CN104502059B - 一种压力波动下泡沫稳定性测试装置及工作方法 - Google Patents
一种压力波动下泡沫稳定性测试装置及工作方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种压力波动下泡沫稳定性测试装置，一种压力波动下泡沫稳定性测试装置，包括泡沫发生部、泡沫测试部、压力调控部和清洗部；所述泡沫发生部、压力调控部和清洗部分别与泡沫测试部并联，通过阀门控制实现：泡沫发生部与泡沫测试部的单独串联；压力调控部与泡沫测试部的单独串联；清洗部与泡沫测试部的单独串联。本发明实现了压力波动条件下泡沫稳定性的测试，弥补了油气田领域现有泡沫稳定评价技术未考虑变压力影响的缺陷。本发明实现了变压力条件下泡沫状态的可视化观察，对于进一步研究泡沫变压力条件泡沫微观形态变化具有重要意义。本发明耐压性强，测试数据均在带压状态下完成，实验数据更贴近油气田生产现场，可信度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力波动下泡沫稳定性测试装置及工作方法，属于石油、天然气开发用泡沫流体性能测试装置技术领域。
背景技术
泡沫作为一种智能、高效、环保、经济的流体，在国内外油气开发中得到广泛的应用，尤其在钻井、完井、压裂、酸化、采油、采气、调剖堵水、冲砂洗井等生产工艺中表现出独特的性能优势。大量油气田开发实践表明，运用泡沫流体是保护油气层、提高油气产量、降低生产成本的有效手段。
泡沫流体的稳定性是其各相性能有效发挥的基础。采用泡沫流体进行油气田生产作业的过程中，泡沫经常会流经地面管网、井下管柱、地层裂缝及孔吼等多个区域。泡沫的流动过程中会受到不同程度压力波动的影响，压力降低会引起泡沫中气体膨胀，甚至导致液膜破裂，压力升高则会引起泡沫中气体收缩，进而加快气液分离速度。目前所采用的泡沫稳定性测试方法基本是在恒定压力条件下进行测试，缺乏在压力波动下泡沫稳定性的测试数据，因此，为了贴近油气田开发生产实际，研发一种压力波动下泡沫稳定性测试装置是十分必要的。
《石油勘探与开发》2002年第4期中，记载了由丁云宏发表的《CO2泡沫压裂液的研究与应用》一篇文章。该文章采用搅拌-静置的方法进行泡沫压裂液的测试。取一定量加有起泡剂的水溶液，置于WARING混调器中，搅拌形成泡沫后，转移到量筒中,记录从泡沫中析出不同液量的时间，以析出一半液量的时间来表征泡沫的半衰期，即其稳定性。这是一种典型的常压下测试泡沫稳定性的方法，这种测试方法的没有考虑压力因素的影响，无法模拟压裂施工过程中的压力变化环境，这将影响测试数据可靠性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种压力波动下泡沫稳定性测试装置，该装置可以测试不同类型压力波动对泡沫稳定性的影响，同时可以实现变压力条件下泡沫状态的可视化。
本发明还提供一种上述测试装置的工作方法。
本发明技术方案在于：
一种压力波动下泡沫稳定性测试装置，包括泡沫发生部、泡沫测试部、压力调控部和清洗部；所述泡沫发生部、压力调控部和清洗部分别与泡沫测试部并联，通过阀门控制实现：泡沫发生部与泡沫测试部的单独串联；压力调控部与泡沫测试部的单独串联；清洗部与泡沫测试部的单独串联。
根据本发明优选的，所述泡沫发生部包括沿气体流动方向依次连接的气瓶、气体流量控制器、第三阀门、第一单向阀、泡沫发生器、第七阀门和第二单向阀，与所述泡沫发生器并联设置有发泡液中间容器，所述发泡液中间容器底部连接有平流泵；
所述泡沫测试部，包括测试筒，所述测试筒包括观测部和活塞部，所述活塞部内依次设置有活塞、活塞轴、活塞柄；所述测试筒固定在岩心夹持器上；所述观测部的侧壁贯通设置有观察窗；在所述观测部设置有压力传感器；所述泡沫发生器通过第七阀门和第二单向阀与所述活塞部相连通；
所述压力调控部包括电控箱、回压阀、与所述电控箱连接的大转矩步进马达；所述电控箱控制大转矩步进马达对所述活塞柄进行传动连接，所述回压阀通过第一阀门与所述测试筒的底部连通，所述回压阀通过第二阀门与所述测试筒的活塞部相连通；
所述清洗部包括蒸馏水中间容器，所述蒸馏水中间容器与发泡液中间容器并联，在所述蒸馏水中间容器和发泡液中间容器的底部连接平流泵；在所述蒸馏水中间容器和平流泵之间设置有第六阀门；在所述发泡液中间容器和平流泵之间设置有第五阀门；在所述蒸馏水中间容器和发泡液中间容器的顶部通过第四阀门与泡沫发生器相连。
所述回压阀连接在所述测试筒的底部，作用是调节测试筒内的压力；
所述大转矩步进马达通过齿轮齿条传动机构与活塞柄连接，作用是实现活塞的升降；
所述压力传感器与测试筒下部连接，作用是监测测试筒中的压力，并将压力信号转化为电信号传送至电控箱；
所述电控箱的作用是接收压力传感器的电信号，并控制大转矩步进马达的上下运动。
根据本发明优选的，所述测试筒为不锈钢圆筒，壁厚为1～2cm，内径为2～3cm，高度为20～30cm。此处设计的目的是为了保证测试筒耐压性，同时采用小容量测试筒，减少了测试液体的消耗。
根据本发明优选的，所述观察窗的高度为10～15cm，观察窗上标示有容量刻度。此处设计的目的是实现泡沫的可视化，监测并计量泡沫流体中液体的析出体积。
一种利用上述测试装置测试压力波动下泡沫稳定性的工作方法，包括步骤如下：
(1)启动测试装置：
连接测试装置的各个部件，启动电控箱，启动平流泵，启动气体流量控制器；
(2)排气：
打开阀门第一阀门、第二阀门；关闭第七阀门；调节电控箱控制大转矩步进马达将所述活塞升至测试筒顶部后，打开第七阀门、第四阀门、第六阀门；关闭第一阀门、第五阀门；调节平流泵将蒸馏水中间容器内的蒸馏水驱入测试筒，直到回压阀中有蒸馏水流出，停止平流泵；
(3)产生泡沫：
打开第一阀门、第七阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门；关闭、第六阀门，设置回压阀过流压力为初始测试压力；调节平流泵将发泡液中间容器中的发泡剂驱入泡沫发生器，同时调节气体流量控制器向泡沫发生器中通入气体，直到回压阀中有泡沫流出后，停止平流泵和气体流量控制器；
(4)测试：
关闭阀门第七阀门，将活塞降低至观察窗上侧，关闭第一阀门，电控箱通过测试筒内反馈的压力信号，控制活塞做周期性往复运动，进而控制测试筒内的压力周期性波动；测试过程中采用图像采集设备监测观察窗中泡沫形态，记录泡沫中液体的析出量VL随时间的变化；
(5)清洗设备：
测试结束后，关闭第三阀门、第五阀门；打开第一阀门、第七阀门，调节平流泵将蒸馏水驱入测试筒，直到回压阀中有蒸馏水流出，继续驱替10～30mL，停止平流泵；打开第一阀门，调节电控箱，控制大转矩步进马达将活塞降低至测试筒底部。
本发明的有益效果：
(1)本发明实现了压力波动条件下泡沫稳定性的测试，弥补了油气田领域现有泡沫稳定评价技术未考虑变压力影响的缺陷。
(2)本发明实现了变压力条件下泡沫状态的可视化观察，对于进一步研究泡沫变压力条件泡沫微观形态变化具有重要意义。
(3)本发明耐压性强，测试数据均在带压状态下完成，实验数据更贴近油气田生产现场，可信度高。
附图说明
图1为本发明所述装置的整体结构示意图；
在图1中，1、大转矩步进马达；2、电控箱；3、岩心夹持器；4、测试筒；5、压力传感器；6、观察窗；7、第一阀门；10、第二阀门；15、第三阀门；17、第四阀门；21、第五阀门；22、第六阀门；11、第七阀门；
8、回压阀；9、活塞；12、活塞轴；13、活塞柄；14、第一单向阀；16、气体流量控制器；18、泡沫发生器；19、发泡液中间容器；20、蒸馏水中间容器；23、平流泵；24、气瓶；25、第二单向阀。
图2为利用实施例1所述装置，按照实施例2所述的工作方法进行评价进行压力波动条件下泡沫稳定性的测试：压力波动下泡沫析液量随时间的变化图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
如图1所示。
实施例1、
一种压力波动下泡沫稳定性测试装置，包括泡沫发生部、泡沫测试部、压力调控部和清洗部；所述泡沫发生部、压力调控部和清洗部分别与泡沫测试部并联，通过阀门控制实现：泡沫发生部与泡沫测试部的单独串联；压力调控部与泡沫测试部的单独串联；清洗部与泡沫测试部的单独串联。
所述泡沫发生部包括沿气体流动方向依次连接的气瓶24、气体流量控制器16、第三阀门15、第一单向阀14、泡沫发生器18、第七阀门11和第二单向阀25，与所述泡沫发生器18并联设置有发泡液中间容器19，所述发泡液中间容器19底部连接有平流泵23；
所述泡沫测试部，包括测试筒4，所述测试筒包括观测部和活塞部，所述活塞部内依次设置有活塞9、活塞轴12、活塞柄13；所述测试筒固定在岩心夹持器3上；所述观测部的侧壁贯通设置有观察窗6；在所述观测部设置有压力传感器5；所述泡沫发生器18通过第七阀门11和第二单向阀25与所述活塞部相连通；
所述压力调控部包括电控箱2、回压阀8、与所述电控箱2连接的大转矩步进马达1；所述电控箱2控制大转矩步进马达1对所述活塞柄13进行传动连接，所述回压阀8通过第一阀门7与所述测试筒4的底部连通，所述回压阀8通过第二阀门10与所述测试筒4的活塞部相连通；
所述清洗部包括蒸馏水中间容器20，所述蒸馏水中间容器20与发泡液中间容器19并联，在所述蒸馏水中间容器20和发泡液中间容器19的底部连接平流泵23；在所述蒸馏水中间容器20和平流泵23之间设置有第六阀门22；在所述发泡液中间容器19和平流泵23之间设置有第五阀门21；在所述蒸馏水中间容器20和发泡液中间容器19的顶部通过第四阀门17与泡沫发生器18相连。
所述测试筒为不锈钢圆筒，壁厚为1～2cm，内径为2～3cm，高度为20～30cm。
所述观察窗的高度为10～15cm，观察窗上标示有容量刻度。
实施例2、
一种利用如实施例1所述测试装置测试压力波动下泡沫稳定性的工作方法，包括步骤如下：
(1)启动测试装置：
连接测试装置的各个部件，启动电控箱2，启动平流泵23，启动气体流量控制器16；
(2)排气：
打开阀门第一阀门7、第二阀门10；关闭第七阀门11；调节电控箱2控制大转矩步进马达1将所述活塞9升至测试筒4顶部后，打开第七阀门11、第四阀门17、第六阀门22；关闭第一阀门7、第五阀门21；调节平流泵23，将蒸馏水中间容器20内的蒸馏水驱入测试筒4，直到回压阀8中有蒸馏水流出，停止平流泵23；
(3)产生泡沫：
打开第一阀门7、第七阀门11、第三阀门15、第四阀门17、第五阀门21；关闭第二阀门10、第六阀门22，设置回压阀8过流压力为初始测试压力；调节平流泵23将发泡液中间容器19中的发泡剂驱入泡沫发生器18，同时调节气体流量控制器16向泡沫发生器18中通入气体，直到回压阀8中有泡沫流出后，停止平流泵23和气体流量控制器16；
(4)测试：
关闭阀门第七阀门11，将活塞9降低至观察窗6上侧，关闭第一阀门7，电控箱2通过测试筒4内反馈的压力信号，控制活塞9做周期性往复运动，进而控制测试筒4内的压力周期性波动；测试过程中采用图像采集设备监测观察窗中泡沫形态，记录泡沫中液体的析出量VL随时间的变化；
(5)清洗设备：
测试结束后，关闭第三阀门15、第五阀门21；打开第一阀门7、第七阀门11，调节平流泵23将蒸馏水驱入测试筒4，直到回压阀8中有蒸馏水流出，继续驱替10～30mL，停止平流泵23；打开第一阀门7，调节电控箱2，控制大转矩步进马达1将活塞降低至测试筒4底部。
利用实施例1所述装置，按照实施例2所述的工作方法进行评价进行压力波动条件下泡沫稳定性的测试：
其中，所施加的压力波动如图2中，初始压力为19MPa，最高压力为22MPa，最低压力为16MPa，振幅为2.5MPa，压力线性变化，周期为4min，测试时间为20min，压力变化曲线如图2，记录泡沫析出液量随时间的变化，同时从观察窗中监测泡沫形态的变化。
Claims (3)
1.一种利用测试装置测试压力波动下泡沫稳定性的工作方法，其中涉及一种压力波动下泡沫稳定性测试装置，包括泡沫发生部、泡沫测试部、压力调控部和清洗部；所述泡沫发生部、压力调控部和清洗部分别与泡沫测试部并联，通过阀门控制实现：泡沫发生部与泡沫测试部单独串联；压力调控部与泡沫测试部单独串联；清洗部与泡沫测试部单独串联；所述泡沫发生部包括沿气体流动方向依次连接的气瓶、气体流量控制器、第三阀门、第一单向阀、泡沫发生器、第七阀门和第二单向阀，与所述泡沫发生器并联设置有发泡液中间容器，所述发泡液中间容器底部连接有平流泵；
所述泡沫测试部，包括测试筒，所述测试筒包括观测部和活塞部，所述活塞部内依次设置有活塞、活塞轴、活塞柄；所述测试筒固定在岩心夹持器上；所述观测部的侧壁贯通设置有观察窗；在所述观测部设置有压力传感器；所述泡沫发生器通过第七阀门和第二单向阀与所述活塞部相连通；
所述压力调控部包括电控箱、回压阀、与所述电控箱连接的大转矩步进马达；所述电控箱控制大转矩步进马达对所述活塞柄进行传动连接，所述回压阀通过第一阀门与所述测试筒的底部连通，所述回压阀通过第二阀门与所述测试筒的活塞部相连通；
所述清洗部包括蒸馏水中间容器，所述蒸馏水中间容器与发泡液中间容器并联，在所述蒸馏水中间容器和发泡液中间容器的底部连接平流泵；在所述蒸馏水中间容器和平流泵之间设置有第六阀门；在所述发泡液中间容器和平流泵之间设置有第五阀门；在所述蒸馏水中间容器和发泡液中间容器的顶部通过第四阀门与泡沫发生器相连；所述工作方法包括步骤如下：
（1）启动测试装置：
连接测试装置的各个部件，启动电控箱，启动平流泵，启动气体流量控制器；
（2）排气：
打开第一阀门、第二阀门；关闭第七阀门；调节电控箱控制大转矩步进马达将所述活塞升至测试筒顶部后，打开第七阀门、第四阀门、第六阀门；关闭第一阀门、第五阀门；调节平流泵将蒸馏水中间容器内的蒸馏水驱入测试筒，直到回压阀中有蒸馏水流出，停止平流泵；
（3）产生泡沫：
打开第一阀门、第七阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门；关闭第二阀门、第六阀门，设置回压阀过流压力为初始测试压力；调节平流泵将发泡液中间容器中的发泡剂驱入泡沫发生器，同时调节气体流量控制器向泡沫发生器中通入气体，直到回压阀中有泡沫流出后，停止平流泵和气体流量控制器；
（4）测试：
关闭第七阀门，将活塞降低至观察窗上侧，关闭第一阀门，电控箱通过测试筒内反馈的压力信号，控制活塞做周期性往复运动，进而控制测试筒内的压力周期性波动；测试过程中采用图像采集设备监测观察窗中泡沫形态，记录泡沫中液体的析出量VL随时间的变化；
（5）清洗设备：
测试结束后，关闭第三阀门、第五阀门；打开第一阀门、第七阀门，调节平流泵将蒸馏水驱入测试筒，直到回压阀中有蒸馏水流出，继续驱替10~30mL，停止平流泵；打开第一阀门，调节电控箱，控制大转矩步进马达将活塞降低至测试筒底部。
2.根据权利要求1所述的一种利用测试装置测试压力波动下泡沫稳定性的工作方法，其特征在于，所述测试筒为不锈钢圆筒，壁厚为1~2cm，内径为2~3cm，高度为20~30cm。
3.根据权利要求1所述的一种利用测试装置测试压力波动下泡沫稳定性的工作方法，其特征在于，所述观察窗的高度为10~15cm，观察窗上标示有容量刻度。
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