CN104749068A - 测量岩心中流动泡沫分布密度的装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种岩心中流动泡沫分布密度测量的装置，包括泡沫注入系统、岩心驱替系统、压力测量系统、计算机、恒温箱及泡沫扫描仪，泡沫注入系统用于提供泡沫驱模拟实验的流体条件；岩心驱替系统用于实现模拟多孔介质泡沫驱的渗流过程；压力测量系统用于实时监测不同位置处的压力；恒温箱用于模拟地层的温度条件；泡沫扫描仪用于测量岩心中流动泡沫的分布密度。利用本发明所述的装置，能够独立完成岩心中流动泡沫的分布密度测量。本发明实用性强，在泡沫采集及扫描的基础上对泡沫分布密度进行定量描述，为研究泡沫在多孔介质中的运移规律提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及测量岩心中流动泡沫分布密度的装置及其工作方法，属于石油化工的技术领域。
背景技术
泡沫是一种特殊的分散体系，气体为分散相，液体为连续相。泡沫油气开采技术是一种利用氮气、天然气或其它气体与泡沫剂混合形成泡沫作为介质的油气增产或提高采收率方法。该技术具有以下优势：一是泡沫具有“遇油消泡、遇水稳定”的特性，在含油饱和度较低的部位泡沫稳定性好，具有较高的渗流阻力，能够迫使注入流体向水驱未波及的区域流动，从而扩大波及体积；二是泡沫剂本身就是一种表面活性剂，在一定程度上降低油水界面张力，从而提高驱油效率。
目前常用的流体在岩心中渗流特征研究手段主要包括层析成像技术、玻璃刻蚀模型和岩心驱替物理模拟系统。层析成像技术无法将多个泡沫区分开，具有较大的局限性；玻璃刻蚀模型可以直观地观测泡沫的结构形态，但是模型不耐高压，只能进行常压下实验；岩心驱替物理模拟系统可以模拟高压下岩心中泡沫的流动特征，但是不可视。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了测量岩心中流动泡沫分布密度的装置；
本发明还公开了上述装置的工作方法；
术语解释：
泡沫分布密度：单位体积气相内泡沫的个数。
本发明的技术方案如下：
测量岩心中流动泡沫分布密度的装置，该装置包括泡沫注入系统、岩心驱替系统、压力测量系统、计算机、恒温箱及泡沫扫描仪，所述泡沫注入系统连接所述岩心驱替系统，所述压力测量系统连接所述计算机，所述泡沫扫描仪连接所述计算机；
所述泡沫注入系统包括高压气瓶、气体质量流量控制仪及起泡剂源；所述高压气瓶连接所述气体质量流量控制仪，所述气体质量流量控制仪连接所述起泡剂源；
所述岩心驱替系统包括地层水源、多测点岩心管、回压阀、手摇泵、产出流体计量装置一和产出流体计量装置二；所述地层水源连接所述多测点岩心管的入口，所述多测点岩心管的出口通过回压阀与产出流体计量装置二相连；所述多测点岩心管的各测点通过四通阀二连接所述产出流体计量装置一，所述的回压阀与手摇泵相连，所述的回压阀受手摇泵控制压力；所述多测点岩心管、所述回压阀、所述手摇泵、所述产出流体计量装置一和所述产出流体计量装置二均设置在所述恒温箱内；
所述压力测量系统包括压力传感器一和压力传感器二，所述压力传感器一的一端连接所述多测点岩心管的入口，所述压力传感器一的另一端连接所述计算机，所述压力传感器二的一端连接所述多测点岩心管的出口，所述压力传感器二的另一端连接所述计算机；
所述起泡剂源用于为所述多测点岩心管注入起泡剂；所述地层水源为所述多测点岩心管注入地层水；所述压力传感器一用于测量所述多测点岩心管的入口的压力；所述压力传感器二用于测量所述多测点岩心管的出口的压力。
根据本发明优选的，所述起泡剂源包括盛放起泡剂的中间容器及平流泵，所述盛放起泡剂的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛放起泡剂的中间容器的出口通过三通阀及所述四通阀一连接所述多测点岩心管的入口，所述气体质量流量控制仪的出口通过三通阀及所述四通阀一连接所述多测点岩心管的入口。
根据本发明优选的，所述地层水源包括盛放地层水的中间容器及所述平流泵，所述盛放地层水的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛放地层水的中间容器的出口通过所述四通阀一连接所述多测点岩心管的入口。
上述装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)模拟地层条件，将石英砂加入所述多测点岩心管中，并气测所述多测点岩心管的渗透率；
(2)对所述多测点岩心管抽真空；
(3)通过所述地层水源对多测点岩心管注入地层水直至饱和，饱和地层水的体积即为所述多测点岩心管的孔隙体积，即1pv；
(4)通过恒温箱对多测点岩心管加热至模拟地层温度，待用；
(5)控制手摇泵，调节回压阀的压力至模拟地层压力；
(6)调节气体质量流量控制仪，将气体注入所述多测点岩心管中，同时，通过起泡剂源将起泡剂注入所述多测点岩心管中，气体与起泡剂在多测点岩心管中混合产生泡沫，在开始注入起泡剂至停止注入起泡剂时间段内，记录通过压力传感器一及压力传感器二分别测得的多测点岩心管入口和出口的压力值；
(7)通过调整四通阀一，利用产出流体计量装置一，所述泡沫每增加sPV时，采集多测点岩心管各测点位置处的流动泡沫并通过泡沫扫描仪测量所述多测点岩心管中流动泡沫的分布密度，其中，s为0.2—5。
根据本发明优选的，通过真空机对所述多测点岩心管抽真空，所述真空机负压为0.1MPa。
根据本发明优选的，所述通过所述地层水源对多测点岩心管注入地层水，是指：通过平流泵将地层水泵入所述多测点岩心管中。
根据本发明优选的，所述通过起泡剂源将起泡剂注入所述多测点岩心管中，是指：通过所述平流泵将起泡剂泵入所述多测点岩心管中。
根据本发明优选的，步骤(6)中，气体注入所述多测点岩心管的注气速率为0.5ml/min—2ml/min。
根据本发明优选的，步骤(6)中，气体与起泡剂在多测点岩心管中混合产生泡沫，气体与起泡剂溶液在多测点岩心管中的混合体积比例为(0.5：1)—(2：1)；产生泡沫的总体积为0.2PV—1PV。
根据本发明优选的，步骤(6)中，起泡剂的质量分数为0.1％—1％；起泡剂注入所述多测点岩心管的速率为0.5ml/min-2ml/min。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过多测点岩心管得到运移至不同位置处的泡沫流体，利用泡沫扫描仪中的光学仪器监测相关参数，得到岩心中流动泡沫分布密度的变化，为研究泡沫在多孔介质中的运移规律提供技术支持；
2、利用本发明所述测量岩心中流动泡沫分布密度的装置，能够独立完成对泡沫驱不同时刻、不同岩心位置处泡沫分布密度的实时测量。
附图说明
图1为本发明所述测量岩心中流动泡沫分布密度的装置的结构示意图；
其中，1、高压气瓶；2、气体质量流量控制仪；3、盛放起泡剂的中间容器；4、盛放地层水的中间容器；5、平流泵；6、四通阀一；7、多测点岩心管；8、四通阀二；9、产出流体计量装置一；10、回压阀；11、产出流体计量装置二；12、手摇泵；13、恒温箱；14、压力传感器一；15、压力传感器二；16、计算机；17、泡沫扫描仪；18、测点。
图2为泡沫为2PV时刻多测点岩心管各测点位置处的不同直径的流动泡沫分布密度频度图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
测量岩心中流动泡沫分布密度的装置，该装置包括泡沫注入系统、岩心驱替系统、压力测量系统、计算机16、恒温箱13及泡沫扫描仪17，所述泡沫注入系统连接所述岩心驱替系统，所述压力测量系统连接所述计算机16，所述泡沫扫描仪17连接所述计算机16；
所述泡沫注入系统包括高压气瓶1、气体质量流量控制仪2及起泡剂源；所述高压气瓶1连接所述气体质量流量控制仪2，所述气体质量流量控制仪2连接所述起泡剂源；
所述岩心驱替系统包括地层水源、多测点岩心管7、回压阀10、手摇泵12、产出流体计量装置一9和产出流体计量装置二11；所述地层水源连接所述多测点岩心管7的入口，所述多测点岩心管7的出口通过回压阀10与产出流体计量装置二11相连；所述多测点岩心管7的各测点18通过四通阀二8连接所述产出流体计量装置一9，所述的回压阀10与手摇泵12相连，所述的回压阀10受手摇泵12控制压力；所述多测点岩心管7、所述回压阀10、所述手摇泵12、所述产出流体计量装置一9和所述产出流体计量装置二11均设置在所述恒温箱13内；
所述压力测量系统包括压力传感器一14和压力传感器二15，所述压力传感器一14的一端连接所述多测点岩心管7的入口，所述压力传感器一14的另一端连接所述计算机16，所述压力传感器二15的一端连接所述多测点岩心管7的出口，所述压力传感器二15的另一端连接所述计算机16；
所述起泡剂源用于为所述多测点岩心管7注入起泡剂；所述地层水源为所述多测点岩心管7注入地层水；所述压力传感器一14用于测量所述多测点岩心管7的入口的压力；所述压力传感器二15用于测量所述多测点岩心管7的出口的压力。
所述起泡剂源包括盛放起泡剂的中间容器3及平流泵5，所述盛放起泡剂的中间容器3底部连接所述平流泵5，所述盛放起泡剂的中间容器3的出口通过三通阀及所述四通阀一6连接所述多测点岩心管7的入口，所述气体质量流量控制仪2的出口通过三通阀及所述四通阀一6连接所述多测点岩心管7的入口。
所述地层水源包括盛放地层水的中间容器4及所述平流泵5，所述盛放地层水的中间容器4底部连接所述平流泵5，所述盛放地层水的中间容器4的出口通过所述四通阀一6连接所述多测点岩心管7的入口。
实施例1所述装置的结构如图1所示。
实施例2
实施例1所述装置的工作方法，所述装置中的所述多测点岩心管7长度为30cm，内径为3.8cm，在所述多测点岩心管7入口端、中间位置及出口端各设有一个测点18；该工作方法的具体步骤包括：
(1)模拟地层条件，将石英砂加入所述多测点岩心管7中，并气测所述多测点岩心管7的渗透率为1250×10-3μm2；
(2)对所述多测点岩心管7抽真空；
(3)通过所述地层水源对多测点岩心管7注入地层水直至饱和，饱和地层水的体积即为所述多测点岩心管7的孔隙体积；根据饱和地层水的体积，测得所述多测点岩心管7的孔隙体积为108.88cm3，即1pv＝108.88cm3，孔隙度为0.32；
(4)通过恒温箱13对多测点岩心管7加热至模拟地层温度65℃，待用；
(5)控制手摇泵12，调节回压阀10的压力至模拟地层压力12MPa；
(6)调节气体质量流量控制仪2，将气体注入所述多测点岩心管7中，同时，通过起泡剂源将起泡剂注入所述多测点岩心管7中，气体与起泡剂在多测点岩心管7中混合产生泡沫，在开始注入起泡剂至停止注入起泡剂时间段内，记录通过压力传感器一14及压力传感器二15分别测得的多测点岩心管7入口和出口的压力值；
(7)通过调整四通阀一6，利用产出流体计量装置一9，所述泡沫每增加0.5PV时，即：泡沫为0.5PV时刻、1PV时刻、1.5PV时刻、2PV时刻、2.5PV时刻、3PV时刻、3.5PV时刻、4PV时刻、4.5PV时刻和5PV时刻，采集多测点岩心管7各测点18位置处的流动泡沫并通过泡沫扫描仪17测量所述多测点岩心管7中流动泡沫的分布密度。
通过真空机对所述多测点岩心管7抽真空，所述真空机负压为0.1MPa。
所述通过所述地层水源对多测点岩心管7注入地层水，是指：通过平流泵5将地层水泵入所述多测点岩心管7中。
所述通过起泡剂源将起泡剂注入所述多测点岩心管7中，是指：通过所述平流泵5将起泡剂泵入所述多测点岩心管7中。
步骤(6)中，气体注入所述多测点岩心管7的注气速率为0.5ml/min。气体与起泡剂在多测点岩心管7中混合产生泡沫，气体与起泡剂在多测点岩心管7中的混合体积比例为1：1；产生泡沫的总体积为0.5PV。起泡剂的质量分数为0.5％；起泡剂注入所述多测点岩心管7的速率为0.5ml/min。
图2为泡沫为2PV时刻多测点岩心管7各测点18位置处的不同直径的流动泡沫分布密度频度图。
由图2可知，入口端泡沫尺寸分布不均匀，但小尺寸泡沫分布密度大，随着泡沫在多孔介质中的运移，出口端和中间位置测点18处泡沫大小分布变得相对集中，大尺寸泡沫分布密度变大。
Claims (10)
1.测量岩心中流动泡沫分布密度的装置，其特征在于，该装置包括泡沫注入系统、岩心驱替系统、压力测量系统、计算机、恒温箱及泡沫扫描仪，所述泡沫注入系统连接所述岩心驱替系统，所述压力测量系统连接所述计算机，所述泡沫扫描仪连接所述计算机；
所述泡沫注入系统包括高压气瓶、气体质量流量控制仪及起泡剂源；所述高压气瓶连接所述气体质量流量控制仪，所述气体质量流量控制仪连接所述起泡剂源；
所述岩心驱替系统包括地层水源、多测点岩心管、回压阀、手摇泵、产出流体计量装置一和产出流体计量装置二；所述地层水源连接所述多测点岩心管的入口，所述多测点岩心管的出口通过回压阀与产出流体计量装置二相连；所述多测点岩心管的各测点通过四通阀二连接所述产出流体计量装置一，所述的回压阀与手摇泵相连，所述的回压阀受手摇泵控制压力；所述多测点岩心管、所述回压阀、所述手摇泵、所述产出流体计量装置一和所述产出流体计量装置二均设置在所述恒温箱内；
所述压力测量系统包括压力传感器一和压力传感器二，所述压力传感器一的一端连接所述多测点岩心管的入口，所述压力传感器一的另一端连接所述计算机，所述压力传感器二的一端连接所述多测点岩心管的出口，所述压力传感器二的另一端连接所述计算机；
所述起泡剂源用于为所述多测点岩心管注入起泡剂；所述地层水源为所述多测点岩心管注入地层水；所述压力传感器一用于测量所述多测点岩心管的入口的压力；所述压力传感器二用于测量所述多测点岩心管的出口的压力。
2.根据权利要求1所述测量岩心中流动泡沫分布密度的装置，其特征在于，所述起泡剂源包括盛放起泡剂的中间容器及平流泵，所述盛放起泡剂的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛放起泡剂的中间容器的出口通过三通阀及所述四通阀一连接所述多测点岩心管的入口，所述气体质量流量控制仪的出口通过三通阀及所述四通阀一连接所述多测点岩心管的入口。
3.根据权利要求1所述测量岩心中流动泡沫分布密度的装置，其特征在于，所述地层水源包括盛放地层水的中间容器及所述平流泵，所述盛放地层水的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛放地层水的中间容器的出口通过所述四通阀一连接所述多测点岩心管的入口。
4.权利要求1-3任一所述测量岩心中流动泡沫分布密度的装置的工作方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)模拟地层条件，将石英砂加入所述多测点岩心管中，并气测所述多测点岩心管的渗透率；
(2)对所述多测点岩心管抽真空；
(3)通过所述地层水源对多测点岩心管注入地层水直至饱和，饱和地层水的体积即为所述多测点岩心管的孔隙体积，即1pv；
(4)通过恒温箱对多测点岩心管加热至模拟地层温度，待用；
(5)控制手摇泵，调节回压阀的压力至模拟地层压力；
(6)调节气体质量流量控制仪，将气体注入所述多测点岩心管中，同时，通过起泡剂源将起泡剂注入所述多测点岩心管中，气体与起泡剂在多测点岩心管中混合产生泡沫，在开始注入起泡剂至停止注入起泡剂时间段内，记录通过压力传感器一及压力传感器二分别测得的多测点岩心管入口和出口的压力值；
(7)通过调整四通阀一，利用产出流体计量装置一，所述泡沫每增加sPV时，采集多测点岩心管各测点位置处的流动泡沫并通过泡沫扫描仪测量所述多测点岩心管中流动泡沫的分布密度，其中，s为0.2—5。
5.根据权利要求4所述工作方法，其特征在于，通过真空机对所述多测点岩心管抽真空，所述真空机负压为0.1MPa。
6.根据权利要求4所述工作方法，其特征在于，所述通过所述地层水源对多测点岩心管注入地层水，是指：通过平流泵将地层水泵入所述多测点岩心管中。
7.根据权利要求4所述工作方法，其特征在于，所述通过起泡剂源将起泡剂注入所述多测点岩心管中，是指：通过所述平流泵将起泡剂泵入所述多测点岩心管中。
8.根据权利要求4所述工作方法，其特征在于，步骤(6)中，气体注入所述多测点岩心管的注气速率为0.5ml/min—2ml/min。
9.根据权利要求4所述工作方法，其特征在于，步骤(6)中，气体与起泡剂在多测点岩心管中混合产生泡沫，气体与起泡剂在多测点岩心管中的混合体积比例为(0.5：1)—(2：1)；产生泡沫的总体积为0.2PV—1PV。
10.根据权利要求4所述工作方法，其特征在于，步骤(6)中，起泡剂的质量分数为0.1％—1％；起泡剂注入所述多测点岩心管的速率为0.5ml/min-2ml/min。
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