CN101608939B - 高温高压可视化微流量计量仪和计量方法 - Google Patents

Abstract

可视化微流量计量仪，应用于石油采收率微观流动实验。特征是：在外筒的两端分别固定有端盖。在外筒内通过固定有玻璃管和循环水浴管。在玻璃管内有一个隔离段塞。玻璃管与端盖中心孔之间的通过铁管线连接。在外筒的壁上沿轴向有观察窗。在外筒的外壁上沿观察窗固定有标尺。效果是：能在高温高压条件下进行微流量测量，而且处于密闭条件下测流量，排除了室内条件下因蒸发而带来的误差；获得的实验数据精确，能用于渗流实验的定量化研究。

Description

高温高压可视化微流量计量仪和计量方法

技术领域

本发明涉及石油提高采收率微观流动实验中流量计量技术领域，特别涉及一种高温高压可视化微流量计量仪和计量方法。

背景技术

目前，在油气田开发物理模拟实验中，常温常压条件下，微流量的液体计量一般采用电子天平称重的测量方法，气体计量一般采用气体流量计或排水法的测量。

在油田开发物理模拟实验中，实验条件普遍是高温80℃高压20MPa状态，在耐高温高压的钢制容器中实验，则无法直观到微流量计量，只能依据进泵或退泵的读数来间接测量流量。对于微小流量而言，由容器及连接管线间产生的计量误差将严重影响目标流量的测量精度，误差值大于10％。

如果将高温高压条件下的流体转换到常温常压条件下测量，则需要利用流体压缩系数等参数进行计算，而不同条件、不同流体的物性参数无法做到齐备，必须进行流体的物性参数先期测量，这样不仅严重影响了实验进程，也增加了误差范围。

微流量流体的计量问题制约了实验定量研究的深入开展。微观流体实验是研究水、油或化学剂渗流机理的重要方法之一，但是由于无法准确测量注入、产出油、气或水数量，而使实验结果只能用作定性研究，限制了实验数据的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温高压可视化微流量计量仪和计量方法，利用可视化微流量计量仪实验，实现微流量流体测量的可视化。不仅能在高温高压条件下进行微流量测量，而且获得的实验结果能用于渗流实验的定量化研究。克服电子天平称重的测量方法，受实验用容器及连接管线影响计量结果，产生误差测量精度低的不足。

本发明采用的技术方案是：

可视化微流量计量仪，包括端盖、外筒、标尺、固定支架、循环水浴管、玻璃管和隔离段塞，其特征是：外筒为圆筒状，在外筒的两端分别固定有端盖。在端盖上有水浴循环管进出孔和中心孔。在外筒内通过固定支架固定有玻璃管和循环水浴管。在玻璃管内有一个隔离段塞，隔离段塞能在玻璃管内往复滑动，并将玻璃管内腔分割成两部分。玻璃管两端分别穿过两个端盖中心孔。循环水浴管穿过端盖的水浴循环管进出孔，循环水浴管能与恒温水浴连接。在外筒的壁上沿轴向有观察窗。在外筒的外壁上沿观察窗固定有标尺。

所述的固定支架有两个，固定支架为圆盘形，玻璃管穿过固定支架的中心孔，循环水浴管穿过固定支架中心孔两侧孔。

所述的循环水浴管有两个，两个循环水浴管的一端部相互联通，使恒温水能在循环水浴管内流通循环。

所述的玻璃管的内径在3～6mm之间。玻璃管的长度在100-120mm之间。玻璃管采用石英玻璃材料制成。玻璃管能耐压最高30MPa，耐温最高100℃。隔离段塞采用玻璃材料制成，在圆柱形外壁上加工成毛玻璃，类似注射器内管。

所述的观察窗的宽度为5毫米，长度在80-100mm之间。通过观察窗能看到的隔离段塞在玻璃管内滑动情况即流体移动状态。

标尺的长度在100～130mm之间，刻度以毫米为单位。

高温高压可视化微流量计量方法：参阅图4。

A：连接可视化微流量计量仪

(1)通过连接管线连接实验模型和驱替系统，在实验模型的另一端有连接管线。驱替系统是泵，作用是注入液体，试验模型是微观物理模型。本领域的驱替实验的技术人员熟知连接管线、实验模型和驱替系统并能完成连接。

(2)实验模型另一端的连接管线通过三通将连接管线分为两条。一条连接阀管线上连接有阀门b和回压阀a，在阀门b与回压阀a之间的管线上有三通，通过三通有管线连接可视化微流量计量仪的一个端盖连接玻璃管的一端。玻璃管与端盖的密封通过旋紧密封，在回压阀a的下部有集液容器a；在另一条连接管线上连接有阀门a和回压阀b，在阀门a与回压阀b之间的管线上有三通，通过三通有管线连接可视化微流量计量仪的另一个端盖连接玻璃管的一端，在回压b的下部有集液容器b。从阀门b并通过可视化微流量计量仪和回压阀b，到达集液容器b，形成一条试验液体通道；从阀门a并通过可视化微流量计量仪和回压阀a，到达集液容器a，形成另一条试验液体通道。

(3)在可视化微流量计量仪的一个端盖1上循环水浴管穿过端盖引出，连接恒温水浴。

(4)先将隔离段塞用水打到一端，在再另一段注入液体，使玻璃管内隔离段塞的两侧充满液体。

B、实验准备：

实验前将可视化微流量计量仪的玻璃管内压力升高至与试验模型压力相同(利用回压阀调节控制)，试验模型的压力是15Mpa；开恒温水浴循环热水，使可视化微流量计量仪的外筒内的温度与试验模型的温度相同。试验模型的温度是可调的；

C、驱入液体：

(1)打开一条连接管线上连接的阀门b，关闭回压阀a；关闭另一条连接管线上连接的阀门a，打开回压阀b。注：回压阀是一种能设定出口压力的机械装置，压力低于设定值出口端不出液，压力大于或等于设定值出液，并保持整个系统内有一定的实验压力。

(2)开动驱替系统压力范围0-30Mpa。利用驱替系统驱替实验模型内的水、油或化学剂；实验模型内的水、油或化学剂通过连接管线进入可视化微流量计量仪的玻璃管，实验模型内的液体以稳定流速进入玻璃管并推动隔离段塞，隔离段塞推动玻璃管内的流体流到集液容器b。

D、观察隔离段塞：当隔离段塞开始移动时，开始计时，到某一刻度停止再计时，记下段塞所走路程长度(S)，以及所用时间(T)；

E、计算结果：

计量测量时间内的隔离段塞运移体积。利用公式

$V=\frac{S}{T},m/s,$

$Q=\mathrm{V\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2,m^3/s$

公式内的符号含义，段塞通过的距离为S，单位是m；段塞通过该距离所用时间为T，单位是秒；管内径为D，单位是m；计算出流速V，单位是m/s；计算出流量为Q，单位是m³/s。

F、当隔离段塞下行至标尺的一端时，转换阀门和回压阀，实现测量过程的隔离段塞向另一端滑动，然后重复步骤C和步骤D，使实验连续进行。即打开连接管线上连接的阀门a，关闭回压阀b；关闭另一条连接管线上连接的阀门b，打开回压阀a。

本发明的有益效果：本发明高温高压可视化微流量计量仪和计量方法，利用可视化微流量计量仪进行实验，实现高温高压条件下微流量流体测量的可视化。不仅能在高温高压条件下进行微流量测量，而且处于密闭条件下测流量，排除了室内条件下因蒸发而带来的误差；获得的实验数据精确，能用于渗流实验的定量化研究。克服电子天平称重的测量方法，受实验用容器及连接管线影响计量结果，排除了用驱替泵或采出泵测量的系统误差的不足。

附图说明

图1是本发明的可视化微流量计量仪结构示意图。

图2是可视化微流量计量仪内部部件结构示意图。

图3是图2的右视图。

图4是利用可视化微流量计量仪进行定量计量的流程图。

图5是利用可视化微流量计量仪进行定量计量的流程图。

图6是两种方法的原油采收率对应曲线。

其中，1.端盖，2.外筒，3.标尺，4.观察窗，5.固定支架，6.循环水浴管，7.玻璃管，8.隔离段塞，9.驱替系统，10.试验模型，11.连接管线，12.阀门b，13.回压阀a，14.集液容器a，15.可视化微流量计量仪，16.恒温水浴，17.阀门a，18.回压阀b，19.集液容器b。

具体实施方式

实施例1：以一个可视化微流量计量仪15为例，对发明作进一步详细说明。

参阅图1。本发明可视化微流量计量仪，包括端盖1、外筒2、标尺3、固定支架5、循环水浴管6、玻璃管7和隔离段塞8。外筒2为圆筒状，在外筒2的两端分别固定有一个端盖1。在一个端盖2上有两个水浴循环管进出孔。在两端盖2上分别有一个中心孔，玻璃管7两端分别穿过两个端盖1中心孔。参阅图2。在外筒2内通过固定支架5固定有玻璃管7和循环水浴管6。玻璃管7的内径4mm。玻璃管7的长度为100mm。玻璃管7采用石英玻璃材料制成。玻璃管7能耐压最高30MPa，耐温最高100℃。在外筒2内循环水浴管6有两个，两个循环水浴管6的一端部相互联通，使恒温水能在循环水浴管6内流通。循环水浴管6穿过端盖1的水浴循环管进出孔。固定支架5有两个，固定支架5为圆盘形，固定支架5的外径与外筒2的内径相同。玻璃管7穿过固定支架5的中心孔，循环水浴管6穿过固定支架5中心孔两侧孔。

在玻璃管7内有一个玻璃制成的圆柱形隔离段塞8，隔离段塞8外壁上加工成毛玻璃。隔离段塞8能在玻璃管7内往复滑动，并将玻璃管7内腔分割成两部分。玻璃管7两端分别穿过两个端盖1中心孔，能与外接管线连接。循环水浴管6穿过端盖1能与恒温水浴16连接，为外筒2内部加热。在外筒2的壁上沿轴向有一个长条形观察窗4。参阅图1。观察窗4的宽度为5毫米，长度为100mm。通过观察窗4能看到的隔离段塞8在玻璃管7内移动情况即流体流动速度和距离。在外筒2的外壁上沿观察窗4固定有标尺3。标尺3的长度为100mm，标尺3刻度以毫米为单位。

以进行一次高温高压可视化微流量计量为例，说明计量过程。参阅图4。

A：连接可视化微流量计量仪15：参阅图4。

(1)通过连接管线11连接实验模型10和驱替系统9，在实验模型9的另一端有连接管线10。驱替系统9是泵，作用是注入液体，试验模型10是微观物理模型。

(2)实验模型9另一端的连接管线10通过三通将连接管线10分为两条通道。一条连接阀管线11上连接有阀门b12和回压阀a13，在阀门b12与回压阀a13之间的管线上有三通，通过三通有管线连接可视化微流量计量仪15的一个端盖1连接玻璃管7的一端。在回压阀a13的下部有一个量筒式的集液容器a14；在另一条连接管线11上连接有阀门a17和回压阀b18，在阀门a17与回压阀b18之间的管线上有三通，通过三通有管线连接可视化微流量计量仪15的另一个端盖1连接玻璃管7的一端，在回压b18的下部有一个集液容器b19。从阀门b12并通过可视化微流量计量仪15和回压阀b18，到达集液容器b19，形成一条试验液体通道；从阀门a17并通过可视化微流量计量仪15和回压阀a13，到达集液容器a14，形成另一条试验液体通道。

(3)在可视化微流量计量仪15的一个端盖1上循环水浴管6穿过端盖1引出，连接恒温水浴16。

(4)先将活塞用水打到一端，在再另一段注入液体，使玻璃管7内隔离段塞8的两侧充满液体。

B、实验准备：

实验前将可视化微流量计量仪15的玻璃管7内压力升高至与试验模型10压力相同(利用回压阀调节控制)，试验模型10的压力是15Mpa；开恒温水浴16循环热水，使可视化微流量计量仪的外筒2内的温度与试验模型10的温度相同。试验模型10的温度是可调的；

C、驱入液体：参阅图4。

(1)打开一条连接管线11上连接的阀门b12，关闭回压阀a13；关闭另一条连接管线11上连接的阀门a17，打开回压阀b18。注：回压阀是一种能设定出口压力的机械装置，压力低于设定值出口端不出液，压力大于或等于设定值出液，并保持整个系统内有一定的实验压力。

(2)开动驱替系统9压力范围0～30Mpa。利用驱替系统9驱替实验模型10内的水、油或化学剂；实验模型10内的水、油或化学剂通过连接管线11进入可视化微流量计量仪的玻璃管7，实验模型14内的液体以稳定流速进入玻璃管7并推动隔离段塞8，隔离段塞8推动玻璃管7内的流体流到集液容器b19。

D、观察隔离段塞8：当隔离段塞8开始移动时，开始计时，到某一刻度停止再计时，记下段塞所走路程长度S，以及所用时间T；

E、计算结果：

计量测量时间内的隔离段塞8运移体积。利用公式

$V=\frac{S}{T},m/s,$

$Q=\mathrm{V\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2,m^3/s$

例：隔离段塞8通过的距离为0.0015m，所用时间为3.0s，玻璃管内径为0.004m，则：

$V=\frac{S}{T}=\frac{0.0015}{3.0}=0.0005m/s$

$Q=\mathrm{V\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2=0.0005\×3.14{\left(\frac{0.004}{2}\right)}^2=6.28\×{10}^{-9}{m}^3/s$

公式内的符号含义，段塞通过的距离为S，单位是m；段塞通过该距离所用时间为T，单位是秒；管内径为D，单位是m；计算出流速V，单位是m/s；计算出流量为Q，单位是m³/s。

F、参阅图5。当隔离段塞8下行至观察窗4和标尺3的一端时，转换阀门和回压阀，实现测量过程的隔离段塞8向另一端滑动，然后重复步骤C和步骤D，使实验连续进行。即打开连接管线11上连接的阀门a17，关闭回压阀b18；关闭另一条连接管线11上连接的阀门b12，打开回压阀a13。

低渗透岩心水驱油实验，模拟油藏条件：温度80℃、压力24MPa；油样为气油比32m³/m³的原油。岩心为Φ2.54cm×5cm圆柱，孔隙度为18.3％，渗透率为2.1×10^-3μm³。

用可视化微量计量方法则可一次得到产油/产水量数值。见表1和表2。

表1体积法原油采收率实验数据

驱替体积倍数PV	常规法采收率	常规法含水
			0.05	1.2	0
0.1	6	0
			0.23	17	5
0.45	24	19
			0.72	29	91
0.95	29.3	98
			1.24	32.5	98

表2利用本发明微量法原油采收率实验数据

驱替体积倍数PV	微量法采收率	微量法含水
			0.05	2	0
0.1	4	0
			0.2	9.3	0
0.3	14.6	5
			0.4	19	13.4
0.5	22	68
			0.6	24	82
0.7	26	90.1
			0.8	27	93
0.9	27.5	94.5
			1	28	95.3
1.1	28.2	96.2
			1.2	28.3	97
1.3	28.4	98

将表1和表2的数据绘制成对应曲线图(图6)。由采收率对应曲线图(图6)对比曲线得知：

①体积方法测量产油、产水量时的油水界面识别及体积测量都具有较大误差，计量准确度受到很大影响，导致测量点少，测量数据亦波动。

②计算方法的准确性则受到流体压缩系数、压力条件等影响，使计算结果高于微量法的测量值。

③可视化微流量测量法得到的曲线具有测量点多，数据平滑稳定的特点，数值准确性大幅提高。

④可视化微流量测量法还具有简便操作、测量效率高的优点。

Claims (1)

1.一种高温高压可视化微流量计量方法，其特征是：采用的可视化微流量计量仪(15)包括端盖(1)、外筒(2)、标尺(3)、固定支架(5)、循环水浴管(6)、玻璃管(7)和隔离段塞(8)，其特征是：外筒(2)为圆筒状，在外筒(2)的两端分别固定有端盖(1)，在端盖(2)上有水浴循环管进出孔和中心孔，在外筒(2)内通过固定支架(5)上固定有玻璃管(7)和循环水浴管(6)，在玻璃管(7)内有一个隔离段塞(8)，隔离段塞(8)能在玻璃管(7)内往复滑动，并将玻璃管(7)内腔分割成两部分，玻璃管(7)两端分别穿过两个端盖(1)中心孔，循环水浴管(6)穿过端盖(1)的水浴循环管进出孔，在外筒(2)的壁上沿轴向有观察窗(4)，在外筒(2)的外壁上沿观察窗(4)固定有标尺(3)；过程是：

A：连接可视化微流量计量仪(15)

(1)通过连接管线(11)连接实验模型(10)和驱替系统(9)，在实验模型(9)的另一端有连接管线(10)；

(2)实验模型(9)另一端的连接管线(10)通过三通将连接管线(10)分为两条，一条连接管线(11)上连接有阀门b(12)和回压阀a(13)，在阀门b(12)与回压阀a(13)之间的管线上有三通，通过三通有管线连接可视化微流量计量仪(15)的一个端盖(1)连接玻璃管(7)的一端，玻璃管(7)与端盖(1)的密封通过旋紧密封，在回压阀a(13)的下部有集液容器a(14)；在另一条连接管线(11)上连接有阀门a(17)和回压阀b(18)，在阀门a(17)与回压阀b(18)之间的管线上有三通，通过三通有管线连接可视化微流量计量仪(15)的另一个端盖(1)连接玻璃管(7)的一端，在回压阀b(18)的下部有集液容器b(19)，从阀门b(12)并通过可视化微流量计量仪(15)和回压阀b(18)，到达集液容器b(19)，形成一条试验液体通道；从阀门a(17)并通过可视化微流量计量仪(15)和回压阀a(13)，到达集液容器a(14)，形成另一条试验液体通道；

(3)在可视化微流量计量仪(15)的一个端盖(1)上循环水浴管(6)穿过端盖(1)引出，连接恒温水浴(16)；

(4)先将隔离段塞(8)用水打到一端，在再另一段注入液体，使玻璃管(7)内隔离段塞(8)的两侧充满液体；

B、实验准备：

实验前将可视化微流量计量仪(15)的玻璃管(7)内压力升高至与试验模型(10)压力相同，试验模型(10)的压力是15Mpa；开恒温水浴(16)循环热水，使可视化微流量计量仪的外筒(2)内的温度与试验模型(10)的温度相同；

C、驱入液体：

(1)打开一条连接管线(11)上连接的阀门b(12)，关闭回压阀a(13)；关闭另一条连接管线(11)上连接的阀门a(17)，打开回压阀b(18)；

(2)开动驱替系统(9)压力范围0-30Mpa，利用驱替系统(9)驱替实验模型(10)内的水、油或化学剂；实验模型(10)内的水、油或化学剂通过连接管线(11)进入可视化微流量计量仪的玻璃管(7)，实验模型(14)内的液体以稳定流速进入玻璃管(7)并推动隔离段塞(8)，隔离段塞(8)推动玻璃管(7)内的流体流到集液容器b(19)；

D、观察隔离段塞(8)：当隔离段塞(8)开始移动时，开始计时，到某一刻度停止再计时，记下段塞所走路程长度以及所用时间；

E、计算结果：

计量测量时间内的隔离段塞(8)运移体积，利用公式：

$V=\frac{S}{T},m/s$ 和公式：

$Q=\mathrm{V\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2,m^3/s$

公式内的符号含义，隔离段塞(8)通过的距离为S，单位是m；段塞通过该距离所用时间为T，单位是秒；管内径为D，单位是m；计算出流速V，单位是m/s；计算出流量为Q，单位是m³/s；

F、当隔离段塞(8)下行至标尺(3)的一端时，转换阀门和回压阀，实现测量过程的隔离段塞(8)向另一端滑动，然后重复步骤C和步骤D，使实验连续进行，即打开连接管线(11)上连接的阀门a(17)，关闭回压阀b(18)；关闭另一条连接管线(11)上连接的阀门b(12)，打开回压阀a(13)。

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