CN102192864B - 高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置 - Google Patents

高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置；带加热套储液罐A与泡沫发生器连通；氮气供气装置A与泡沫发生器连接；液态二氧化碳供气装置与泡沫发生器连接；泡沫发生器与盘管加热炉连接，盘管加热炉上设有观察窗，观察窗外连接显微镜和摄像头组成的数据采集系统；盘管加热炉与流量温度密度仪，压差传感器A和清洗系统连接；带加热套储液罐A与带加热套储液罐B相连接后与带加热装置的岩心夹持器连接；带加热装置的岩心夹持器和围压系统、回压系统、压差传感器相连接；该发明可以模拟地层条件下的温度压力，测试泡沫液体的流变性能和粘度，测试泡沫液体的泡沫质量、粒径分布、半衰期和动态滤失、泡沫液体伤害、酸化效果等性能。

Description

高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置
技术领域
本发明涉及一种耐酸泡沫发生和高温(177℃)高压(70MPa)泡沫液体动态性能评价装置。
背景技术
在石油、天然气的勘探开发中，低压气井普遍存在，泡沫液体的应用逐渐增加，如泡沫酸化、泡沫压裂、泡沫洗井、泡沫冲砂、泡沫压井等。目前国内外测试泡沫液体性能的设备主要是：毛细管粘度计、旋转粘度计、振动式粘度计可以测试泡沫液体流变性；地层流体分析仪可以测试泡沫的稳定性，而在模拟井底条件的高温高压下测试泡沫液体泡沫粒径分布、半衰期等和动态滤失、泡沫液体伤害、酸化效果等性能的设备未见报道，更没有联合测量上述泡沫性能的设备。
国内外对泡沫流体的研究由来已久，但是大部分只是针对常温常压下泡沫流体的性能进行研究，考虑高温高压条件下泡沫性能的研究报道不多，仅是尚存争议的泡沫流变性能。专利US6807849，泡沫发生器和粘度计：泡沫发生器是泵入定量的液气，并保持一定的压力进入混合器，混合器产生性能一致的泡沫，在混合器中温度可控，通过改进的旋转粘度计测量其在温度、压力条件下的粘性和流变性；中国专利《泄流型多点管式粘度计测定泡沫流变性的方法》，采用定容积发泡筒的泄流式流动，分段、多点测量泡沫沿泄流管路的流动压差及温度，适用于测定在不同的高温高压条件下泡沫的流变性。
发明内容
本发明的目的是提供一套一种耐酸泡沫发生和高温(177℃)高压(70MPa)泡沫液体动态性能评价装置，模拟地层条件，能够单独评价地层温度、压力下泡沫液体的流变性、泡沫质量、泡沫伤害等性能，准确的表征泡沫液体在地层条件下的真实特性；也可以联合测试高温高压下泡沫的流变、泡沫质量、粒径分布、半衰期等和动态滤失、泡沫液体伤害、酸化效果等性能，得到泡沫液体体系对碳酸岩及砂岩地层的增产效果、泡沫液体体系在多孔介质中的流体力学行为等。
本发明所提出的“高温高压耐酸型泡沫发生和动态评价装置”将泡沫发生、动态评价与地层伤害/酸化评价系统有机结合在一起，(1)是一台可按比例控制液体和气体的注入量的设备；(2)可以在线测定高温高压下泡沫液体泡沫质量、泡沫密度、半衰期等性能，同时测定泡沫液体的流变性、滤失伤害性能的设备；(3)本发明装置分为三套测试系统：泡沫发生与动态评价系统(最高测试温度能达到177℃，最高测试压力35MPa)、地层伤害/酸化评价试验系统(最高测试温度能达到177℃，最高测试压力70MPa)。
本发明所述的高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置：发生稳定泡沫的设备是泡沫发生器和循环泵；测试泡沫液体流变性能的设备是毛细管粘度计；测试泡沫密度、泡沫液体温度、流量的设备是流量温度密度仪；测试泡沫半衰期和泡沫粒径分布的主要设备是显微镜和摄像头；测试泡沫滤失、泡沫液体伤害性能的设备是岩心夹持器和压力、压差传感器。
上述测试系统中液罐、管线、阀门等均采用哈氏合金，耐酸腐蚀。
上述泡沫发生与动态评价系统包括：带加热套储液罐A、高压容积式柱塞泵、泡沫发生器、氮气供气装置A和液态二氧化碳供气装置、氮气增压泵、二氧化碳高压容积式柱塞泵、循环泵、盘管加热炉、数据采集系统、流量温度密度仪，压差传感器A和清洗系统；
带加热套储液罐A通过阀门经由高压容积式柱塞泵与泡沫发生器连通；氮气供气装置A通过流量计，氮气增压泵、三向阀与泡沫发生器连接；液态二氧化碳供气装置经由二氧化碳高压容积式柱塞泵三向阀与泡沫发生器连接；泡沫发生器与循环泵连通，循环泵与盘管加热炉连接，盘管加热炉上设有观察窗，观察窗外连接显微镜和摄像头组成的数据采集系统；盘管加热炉与流量温度密度仪，压差传感器A和清洗系统连接。
上述地层伤害/酸化评价试验系统包括：带加热套储液罐A、高压容积式柱塞泵相、带加热套储液罐B、流量温度密度仪、带加热套的岩心夹持器和压差传感器、围压系统和回压系统；
带加热套储液罐A通过阀门，经由高压容积式柱塞泵与带加热套储液罐B相连接后与流量温度密度仪连接，经由阀门与带加热装置的岩心夹持器连接；带加热装置的岩心夹持器和围压系统、回压系统、压差传感器A；压差传感器B、压差传感器C、压差传感器D相连接。
联合评价系统包括泡沫发生与动态评价系统和地层伤害/酸化评价试验系统。
上述系统中用于模拟地层环境温度的温控系统包括：液罐加热套、岩心夹持器加热套、加热炉、管路加热套、温控仪组成，温度可在常温～177℃调节。
上述系统中用于模拟地层环境压力的是高压容积式柱塞泵、气体增压泵和调压阀等组成，压力可在常压～70MPa调节。
上述系统中流量温度密度仪用于实时在线测定泡沫液体流量、温度和密度。
上述系统中显微镜和摄像头用于测试泡沫半衰期和泡沫粒径分布。
上述系统所有的数据采集和数据处理均由软件系统完成，所有高温高压及泡沫粒径和半衰期的测试均由计算机的流程图控制操作，窗口流程图击活、输入、控制、更改操作简单自动。每一步操作均会弹出提示窗提示，所有数据可以被OFFICE软件调用。
上述系统中控制软件安装于计算机中，是直观的操作界面。泡沫液体发生和动态性能评价系统控制软件可以控制液体和气体的注入量，形成实验所需要的泡沫质量，在软件上设置试验温度，在线测试泡沫流量、温度、密度等泡沫性能；并可以控制摄像头拍摄照片，传输数据，对图片进行分析，从而得到泡沫粒径分布规律。软件测试和分析的数据均存储为Microsoft Excel格式。
(1)泡沫发生与动态评价系统可以单独测定在不同的高温高压条件下泡沫粒径分布、泡沫质量、泡沫密度，泡沫半衰期、泡沫粘度、流变等性能；(2)地层伤害/酸化系统可对不同流体通过岩芯前后的渗透率进行测定，从而得到不同流体对地层渗透率的伤害程度；(3)两套系统联合使用，可以评价泡沫类液体在不同的高温高压条件下的泡沫粒径分布、泡沫质量、泡沫密度，泡沫半衰期、流变性能和岩心伤害性能。该发明可以模拟地层条件下的温度压力，不仅可以测试泡沫液体的流变性能和粘度，还可以测试泡沫液体的泡沫质量、粒径分布、半衰期等和动态滤失、泡沫液体伤害、酸化效果等性能。
附图说明：
图1高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置结构示意图。
图中：1、带加热套储液罐A；2、氮气供气装置A；3、液态二氧化碳供气装置；4、二氧化碳高压容积式柱塞泵；5、高压容积式柱塞泵；6、流量计；7、气体增压泵；8、三向阀；9、流量温度密度仪A；10、泡沫发生器；11、盘管加热炉；12、循环泵；13、数据采集系统；14、观察窗；15、压差传感器A；16、压差传感器B；17、压差传感器C；18、压差传感器D；19、流量温度密度仪B；20、带加热套储液罐B；21、气动液压泵；22、氮气供气装置B；23、回压系统；24、带加热套的岩心夹持器；25、围压系统；26、清洗系统。
图2泡沫液体温度、密度、流变性能和半衰期测试流程图。
图3泡沫液体粒径分布测试分析流程图。
具体实施方法：
实施例1
所述的高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置由泡沫发生与动态评价系统和地层伤害/酸化评价试验系统、计算机控制系统构成；
泡沫发生与动态评价系统包括：带加热套储液罐A1、高压容积式柱塞泵5、泡沫发生器10、氮气供气装置A2和液态二氧化碳供气装置3、气体增压泵7、二氧化碳高压容积式柱塞泵4、循环泵12、盘管加热炉11、数据采集系统13、流量温度密度仪9，压差传感器A15和清洗系统26；
带加热套储液罐A1通过阀门经由高压容积式柱塞泵5与泡沫发生器10连通；氮气供气装置A2通过流量计6，气体增压泵7、三向阀8与泡沫发生器10连接；液态二氧化碳供气装置3经由二氧化碳高压容积式柱塞泵4、三向阀8与泡沫发生器10连接；泡沫发生器10与循环泵12连通，循环泵12与盘管加热炉11连接，盘管加热炉11上设有观察窗14，观察窗外连接显微镜和摄像头组成的数据采集系统13；盘管加热炉11与流量温度密度仪9，压差传感器A15和清洗系统26连接。
上述地层伤害/酸化评价试验系统包括：带加热套储液罐A1、高压容积式柱塞泵相5、带加热套储液罐B20、流量温度密度仪19、带加热套的岩心夹持器24和压差传感器、围压系统25和回压系统23；
带加热套储液罐A1通过阀门，经由高压容积式柱塞泵5与带加热套储液罐B20相连接后与流量温度密度仪19连接，经由阀门与带加热装置的岩心夹持器24连接；带加热套的岩心夹持器和围压系统25、回压系统23、压差传感器A15；压差传感器B16、压差传感器C17、压差传感器D18相连接。
测试介质：泡沫酸，配方20％盐酸+1％缓蚀剂+1％铁离子稳定剂+5％起泡剂+2％稳泡剂。
1、高温高压泡沫发生与动态评价系统测试
(1)将待测液体装入带加热套储液罐A1，同时利用温度控制系统加热到预设温度并恒温，通过高压容积式柱塞泵5将液体注满整个系统管线，再用高压容积式柱塞泵5将整个系统压力增加到预设压力值；
(2)三向阀8选择氮气，将氮气经由流量计计量后，进入增压泵7注入泡沫发生器10；
(3)在注入氮气的同时开启泡沫发生器10、循环泵12发泡，直至由显微镜观测到上下一致的均匀泡沫，且经过流量温度密度仪9时密度显示达到预设值，则完成发泡工作；
(4)在软件上设置盘管加热炉11温度为测试值，加热，泡沫发生器10和循环泵12始终运行，保证泡沫的稳定性得以动态维持；
(5)当温度达到测试值时，此时系统压力达到测试值，由观察窗外连接显微镜和摄像头组成的数据采集系统13采集测试泡沫流变、泡沫质量、泡沫密度，泡沫半衰期、泡沫粘度的泡沫性能。
2、地层伤害/酸化评价系统测试
(1)将标准盐水和酸液分别放入带加热套储液罐A1、带加热套储液罐B20中，并预热；
(2)将1寸岩心装入带加热套的岩心夹持器24中；
(3)打开软件，通过高压容积式柱塞泵5先将盐水注入系统，排空带加热套的岩心夹持器24两旁管线；
(4)升温到测试值，输入环压，回压，正方向注入盐水，测试岩芯初始渗透率；
(5)待测试数据稳定后，在软件上点击反向注入酸液，通过泵速计算注入岩芯酸液的体积；
(6)待酸化完成后点击正向注入盐水，测试酸化后的渗透率，待数据稳定后，停止试验，得到注酸前后渗透率变化值，即是酸液体系的酸化效果。
(7)整个测试过程始终是带加热套的岩心夹持器加热套直接加热岩心，由软件控制系统操作。
3、泡沫发生和地层伤害联合评价系统测试
(1)将标准盐水放入带加热套储液罐A1中，将1寸岩心装入带加热套的岩心夹持器24中；
(2)通过容积式注射泵5先将盐水注入系统，排空岩心夹持器24两旁管线；
(3)升温到测试值，输入环压，回压，正方向注入盐水，测试岩芯初始渗透率；
(4)将泡沫酸液体装入储液罐A1中，通过高压容积式柱塞泵5将液体注满整个系统管线，再用泵将整个系统压力增加到预定值；
(5)三向阀8选择二氧化碳气体，通过二氧化碳高压容积式柱塞泵4将CO2注入系统；同时开泡沫发生器10、循环泵12发泡，直至由显微镜观测到上下一致的均匀泡沫，且经过流量温度密度仪9时密度显示达到预设值，则完成发泡工作；
(6)设置盘管加热炉11温度为测试值，加热，泡沫发生器10和循环泵12始终运行，保证泡沫的稳定性得以动态维持；
(7)当温度达到测试值时，此时系统压力达到测试值，测定泡沫酸的泡沫质量、泡沫密度，泡沫半衰期、泡沫粘度等泡沫性能；
(8)稳定的泡沫酸反方向注入岩心，计量注入体积为岩心10倍孔隙体积时，停止注入；
(9)待酸化完成后点击正向注入盐水，测试酸化后的渗透率，待数据稳定后，停止试验，得到注酸前后渗透率变化值，即是泡沫酸体系的酸化效果。

Claims (4)

1.一种高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置，其特征在于：包括：泡沫发生与动态评价系统，测试温度常温--177℃，测试压力常压--35Mpa；地层伤害／酸化评价试验系统，测试温度常温--177℃，测试压力常压--70MPa；
泡沫发生与动态评价系统包括：带加热套储液罐A、高压容积式柱塞泵、泡沫发生器、氮气供气装置A和液态二氧化碳供气装置、气体增压泵、二氧化碳高压容积式柱塞泵、循环泵、盘管加热炉、数据采集系统、流量温度密度仪A，压差传感器A和清洗系统；
带加热套储液罐A通过阀门经由高压容积式柱塞泵与泡沫发生器连通；氮气供气装置A通过流量计，气体增压泵、三向阀与泡沫发生器连接；液态二氧化碳供气装置经由二氧化碳高压容积式柱塞泵、三向阀，与泡沫发生器连接；泡沫发生器与循环泵连通，循环泵与盘管加热炉连接，盘管加热炉上设有观察窗，观察窗外连接显微镜和摄像头组成的数据采集系统；盘管加热炉与流量温度密度仪A，压差传感器A和清洗系统连接；
上述地层伤害／酸化评价试验系统包括：带加热套储液罐A、高压容积式柱塞泵、带加热套储液罐B、流量温度密度仪B、带加热套的岩心夹持器和压差传感器A-D、围压系统和回压系统；
带加热套储液罐A通过第一阀门，经由高压容积式柱塞泵与带加热套储液罐B相连接后与流量温度密度仪B连接，经由第二阀门与带加热套的岩心夹持器连接；带加热套的岩心夹持器和围压系统、回压系统、压差传感器A、压差传感器B、压差传感器C、压差传感器D相连接。
2.根据权利要求1所述的高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置，其特征在于：上述泡沫发生与动态评价系统和地层伤害/酸化评价试验系统中用于模拟地层环境温度的温控系统包括：液罐加热套、岩心夹持器加热套、盘管加热炉、管路加热套、温控仪，温度可在常温～177℃调节；
所述液罐加热套为带加热套储液罐A、带加热套储液罐B外包裹的加热套；管路加热套为从盘管加热炉出来到流量温度密度仪A之间管线外包裹的加热套；温控仪为盘管加热炉上测试温度的温度计。
3.根据权利要求1所述的高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置，其特征在于：上述泡沫发生与动态评价系统和地层伤害/酸化评价试验系统所有的泡沫液体流量、温度和密度在线测定、数据采集和数据处理均由软件系统完成，所有高温高压的操作均由计算机的流程图控制操作，窗口流程图击活、输入、控制、更改操作自动，每一步操作均会弹出提示窗提示，所有数据被OFFICE软件调用。
4.根据权利要求1所述的高温高压耐酸型泡沫发生与动态评价装置，其特征在于：上述泡沫发生与动态评价系统和地层伤害/酸化评价试验系统所述泡沫粒径分布在线测定、数据采集和数据处理均由软件系统完成，所有操作均由计算机的流程图控制操作，窗口流程图击活、输入、控制、更改操作自动，每一步操作均会弹出提示窗提示，所有数据被OFFICE软件调用。
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