CN104111308A - 一种测定发泡剂在co2中发泡性能的装置及其测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在油田中测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置及其测定方法，所述装置包括分液漏斗（1）、计量管组合结构（2）、夹套量筒（3）、密封胶塞（4）、通气管（5）和单向阀门（6），所述计量管组合结构（2）安装在分液漏斗（1）下端，所述密封胶塞（4）塞入夹套量筒（3）口部，该密封胶塞（4）上设有计量管孔（42）、通气管孔（41）和单向阀门孔（43）以分别插入计量管组合结构（2）、通气管（5）和单向阀门（6）。所述测定方法包括步骤：1）连接装置，灌装试液；2）向装置中注满CO₂；3）测定发泡性能。本发明所提供的装置，其测定方法快速、高效且易于进行，所得出的测定结果可以与国际标准和国家标准测得的空气中发泡性能相比较，更直观准确。

Description

一种测定发泡剂在CO2中发泡性能的装置及其测定方法

技术领域

本发明涉及一种石油开发领域的发泡剂性能测定装置及其测定方法，具体而言，本发明涉及一种用于在油田中测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置及其测定方法。

背景技术

CO₂泡沫是一种非牛顿、假塑型流体，在油藏多孔介质中具有较高的流动阻力，在国内外油田开发中广泛应用于驱油、调剖、封窜等。由于发泡剂的发泡性能直接影响到CO₂泡沫的应用效果，因此测定发泡剂在CO₂中的发泡性能至关重要。现有的测定发泡剂发泡性能的方法包括：Ross-Miles法、Waring-Blender法、DIN孔盘打击法、API法、压气气流法、Drill-Aid法等，比较常用的是国际标准（ISO696-1975）和国家标准（GB/T7462-94）中采用的罗氏泡沫仪的测定方法，该方法采用罗氏泡沫仪，在空气中使一定体积的待测发泡剂溶液从一定高度流到相同发泡剂液体表面后，测量产生的泡沫体积。但是，该方法只能测定发泡剂在空气中的发泡性能，不能用于测定发泡剂在CO₂中的发泡性能。

随着CO₂减排、埋存的开展，越来越多的CO₂被用来生成泡沫而用于油田开发，因此急需一种能测定发泡剂在CO₂气体中发泡性能的方法及其测定装置。

发明内容

为了解决现有的发泡性能测定方法无法测定发泡剂在CO₂气体中发泡性能的问题，本发明提供了一种测定发泡剂在CO₂气体中发泡性能的装置及其测定方法，其测定结果可以与通过国际标准（ISO696-1975）和国家标准（GB/T7462-94）测得的空气中发泡性能相比较，实现了通过具体实验数据比较发泡剂在CO₂中的发泡性能，更直观，其结果更准确。

本发明所提供的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其包括分液漏斗1、计量管组合结构2、夹套量筒3和密封胶塞4，通气管5、单向阀门6和CO₂气瓶；所述计量管组合结构2密封安装在分液漏斗1下端，所述计量管组合结构2与所述分液漏斗1均与水平面垂直；所述密封胶塞4塞入夹套量筒3口部；

所述密封胶塞4上设有计量管孔42，通气管孔41和单向阀门孔43；所述计量管组合结构2通过计量管孔42插入所述的夹套量筒3内；所述通气管5和单向阀门6通过所述密封胶塞4上设有的通气管孔41和单向阀门孔43插入所述的夹套量筒3内；所述的CO₂气瓶与所述通气管5的一端连接。

所述分液漏斗1为球型分液漏斗，其下端设置旋塞，在该旋塞轴心线11以上150mm处设置一标线12。

所述计量管组合结构2包括计量管21、安装管22和橡皮管23和底端管24；所述底端管24与所述的计量管21流体连通；所述安装管22固定设置在所述计量管21与所述底端管24的连接处；所述橡皮管包裹安装在所述底端管24与安装管22连接处；所述计量管21通过所述密封胶塞4插入所述的夹套量筒3内。

所述计量管21外的安装管22的内径等于该计量管21的外径，该安装管22的外径等于所述分液漏斗1的旋塞的底端管24外径；所述计量管21采用不锈钢材料，所述安装管22采用钢材料。

所述夹套量筒3由壁厚均匀的耐化学腐蚀的玻璃量筒和夹套管制成，其上部侧壁设置有出水管，其下部侧壁设置有进水管，所述夹套量筒3的下端设置有旋塞，所述夹套量筒3为双层玻璃夹套，内通循环水，保温用的，即夹套量筒和夹套管是一体的，相当于双层量筒，中间通循环水。所述夹套量筒3上设置有标线A-31，所述标线A为距离所述夹套量筒3的50mL刻度以上450mm处。

所述密封胶塞4密封设置在所述夹套量筒3口；且所述通气管孔41、计量管孔42和单向阀门孔43从左至右依次设置在密封胶塞4上。

本发明另一个发明点为根据上述的测定仪器进行测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，

1）步骤1连接装置；

将所述计量管组合结构2安装在所述分液漏斗1下端，保持计量管组合结构2与分液漏斗1同水平面垂直；

将所述通气管5、计量管组合结构2中的所述计量管21、单向阀门6与所述密封胶塞4连接；

2）步骤2充入CO₂气体；

将试液缓慢地沿着所述夹套量筒3的内壁倒入夹套量筒3至50mL标线处，避免在试液表面形成泡沫，将连接有所述通气管5、计量管21和单向阀门6的密封胶塞4固定安装在所述夹套量筒3口部；

将所述通气管5与CO₂气瓶相连，打开气瓶，使所述夹套量筒3内全部充满CO₂气体。

3）步骤3，测定发泡性能

将实验温度下的试液缓慢地灌入所述分液漏斗1至其150mm的标线12处，之后将500mL试液灌入分液漏斗1；确保150mm线上部的液体是500ml，也就是确保后面的步骤中流出的液体是500ml。

打开分液漏斗1的阀门，使发泡剂试液不断流下，直到液面降至分液漏斗1的150mm刻度处关闭其阀门，在液流停止时，即试液流完时开始计时，分别记录不同时刻沫顶部所对应的刻度V1和析出液体的液面所对应的刻度V2，V1与V2的差值即为该时刻的泡沫体积，记录泡沫体积；记录液流停止时的泡沫体积为最大起泡体积，当泡沫体积减小到最大泡沫体积的一半时的时间为泡沫的半衰期，记录泡沫半衰期。

在具体的实施中，在步骤2中，打开CO₂气瓶后，保持输出的CO₂气体压力在0.1Mpa。

在所述步骤2后，还包括一个检测所述夹套量筒3内CO₂气体浓度的步骤：在所述单向阀门6处取样并进行气相色谱分析来确定CO₂气体的充满程度，并设定CO₂气体充满夹套量筒3时的时间为充气时间。

在所述步骤2中，将连接有所述通气管5、计量管21和单向阀门6的密封胶塞4固定安装在夹套量筒3口部时，所述计量管组合结构2中的计量管21的下端与所述夹套量筒3的标线A-31齐平，所述标线A为距离所述夹套量筒3的50mL刻度以上450mm处；

所述通气管线5伸入所述夹套量筒3的一端设置在所述试液表面以上；所述单向阀门6深入所述夹套量筒3的一端高于所述计量管21的下端位置。

在具体的实施中，所述方法在测定前，还包括恒温试液和容器的步骤，即用橡皮水管将恒温水浴的出水管和回水管分别连接至夹套量筒3的进水管和出水管，将恒温水浴温度调节至30℃～90℃，优选50℃，夹套量筒中间的夹套里通循环水；将试液放入与夹套量筒3水浴温度等温的水浴中，使其温度达到水浴温度，备用。

本发明所采用的发泡剂试液为能够用作发泡剂的各种表面活性剂水溶液，如3000mg/L的石油磺酸盐水溶液等。

本发明所提供的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其采用的测定方法快速、高效且易于进行，所得出的测定结果可以与通过国际标准（ISO696-1975）和国家标准（GB/T7462-94）测得的空气中发泡性能相比较，实现了通过具体实验数据比较发泡剂的发泡性能，更直观，结果更准确。

附图说明

图1为本发明的测定发泡剂在CO₂中发泡性能装置中分液漏斗的示意图。

图2为本发明的测定发泡剂在CO₂中发泡性能装置中计量管组合结构的示意图。

图3为本发明的测定发泡剂在CO₂中发泡性能装置中夹套量筒的示意图。

图4A为本发明的测定发泡剂在CO₂中发泡性能装置中密封胶塞的侧视图。

图4B为本发明的测定发泡剂在CO₂中发泡性能装置中密封胶塞的俯视图。

图5为本发明的测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置的示意图。

附图标记说明：

1-分液漏斗、2-计量管组合结构、3-夹套量筒、4-密封胶塞、5-通气管、6-单向阀门、11-旋塞轴心线、12-旋塞轴心线以上150mm处的标线、21-计量管、22-安装管、23-橡皮管、24-底端管、31-夹套量筒距离50mL刻度以上450mm处的标线、41-通气管孔、42-计量管孔、43-单向阀门孔。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

本发明所提供的一种测定发泡剂在CO₂气体中发泡性能的装置，其包括分液漏斗1、计量管组合结构2、夹套量筒3和密封胶塞4，所述计量管组合结构2安装在分液漏斗1下端，所述密封胶塞4塞入夹套量筒3口部，该密封胶塞4上设有计量管孔42以插入计量管组合结构2，所述计量管组合结构2与所述分液漏斗1均与水平面垂直，所述测定装置还包括通气管5和单向阀门6，所述通气管5和单向阀门6通过所述密封胶塞4上设有的通气管孔41和单向阀门孔43插入夹套量筒3。所述通气管孔41、计量管孔42和单向阀门孔43在密封胶塞4上从左至右依次设置。

所述分液漏斗1为球型分液漏斗，其由一个球形泡与管子相连组成，所述管子长200mm，管子的下端设置旋塞。所述分液漏斗1的旋塞的轴心线11以上150mm处设置一标线12，作为试验中流出量的下限，该旋塞轴心线以下管长为40mm。

所述计量管组合结构2包括计量管21、安装管22和橡皮管23以与分液漏斗的底端管24相接，该计量管21插入所述密封胶塞4，所述计量管21长70mm，通常采用不锈钢材料，其内径约1.9mm，壁厚0.3mm，该计量管21配备长度为10～20mm的钢材料的安装管22，该安装管22的内径等于该计量管21的外径，该安装管22的外径等于所述分液漏斗1的旋塞的底端管24外径，所述计量管21的上端和所述安装管22的上端在同一平面上，该安装管22的上端和该底端管24的下端相接处的外围套有橡皮管23。

所述夹套量筒3，容量1.3L，刻度分度10mL，管内径约65mm，其由壁厚均匀的耐化学腐蚀的玻璃量筒和夹套管制成，其上部侧壁设置有出水管，其下部侧壁设置有进水管，所述夹套量筒3的下端呈半球形并接有旋塞，所述量筒外焊接夹套管，该夹套管的外径约90mm。所述夹套量筒3的50mL标线以上450mm处设置一标线31，作为计量管下端初始液量标记。

下面具体说明采用以上装置测定两种发泡剂水溶液在CO₂气体中发泡性能的方法。

实施例1发泡剂为2000mg/L石油磺酸盐水溶液

配制2000mg/L的石油磺酸盐水溶液1000mL作为试液（即试验所用的待测发泡剂），进行以下步骤：

1）连接装置；

用橡皮水管将恒温水浴的出水管和回水管分别连接至夹套量筒3的进水管和出水管，将恒温水浴温度调节至50℃；将发泡剂试液放入与夹套量筒3水浴温度等温的水浴中，使其温度达到水浴温度，备用；

将计量管组合结构2安装在分液漏斗1下端，保持计量管组合结构2与分液漏斗1同水平面垂直；

将密封胶塞4安在夹套量筒3口部，将通气管5、计量管组合结构2中的计量管21、单向阀门6插入密封胶塞4，计量管组合结构2中的计量管21的下端与距离夹套量筒3上50mL刻度以上450mm处设置的标线31齐平。

2）向装置中注满CO₂：

将密封胶塞4及通气管5、计量管21和单向阀门6取下，将试液缓慢地沿着夹套量筒3的内壁倒入夹套量筒3至其50mL标线处，避免在试液表面形成泡沫，将密封胶塞4及通气管5、计量管21和单向阀门6重新安装好；

将通气管5与CO₂气瓶相连，打开气瓶，保持输出的CO₂气体压力在0.1Mpa，使夹套量筒3内全部充满CO₂气体。通过在单向阀门6处取样进行气相色谱分析来确定CO₂气体的充满程度，并以实现CO₂气体充满夹套量筒3时的时间为充气时间。

3）测定发泡性能：

将实验温度下的试液缓慢地灌入分液漏斗1至其150mm的标线12处，之后将500mL试液灌入分液漏斗1；

打开分液漏斗1的阀门，使发泡剂试液不断流下，直到液面降至分液漏斗1的150mm刻度处关闭其阀门，在液流停止时开始计时，分别记录不同时刻沫顶部所对应的刻度V1和析出液体的液面所对应的刻度V2，V1与V2的差值即为该时刻的泡沫体积，记录V1、V2并得出泡沫体积；记录液流停止时的泡沫体积为最大起泡体积，当泡沫体积减小到最大泡沫体积的一半时的时间为泡沫的半衰期，记录泡沫半衰期。

本实施例测出的起泡高度为330mL，半衰期为925s。

实施例2发泡剂为3000mg/L石油磺酸盐水溶液

配制3000mg/L的石油磺酸盐水溶液1000mL作为试液，重复实施例1的步骤1）～3）。

本实施例测出的起泡高度为340mL，半衰期为1120s。

Claims (13)

1.一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其特征在于，

其包括分液漏斗（1）、计量管组合结构（2）、夹套量筒（3）和密封胶塞（4），通气管（5）、单向阀门（6）和CO₂气瓶；所述计量管组合结构（2）密封安装在分液漏斗（1）下端，所述计量管组合结构（2）与所述分液漏斗（1）均与水平面垂直；所述密封胶塞（4）塞入夹套量筒（3）口部；

所述密封胶塞（4）上设有计量管孔（42），通气管孔（41）和单向阀门孔（43）；所述计量管组合结构（2）通过计量管孔（42）插入所述的夹套量筒（3）内；所述通气管（5）和单向阀门（6）通过所述密封胶塞（4）上设有的通气管孔（41）和单向阀门孔（43）插入所述的夹套量筒（3）内；所述的CO₂气瓶与所述通气管（5）的一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其特征在于：

所述分液漏斗（1）为球型分液漏斗，其下端设置旋塞，在该旋塞轴心线（11）以上150mm处设置一标线（12）。

3.根据权利要求1所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其特征在于：

所述计量管组合结构（2）包括计量管（21）、安装管（22）和橡皮管（23）和底端管（24）；所述底端管（24）与所述的计量管（21）流体连通；所述安装管（22）固定设置在所述计量管（21）与所述底端管（24）的连接处；所述橡皮管包裹安装在所述底端管（24）与安装管（22）连接处；所述计量管（21）通过所述密封胶塞（4）插入所述的夹套量筒（3）内。

4.根据权利要求3所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其特征在于：

所述计量管（21）外的安装管（22）的内径等于该计量管（21）的外径，该安装管（22）的外径等于所述分液漏斗（1）的旋塞的底端管（24）外径；所述计量管（21）采用不锈钢材料，所述安装管（22）采用钢材料。

5.根据权利要求1或3所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其特征在于：

所述夹套量筒（3）由壁厚均匀的耐化学腐蚀的玻璃量筒和夹套管制成，其上部侧壁设置有出水管，其下部侧壁设置有进水管，所述夹套量筒（3）的下端设置有旋塞，所述夹套量筒（3）为双层玻璃夹套；所述夹套量筒（3）上设置有标线A（31），所述标线A为距离所述夹套量筒（3）的50mL刻度以上450mm处。

6.根据权利要求1所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的装置，其特征在于：

所述密封胶塞（4）密封设置在所述夹套量筒（3）口；且所述通气管孔（41）、计量管孔（42）和单向阀门孔（43）从左至右依次设置在密封胶塞（4）上。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的测定装置测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于使用发泡剂试液进行以下步骤：

1）步骤1连接装置；

将所述计量管组合结构（2）安装在所述分液漏斗（1）下端，保持计量管组合结构（2）与分液漏斗（1）同水平面垂直；

将所述通气管（5）、计量管组合结构（2）中的所述计量管（21）、单向阀门（6）与所述密封胶塞（4）连接；

2）步骤2充入CO₂气体；

将试液缓慢地沿着所述夹套量筒（3）的内壁倒入夹套量筒（3）至50mL标线处，避免在试液表面形成泡沫，将连接有所述通气管（5）、计量管（21）和单向阀门（6）的密封胶塞（4）固定安装在所述夹套量筒（3）口部；

将所述通气管（5）与CO₂气瓶相连，打开气瓶，使所述夹套量筒（3）内全部充满CO₂气体；

3）步骤3，测定发泡性能

将实验温度下的试液缓慢地灌入所述分液漏斗（1）至其150mm的标线（12）处，之后将500mL试液灌入分液漏斗（1）；打开分液漏斗（1）的阀门，使试液不断流下，直到液面降至分液漏斗（1）的150mm刻度处关闭其阀门，在液流停止后开始计时，分别记录不同时刻泡沫体积和泡沫半衰期。

8.如权利要求7所述的测定装置测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于，在步骤2中，打开CO₂气瓶后，保持输出的CO₂气体压力在0.1Mpa。

9.根据权利要求7或8所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于：在所述步骤2后，还包括一个检测所述夹套量筒（3）内CO₂气体浓度的步骤：在所述单向阀门（6）处取样并进行气相色谱分析来确定CO₂气体的充满程度，并设定CO₂气体充满夹套量筒（3）时的时间为充气时间。

10.根据权利要求7所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于：

在所述步骤2中，将连接有所述通气管（5）、计量管（21）和单向阀门（6）的密封胶塞（4）固定安装在夹套量筒（3）口部时，所述计量管组合结构（2）中的计量管（21）的下端与所述夹套量筒（3）的标线A（31）齐平，所述标线A为距离所述夹套量筒（3）的50mL刻度以上450mm处；

所述通气管线（5）伸入所述夹套量筒（3）的一端设置在所述试液表面以上；所述单向阀门（6）深入所述夹套量筒（3）的一端高于所述计量管（21）的下端位置。

11.根据权利要求7所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于：

所述方法在测定前，还包括恒温试液和容器的步骤，即用橡皮水管将恒温水浴的出水管和回水管分别连接至夹套量筒（3）的进水管和出水管，将恒温水浴温度调节至30℃～90℃；将试液放入与夹套量筒（3）水浴温度等温的水浴中，使其温度达到水浴温度，备用。

12.根据权利要求11所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于：恒温水浴温度调节至50℃。

13.根据权利要求7所述的一种测定发泡剂在CO₂中发泡性能的方法，其特征在于：所述的发泡剂试液为用作发泡剂的表面活性剂水溶液。