为进气增压口；

所述气凝胶颗粒储料罐通过支架支撑，所述支架的两端分别连接支撑座和支撑盘，所述支撑盘套设于所述气凝胶颗粒储料罐的外周壁上，用于固定支撑所述气凝胶颗粒储料罐，保证安全性。

上述的强化泡沫发生装置中，所述螺杆进料管的顶部与所述气凝胶颗粒储料罐的底部连接，内部设有螺杆，所述螺杆通过螺杆电机驱动；

所述螺杆进料管末端与所述垂直进料管相连。

上述的强化泡沫发生装置中，所述垂直进气管的底部与所述气液回流区的顶面相平，保证气固混合物充分进入所述三相混合区；所述垂直进气管的顶部略高于所述三相混合区的底面，防止气固混合物沿所述三相混合区侧壁向上流动，充分发挥所述总扇叶搅拌器对三相混合物的切割作用；

所述气液回流区底部与所述气液回流管束连接，所述气液回流管束与所述三相混合区侧壁连通，以保证部分经所述垂直进气管流下的液体能顺利返流回所述三相混合区；

所述三相混合区的侧壁上布置一个所述进液管；

所述三相混合区的顶部与扇叶转轴通过密封轴承相互连接。

上述的强化泡沫发生装置中，所述总扇叶搅拌器、所述粗径管扇叶搅拌器和所述细径管扇叶搅拌器上的扇叶结构均为上下两层的菱形扇叶，共6～8片；

总扇叶搅拌器的作用是初步将气凝胶颗粒、气体和起泡液分散混合；

所述变径文丘里管内相邻的所述粗径管和所述细径管组成一个单元，每个所述单元之间通过泡沫搅拌生成罐环形法兰连接；

所述单元的组数根据实际情况进行调整；

所述泡沫生成罐环形法兰设置于所述粗径管和所述细径管的中部，以便于扇叶转轴和扇叶搅拌器的安装。

上述的强化泡沫发生装置中，所述泡沫搅拌生成罐的四个侧壁上均设有一个所述引流管，避免泡沫引流不完全；

所述引流管通过一导流管连通；

所述离心管为环形离心管，所述环形离心管的作用是快速获得高质量泡沫，高质量泡沫聚集在螺旋管内侧，泡沫液聚集在螺旋管外侧，根据需要制备高质量泡沫。

其中，泡沫质量定义为泡沫中气体体积占泡沫总体积的比值。

所述分离器的离心内侧出口连接所述泡沫流出口，离心外侧出口连接所述泡沫液收集管；经离心作用分离的过量泡沫液通过所述泡沫液收集管被收集；

所述泡沫流出管的作用是快速流出生成的无需进一步调节泡沫质量的泡沫。

上述的强化泡沫发生装置中，所述总扇叶搅拌器、所述粗径管扇叶搅拌器和所述细径管扇叶搅拌器均通过搅拌控制区控制，所述搅拌控制区设于所述泡沫搅拌生成罐的上部；

所述搅拌控制区内设有轴承嵌入密封隔板、陶瓷密封隔层和电机连接口；

扇叶转轴通过密封轴承固定在所述轴承嵌入密封隔板上，所述轴承嵌入密封隔板的作用是将搅拌控制区与气凝胶颗粒强化泡沫分隔开，防止泡沫进入搅拌控制区；每个所述扇叶转轴均设置联动齿轮；中心位置上的所述联动齿轮与周围的所述联动齿轮相啮合；中心位置上的所述扇叶转轴顶部装有下强磁转盘；所述电机连接口下部设置有上强磁转盘，电机驱动所述上强磁转盘转动，所述上强磁转盘通过磁力使所述下强磁转盘转动，所述下强磁转盘带动中心位置的所述扇叶转轴转动，中心位置的所述扇叶转轴通过联动齿轮带动其他的所述扇叶转轴转动；所述陶瓷密封隔层位于所述上强磁转盘与所述下强磁转盘之间，作用是防止轴承嵌入密封隔板失效后泡沫进入电机而造成的设备故障。

上述的强化泡沫发生装置中，所述散气口均匀布置，所述散气口的作用是均匀地将气体从管中散出，使气体与气凝胶颗粒充分混合，将气凝胶颗粒持续高效地携带进泡沫发生器，同时抑制气凝胶颗粒沉积在管内，造成气固混合管的堵塞；

所述散气口为圆形，直径为4mm～10mm；

所述气固混合管的内径为70mm～76mm，级数为3～6个，设置多级气固混合管目的是气凝胶颗粒通过多次与气体混合，提高气凝胶颗粒的携带率，有利于气凝胶颗粒强化泡沫的生成；出口经单流阀、U型管与泡沫生成模块相连通，防止起泡液倒流入气固混合管；

所述垂直进气管的内径为4mm～8mm，个数为30～40个，所述垂直进气管的作用是减小初始泡沫的尺寸，便于扇叶搅拌器切割产泡，同时增大进入三相混合区时的气压，减少起泡液倒流入气液回流区的量；

所述气液回流管束由6～12根管线组成，内径为4mm～8mm，作用是将倒流入所述气液回流区的起泡液重新流回三相混合区；

所述粗径管的内径为55mm～60mm，所述粗径管扇叶搅拌器的叶片长度为18mm～20mm，作用是为泡沫的生成提供足够的机械能，防止泡沫的破灭；

所述细径管的内径为35mm～40mm，所述细径管扇叶搅拌器的叶片长度为13mm～15mm，作用是为保证生成更加致密稳定的泡沫；

所述离心管的内径为40mm～50mm，螺距为50mm～60mm，螺旋横截面直径为200mm～250mm，共5～20圈；

所述泡沫流出管的内径为40mm～50mm。

本发明油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置能够应用于页岩油气、煤层气、致密砂砾岩油气等非常规油气藏压裂增产、油藏调剖驱油等领域。

采用本发明装置制备油田用气凝胶颗粒强化泡沫时，可按照下述步骤进行：

(1)试压

向所述油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置通入高压气体，保持1.5倍工况压力憋压30～40分钟，不刺不漏即为合格；

(2)泡沫生成

从所述储料罐顶部入口向所述气凝胶颗粒储料罐中加入气凝胶颗粒后，连接顶部CO₂进气管(顶部凝胶颗粒入口)；向所述第一CO₂进气管和第二CO₂进气管通入高压气体，将气凝胶颗粒从所述气凝胶颗粒储料罐通过所述气凝胶颗粒注入口送入所述气固混合管；在所述气固混合管内气体和气凝胶颗粒充分混合后通过所述气液回流区、所述垂直进气管后进入所述三相混合区；向所述进液管注入起泡液，通过所述总扇叶搅拌器进行气液固三相混合与初步搅拌，经过初步搅拌的气凝胶颗粒强化泡沫通过搅拌区入口进入所述泡沫搅拌生成罐的细径管和粗径管，初步搅拌的泡沫通过多个搅拌单元，在所述粗径管和所述细径管的交替紊流冲击和搅拌器的快速切割作用下快速生成大量携带有气凝胶颗粒的稳定泡沫；

(3)泡沫排出

生成的泡沫经过所述引流管进入所述泡沫流出管或所述离心管；泡沫经过泡沫流出管可直接流出；需生成高质量泡沫时，泡沫流经所述离心管，分离出过量泡沫液，通过所述泡沫液收集管进行收集，高质量的泡沫经所述泡沫流出口流出；

(4)卸压清洗

所述泡沫发生器通过泡沫流出口卸去压力，注入气体和清水，清理残留的气凝胶颗粒和起泡液。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明设计的气固混合模块和泡沫生成模块可以充分地将气凝胶颗粒分散在泡沫中，生成均匀稳定的气凝胶颗粒强化泡沫，提高泡沫对气凝胶颗粒的裹携能力。多级气固混合管的设计，有利于气凝胶颗粒和气体充分混合，抑制气凝胶颗粒的沉积，保证了气凝胶颗粒被持续高效地被带入泡沫发生器。气凝胶颗粒、气体和起泡液三相经过总扇叶搅拌器的剪切混合作用、粗径管和细径管的交替紊流冲击作用以及多级切割作用后充分混合，保证了所生成的气凝胶颗粒强化泡沫的均匀性和稳定性。

(2)本发明设计的环形离心管和分离器能有效制备高质量泡沫，降低耗水量，既能有利于减少水资源的消耗，又可以减轻对水敏性储层的渗透率伤害，还可以降低采出液油水分离的难度；离心出的过量泡沫液可以收集再利用，提高利用率。

(3)本发明提供的气凝胶颗粒强化泡沫发生装置可用于页岩油气、煤层气、致密砂砾岩油气等非常规油气藏泡沫压裂液的制备，气凝胶颗粒强化泡沫能够控制水相向储层内渗滤，降低对低渗储层的伤害，又能提高压裂液的作业效率；同时疏水亲油气凝胶颗粒不影响压裂后水力裂缝的导流能力，因此有利于储层后期排采。

(4)本发明提供的气凝胶颗粒强化泡沫发生装置可用于特高含水期油藏泡沫调驱剂的制备。气凝胶颗粒被泡沫携带进入高渗储层的水窜通道后，即便泡沫破裂，被释放出的气凝胶颗粒也具有油水选择性封堵能力，有利于改善储层的微观非均质性，控制流体的流度，提高特高含水期油藏的原油采收率。

附图说明

图1是本发明油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置的整体结构示意图；

图2是图1中气凝胶颗粒储料罐区剖面示意图；

图3是图1中气固混合模块的剖视图；

图4是图1中泡沫生成模块的剖视图；

图5是图1中搅拌控制区的剖视图。

图中各标记如下：

1.气凝胶颗粒储料罐，2.储料罐顶部入口，3.顶部CO₂进气管，4.底部CO₂进气管，5.第一CO₂进气管，6.阀门，7.支撑盘，8.支架，9.支撑座，10.环形法兰，11.螺杆进料管，12.螺杆，13.螺杆电机，14.垂直进料管，15.第二CO₂进气管，16.气凝胶颗粒注入口，17.气固混合管，18.散气管，19.单流阀，20.U型管，21.气液回流区，22.气液回流管束，23.垂直进气管，24.三相混合区，25.总扇叶搅拌器，26.进液管，27.进液口，28.密封轴承，29.泡沫搅拌生成罐，30.细径管，31.粗径管，32.扇叶转轴，33.搅拌区入口，34.细径管扇叶搅拌器，35.粗径管扇叶搅拌器，36.泡沫搅拌生成罐环形法兰，37.搅拌区出口，38.搅拌控制区，39.轴承嵌入密封隔板，40.联动齿轮，41.陶瓷密封隔层，42.电机连接口，43.上强磁转盘，44.下强磁转盘，45.引流管，46.三通接头，47.导流管，48.四通接头，49.环形离心管，50.分离器，51.泡沫流出管，52.泡沫液收集管，53.泡沫流出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明提供的油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置，其整体结构示意图如图1所示，该泡沫发生装置包括气凝胶颗粒储集及输送模块、气固混合模块、泡沫生成模块、泡沫集输与分流模块。

其中，气凝胶颗粒储集及输送模块主要包括气凝胶颗粒储料罐1、螺杆进料管11和垂直进料管14；气凝胶颗粒储料罐1的储料罐顶部入口2不仅作为气凝胶颗粒入口，还与顶部CO₂进气管3相连，作为进气增压口；气凝胶颗粒储料罐1下部设置有支撑座9、支架8、支撑盘7，以固定气凝胶颗粒储料罐1。

如图2所示，螺杆进料管11顶部与气凝胶颗粒储料罐1的底部连接，内部设有螺杆12，螺杆12通过螺杆电机13驱动；螺杆进料管11末端与垂直进料管14相连；垂直进料管14与气固混合模块相连。

其中，气固混合模块包括第二CO₂进气管15、气固混合管17和U型管20。

如图3所示，气固混合管17通过其上设置的气凝胶颗粒注入口16与垂直进料管14连通；气固混合管17内设有散气管18，散气管18管壁上设有若干散气口；气固混合管17一端连接第二CO₂进气管15，出口经单流阀19、U型管20与泡沫生成模块相连通；

其中，如图4所示，泡沫生成模块包括气液回流区21、气液回流管束22、进液管26、三相混合区24、泡沫搅拌生成罐29和搅拌控制区38。气液回流区21顶部经垂直进气管23与三相混合区24相连通，其中，垂直进气管23底部与气液回流区21顶面相平，垂直进气管23顶部略高于三相混合区24底面；气液回流区21底部与气液回流管束22相连，气液回流管束22与三相混合区24侧壁连通。三相混合区24侧面设置进液管26，进液管26经进液口27与外部供液源相连通，三相混合区24内部设有总扇叶搅拌器25，顶部与泡沫搅拌生成罐29相连通，总扇叶搅拌器25上的扇叶结构为上下两层的菱形扇叶，长度为75mm，共8片，三相混合区24的顶部与扇叶转轴32通过密封轴承28相互连接。三相混合区24顶部的密封轴承中间设有1个，周围环形均匀分布6个，与每个转轴对应连接；

如图4所示，泡沫搅拌生成罐29内设置有变径文丘里管、扇叶转轴。变径文丘里管内交替设置粗径管31和细径管30，粗径管31和细径管30内均设置与之匹配的粗径管扇叶搅拌器35和细径管扇叶搅拌器34，变径文丘里管内的粗径管31和细径管30组成一个单元，每个单元之间通过泡沫搅拌生成罐环形法兰36连接，单元的组数根据实际情况进行调整，泡沫搅拌生成罐环形法兰36设置于粗径管31和细径管30中部。

如图5所示，搅拌控制区38(搅拌区入口33、搅拌区出口37)设置在泡沫搅拌生成罐29的上部，搅拌控制区38内设置有轴承嵌入密封隔板39、陶瓷密封隔层41和电机连接口；扇叶转轴32通过密封轴承28固定在轴承嵌入密封隔板39上；每个扇叶转轴均设置联动齿轮40；中心位置上的联动齿轮与周围联动齿轮相啮合；中心位置的扇叶转轴顶部装有下强磁转盘44；电机连接口下部设置有上强磁转盘43；电机驱动上强磁转盘43转动，上强磁转盘43通过磁力使下强磁转盘44转动，下强磁转盘44带动中心位置的扇叶转轴32转动，中心位置的扇叶转轴通过联动齿轮40带动其他的扇叶转轴转动。

如图1所示，泡沫搅拌生成罐29上部侧壁上设置有引流管45，引流管45设置于泡沫搅拌生成罐29侧壁前后左右四个方向，经三通接头46与导流管47连接；泡沫搅拌生成罐29右方引流管经四通接头48和泡沫集输与分流模块连接。

其中，泡沫集输与分流模块主要包括环形离心管49、分离器50、泡沫液收集管52和泡沫流出管51。环形离心管49出口与分离器50相连接；分离器50的离心内侧出口连接至泡沫流出口53，离心外侧出口连接泡沫液收集管52；经离心作用分离的过量泡沫液通过泡沫液收集管52被收集，高质量泡沫排到泡沫流出口53。无需进一步调节泡沫质量的泡沫可以通过泡沫流出管51直接排出至泡沫流出口53。

本发明装置中，气固混合管17的内径76mm，气固混合管17的级数为3级；气固混合管17内的散气管18上设置的散气口为圆形，直径为8mm，散气口的作用均匀地将气体从管中散出，抑制气凝胶颗粒的聚集，防止气凝胶颗粒堵塞气固混合管17，有利于将气凝胶颗粒持续高效地带入泡沫发生器中。

本发明装置中，垂直进气管23的内径为6mm，个数为35个，垂直进气管23的作用是减小初始泡沫的尺寸，便于扇叶搅拌器切割产泡，同时增大进入三相混合区24时的气压，减少起泡液倒流入气液回流区21的量。气液回流管束22由7根管线组成，内径为4mm，作用是将倒流入所述气液回流区21的起泡液重新流回三相混合区24；

本发明装置中，粗径管31的内径为60mm，粗径管扇叶搅拌器35的叶片为两层，截面为菱形，叶片长度为20mm，叶片个数为8个，其作用是为泡沫的生成提供足够的机械能，防止泡沫的破灭；细径管30的内径为40mm，细径管扇叶搅拌器34的叶片为两层，截面为菱形，叶片长度为15mm，叶片个数为8个，其作用是为保证生成更加致密稳定的泡沫。

本发明装置中，环形离心管49的内径为50mm，螺距为60mm，螺旋横截面直径为250mm，共20圈。

本发明装置中，泡沫流出管51的内径为50mm。

采用本发明装置制备油田用气凝胶颗粒强化泡沫时，按照下述步骤进行：

(1)试压

将第一CO₂进气管5和第二CO₂进气管15连接在高压注气管线上，出口处阀门关闭，其他阀门均处于开启状态，通入高压气体，保持1.5倍工况压力憋压30～40分钟，不刺不漏即为合格；打开泡沫发生装置的泡沫流出口53，进行泄压；

(2)泡沫生成

从储料罐顶部入口2向气凝胶颗粒储料罐1中加入气凝胶颗粒后，连接顶部CO₂进气管3；

打开搅拌控制区38的外接电机和螺杆电机13；向第一CO₂进气管5和第二CO₂进气管15通入高压气体，将气凝胶颗粒从气凝胶颗粒储料罐1通过气凝胶颗粒注入口16送入气固混合管17，气体和气凝胶颗粒充分混合后通过气液回流区21、垂直进气管23后进入三相混合区24；向进液管26注入起泡液，通过总扇叶搅拌器25进行气液固三相混合与初步搅拌，经过初步搅拌的气凝胶颗粒强化泡沫通过搅拌区入口33进入泡沫搅拌生成罐的细径管30和粗径管31，初步搅拌的泡沫通过多个搅拌单元，在粗径管31和细径管30的交替紊流冲击和搅拌器的快速切割作用下快速生成大量含有气凝胶颗粒的稳定泡沫；

(3)泡沫排出

生成的泡沫经过四向引流管45完全进入泡沫流出管51或环形离心管49；泡沫经过泡沫流出管51可直接流出；需制备高质量泡沫时，泡沫流经环形离心管49，分离出的过量泡沫液通过泡沫液收集管52进行收集，高质量的泡沫经泡沫流出口53流出；

(4)卸压清洗

泡沫发生器通过泡沫流出口53卸去压力，注入气体和清水，清理残留的气凝胶颗粒和起泡液。

Claims (9)

1.一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置，包括气凝胶颗粒储集及输送模块、气固混合模块、泡沫生成模块以及泡沫集输与分流模块；

所述气凝胶颗粒储集及输送模块包括气凝胶颗粒储料罐、螺杆进料管和垂直进料管，所述螺杆进料管与所述气凝胶颗粒储料罐的底部连接，所述螺杆进料管的出料端与所述垂直进料管垂直连接；所述垂直进料管与所述气固混合模块连接；

所述气固混合模块包括第二CO₂进气管、气固混合管和U型管；所述气固混合管通过其上设置的气凝胶颗粒注入口与所述垂直进料管连通；所述气固混合管内设有散气管，所述散气管管壁上设有若干散气口；所述气固混合管的一端连接所述第二CO₂进气管，另一端经所述U型管与所述泡沫生成模块连接；

所述泡沫生成模块包括由下至上依次布置的气液回流区、三相混合区和泡沫搅拌生成罐；

所述气液回流区顶部通过垂直进气管与所述三相混合区连通，所述三相混合区的侧壁上设有进液管；所述三相混合区的内部设有总扇叶搅拌器，其顶部与所述泡沫搅拌生成罐连通；

所述泡沫搅拌生成罐内设有若干组变径文丘里管，所述变径文丘里管为交替布置的粗径管和细径管，所述粗径管和细径管内均设有与之匹配的粗径管扇叶搅拌器和细径管扇叶搅拌器；

所述泡沫搅拌生成罐的上部侧壁上设有引流管，所述引流管与所述泡沫集输与分流模块连接；

所述泡沫集输与分流模块包括离心管、分离器、泡沫液收集管和泡沫流出管；

所述离心管的入口与所述引流管连接，所述离心管的出口与所述分离器连接，所述分离器的出口分别与泡沫流出口和泡沫液收集管连接；

所述泡沫流出管的入口与所述引流管连接，所述泡沫流出管的出口与所述泡沫流出口连接。

2.根据权利要求1所述的强化泡沫发生装置，其特征在于：所述气凝胶颗粒储料罐的侧壁上连接第一CO₂进气管，所述第一CO₂进气管还与所述气凝胶颗粒储料罐顶部上设置的气凝胶颗粒入口连通；

所述气凝胶颗粒储料罐通过支架支撑，所述支架的两端分别连接支撑座和支撑盘，所述支撑盘套设于所述气凝胶颗粒储料罐的外周壁上。

3.根据权利要求2所述的强化泡沫发生装置，其特征在于：所述垂直进气管的底部与所述气液回流区的顶面相平，所述垂直进气管的顶部略高于所述三相混合区的底面；

所述三相混合区的侧壁上布置一个所述进液管；

所述三相混合区的顶部与扇叶转轴通过密封轴承相互连接；

所述气液回流区底部与气液回流管束连接，所述气液回流管束与所述三相混合区侧壁连通。

4.根据权利要求3所述的强化泡沫发生装置，其特征在于：所述总扇叶搅拌器、所述粗径管扇叶搅拌器和所述细径管扇叶搅拌器上的扇叶结构均为上下两层的菱形扇叶，共6~8片；

所述变径文丘里管内相邻的所述粗径管和所述细径管组成一个单元，每个所述单元之间通过泡沫搅拌生成罐环形法兰连接；

所述泡沫生成罐环形法兰设置于所述粗径管和所述细径管的中部。

5.根据权利要求4所述的强化泡沫发生装置，其特征在于：所述泡沫搅拌生成罐的四个侧壁上均设有一个所述引流管；

所述引流管通过一导流管连通；

所述离心管为环形离心管；

所述分离器的离心内侧出口连接所述泡沫流出口，离心外侧出口连接所述泡沫液收集管。

6.根据权利要求5所述的强化泡沫发生装置，其特征在于：所述总扇叶搅拌器、所述粗径管扇叶搅拌器和所述细径管扇叶搅拌器均通过搅拌控制区控制，所述搅拌控制区设于所述泡沫搅拌生成罐的顶部；

所述搅拌控制区内设有轴承嵌入密封隔板、陶瓷密封隔层和电机连接口；

扇叶转轴通过密封轴承固定在所述轴承嵌入密封隔板上；每个所述扇叶转轴均设置联动齿轮；中心位置上的所述联动齿轮与周围的所述联动齿轮相啮合；中心位置上的所述扇叶转轴顶部装有下强磁转盘；所述电机连接口下部设置有上强磁转盘；所述陶瓷密封隔层位于所述上强磁转盘与所述下强磁转盘之间。

7.根据权利要求6所述的强化泡沫发生装置，其特征在于：所述散气口均匀布置；

所述散气口为圆形，直径为4mm~10mm；

所述气固混合管的内径为70mm~76mm，级数为3~6个；

所述垂直进气管的内径为4mm~8mm，个数为30~40个；

所述粗径管的内径为55mm~60mm，所述粗径管扇叶搅拌器的叶片长度为18mm~20mm；

所述细径管的内径为35mm~40mm，所述细径管扇叶搅拌器的叶片长度为13mm~15mm；

所述离心管的内径为40mm~50mm，螺距为50mm~60mm，螺旋横截面直径为200mm~250mm，共5~20圈；

所述泡沫流出管的内径为40mm~50mm。

8.权利要求1-7中任一项所述油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置在非常规油气藏压裂增产、油藏调剖驱油领域中应用。

9.一种油田用气凝胶颗粒强化泡沫的制备方法，包括如下步骤：

（1）试压

向权利要求2-7中任一项所述油田用气凝胶颗粒强化泡沫发生装置通入高压气体，保持1.5倍工况压力憋压30~40分钟，不刺不漏即为合格；

（2）泡沫生成

从所述储料罐顶部入口向所述气凝胶颗粒储料罐中加入气凝胶颗粒后，连接所述第一CO₂进气管；向所述第一CO₂进气管和所述第二CO₂进气管通入高压气体，将气凝胶颗粒从所述气凝胶颗粒储料罐通过所述气凝胶颗粒注入口送入所述气固混合管；在所述气固混合管内气体和气凝胶颗粒充分混合后通过所述气液回流区、所述垂直进气管后进入所述三相混合区；向所述进液管注入起泡液，通过所述总扇叶搅拌器进行气液固三相混合与初步搅拌，经过初步搅拌的气凝胶颗粒强化泡沫通过搅拌区入口进入所述泡沫搅拌生成罐的细径管和粗径管，初步搅拌的泡沫通过多个搅拌单元，在所述粗径管和所述细径管的交替紊流冲击和搅拌器的快速切割作用下快速生成大量携带有气凝胶颗粒的稳定泡沫；

（3）泡沫排出

生成的泡沫经过所述引流管进入所述泡沫流出管或所述离心管；泡沫经过所述泡沫流出管可直接流出；需生成高质量泡沫时，泡沫流经所述离心管，分离出过量液体，通过所述泡沫液收集管进行收集，高质量的泡沫经所述泡沫流出口流出。

Images