CN105548465B - 一种驱油用泡沫性能的在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱油用泡沫性能的在线检测装置，包括流体泵入装置、中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ、气源和岩芯夹持器，所述中间容器Ⅰ和中间容器Ⅱ并联在流体泵入装置与岩芯夹持器之间，所述气源与岩芯夹持器连接，还包括泡沫在线采集室、泡沫在线观测装置和回压阀，所述泡沫在线采集室的入口端和出口端分别与岩芯夹持器的出口端和回压阀连接。该在线检测装置的结构简单、操作方便、成本低廉，便于在大规模泡沫驱实验中对泡沫性能进行实时检测，同时能够真实地模拟油藏中泡沫的生成过程，更加直观地观测驱替过程中新生成的泡沫情况，获取原始泡沫的数据信息，达到了实时观测多孔介质中生成泡沫性能的目的。

Description

一种驱油用泡沫性能的在线检测装置

技术领域

本发明属于油藏开采技术领域，具体涉及一种驱油用泡沫性能的在线检测装置。

背景技术

在油藏开采的中后期，通过注水补充地层能量是我国大部分油田采用的主要措施。由于油层存在着非均质性，会出现水在油层中“突进”和“窜流”的现象，这将严重影响油藏的开发效果。为了提高注水效果和油藏的采收率，需要及时在油层内采取封堵调剖技术措施。

泡沫驱油提高油藏采收率是上世纪五十年代以来发展的具有前途的三次采油技术。泡沫是指在起泡剂的作用下，气体（空气、氮气或二氧化碳等）在液相中形成的一种分散体系。通过检测泡沫的性能参数对其性能进行评价，并根据泡沫性能选择合理的起泡剂类型、注入速度和气液比等注入参数。

目前，通常采用计算机层析成像技术对泡沫驱油岩芯进行研究和分析，虽然该方法能够直观的描述岩芯中泡沫的生成、特征和分布规律，但是在实际应用过程中仍存在一些缺陷。首先，计算机层析成像技术的测试精度与岩芯样品的大小相矛盾，即当岩芯样品较大时无法保证较高的测试精度；其次，计算机层析成像技术的成本较高，且操作复杂，对实验装置和岩芯样品的要求较高，不利于大规模推广应用。为了能够更精确的测试泡沫性能，可将泡沫从岩芯中导出来，再将导出的泡沫移至测试仪器上进行观察，但是泡沫导出后，稳定性极差，不利于观测，很难得到准确的结果。因此，急需开发一种在线检测装置，对驱油用泡沫的性能进行在线检测和评价，以确保检测结果的准确性和可靠性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种驱油用泡沫性能的在线检测装置，其目的在于：实现在线检测泡沫的形态和性能参数，进而实现泡沫驱模拟实验中注入参数的合理选择，该注入参数包括起泡剂类型、起泡剂浓度、注入速度和气液比等。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种驱油用泡沫性能的在线检测装置，包括流体泵入装置、中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ、气源和岩芯夹持器，所述中间容器Ⅰ和所述中间容器Ⅱ并联在所述流体泵入装置与所述岩芯夹持器之间，所述气源与所述岩芯夹持器连接，还包括泡沫在线采集室、泡沫在线观测装置和回压阀，所述泡沫在线采集室设置在所述岩芯夹持器与所述回压阀之间。

所述岩芯夹持器内装有天然岩芯，通过向岩芯夹持器中泵入气体和起泡剂来模拟地下泡沫驱过程中的泡沫生成情况。起泡剂在岩芯孔隙中受剪切等作用形成细小的泡沫，泡沫从岩芯夹持器的出口端进入泡沫在线采集室内，通过泡沫在线观测装置观察采集室内的泡沫特征，进而研究泡沫性质。由于泡沫性质与岩芯的物性参数、起泡剂的性质、起泡剂的浓度和注入流体的类型等因素有关，因此通过改变岩芯物性参数、起泡剂类型、起泡剂浓度、流体注入速度和气液比等参数进行对比实验产生不同的泡沫，并通过泡沫在线观测装置观察和研究泡沫性质，进而找出泡沫与各参数之间的相互关系。

流体泵入装置和岩芯夹持器用于模拟地层流体流动并产生相应的泡沫。

泡沫在线检测装置的出口端通过管线与回压阀连接，回压阀用于提高岩芯夹持器和泡沫在线检测装置的整体压力，确保在与地层条件一致的情况下检测泡沫的性能。同时回压阀也可维持观察部分的压力稳定，防止压力降过大导致泡沫不稳定甚至破裂等情况发生。

优选的是，所述流体泵入装置通过六通阀Ⅰ与所述中间容器Ⅰ和中间容器Ⅱ连接。中间容器Ⅰ中装入水，中间容器Ⅱ中装入起泡剂。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯夹持器通过六通阀Ⅱ与所述中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ和气源连接。

在上述任一方案中优选的是，所述气源与所述六通阀Ⅱ之间设置气体流量控制装置。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯夹持器通过六通阀Ⅱ与压力采集装置连接。

在上述任一方案中优选的是，所述气体流量控制装置和所述压力采集装置与计算机连接。

在上述任一方案中优选的是，所述泡沫在线采集室的入口端与所述岩芯夹持器的出口端连接，所述泡沫在线采集室的出口端与所述回压阀连接。

泡沫在线采集室的入口端直接与岩芯夹持器的出口端紧密连接，可获取原始泡沫的数据信息。

在上述任一方案中优选的是，所述泡沫在线采集室由载玻片围成长方体形状。载玻片由透明、耐压的材料制成。

在上述任一方案中优选的是，所述泡沫在线采集室内部空间的长度不小于50mm、宽度不小于10mm、高度不大于20μm。

在上述任一方案中优选的是，所述泡沫在线采集室的入口端与所述岩芯夹持器的出口端之间设置金属管线，所述金属管线内部填充钢砂。该金属管线很短，可在一定程度上减少泡沫离开岩芯夹持器后的流动时间，进而减少实验误差，获取原始泡沫的数据信息。金属管线与岩芯夹持器的出口端和泡沫在线检测装置的入口端应采取良好的密封连接。在金属管线内部填充钢砂，用于模拟多孔介质的存在状态。岩芯为多孔介质，钢砂也为多孔介质，泡沫从岩芯流出，进入钢砂，相当于从一种多孔介质直接进入另一种多孔介质，即泡沫始终在多孔介质中运移，这样能够大大减少由于泡沫从多孔介质直接进入非多孔介质而对其结构产生的破坏，从而确保模拟结果更加符合真实情况。

在上述任一方案中优选的是，所述金属管线的长度不大于5mm。

在上述任一方案中优选的是，所述泡沫在线观测装置设置在所述泡沫在线采集室的上方。

在上述任一方案中优选的是，所述泡沫在线观测装置包括高倍显微镜和数据处理系统。通过高倍显微镜观察得到的图像数据再经过图像数据处理系统进行处理，计算视域内的泡沫数量、泡沫直径的平均值、中值和标准差等参数，绘制某直径下的泡沫数量占泡沫总数量的百分比曲线，通过这些参数及阻力因子评价泡沫的性能。

在上述任一方案中优选的是，所述回压阀与手摇泵和计量装置连接。

本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其结构简单，操作方便，安全可靠，成本低廉，便于在大规模泡沫驱实验中对泡沫性能进行实时检测，为泡沫驱的整体设计提供可靠依据。同时能够真实地模拟油藏中泡沫的生成过程，更加直观地观测驱替过程中新生成的泡沫情况，获取原始泡沫的数据信息，解决了常规观察方法中无法实现在线观测泡沫性能的问题，达到了实时观测多孔介质中生成泡沫性能的目的。

本发明还提供一种驱油用泡沫性能的在线检测方法，使用了上述任一种驱油用泡沫性能的在线检测装置，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：对岩芯进行抽真空饱和水后放入岩芯夹持器中，测试岩芯的水相渗透率，并记录水驱过程中的压力变化；

步骤二：根据气液比向岩芯内注入气体和起泡剂，并记录泡沫驱过程中的压力变化；

步骤三：根据泡沫驱过程平稳时的压力和水驱时的压力计算泡沫阻力因子；

步骤四：通过泡沫在线采集室和泡沫在线观测装置实时观测泡沫的形态，获取不同注入时间下的泡沫图像，借助图像处理软件对图像进行处理，得到图像内的泡沫数量以及泡沫直径的平均值、中值和标准差，用来表征泡沫性能参数；

步骤五：根据不同方案下的泡沫阻力因子和泡沫性能参数对比结果，选择合理的注入参数。

优选的是，所述步骤一中，关闭气源阀门和起泡剂阀门，打开水源阀门，测试岩芯的水相渗透率。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，关闭水源阀门，打开气源阀门和起泡剂阀门，气体和起泡剂同时进入岩芯中，实时记录泡沫在岩芯中流动的压力。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，泡沫驱过程中的压力变化除以水驱过程中的压力变化等于泡沫阻力因子。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤四中，泡沫从岩芯夹持器的出口端进入泡沫在线采集室内，然后从泡沫在线采集室的出口端流出进入计量装置。

本发明的驱油用泡沫性能的在线检测方法，其工艺简单，操作方便，安全可靠，能够真实地模拟油藏中泡沫的生成过程，更加直观地观测驱替过程中新生成的泡沫情况，获取原始泡沫的数据信息，达到了实时观测多孔介质中生成泡沫性能的目的。

附图说明

图1为按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的一优选实施例结构示意图；

图2为按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的图1所示实施例的在线检测方法的工艺流程图；

图3为按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的图1所示实施例在气液比为1:1、注入速度为0.1ml/min、注入时间为350min时采集的泡沫图像；

图4为按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的图1所示实施例在气液比为1:1、注入速度为0.1ml/min、注入时间为350min时不同泡沫直径的分布频率直方图，即不同泡沫直径下的泡沫数量占泡沫总数量的百分比；

图5为按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的图1所示实施例在气液比为1:1、注入速度为0.1ml/min、注入时间为350min时泡沫驱压力变化曲线及泡沫阻力因子。

图中标注说明：1-流体泵入装置，2-中间容器Ⅰ，3-中间容器Ⅱ，4-气源，5-岩芯夹持器，6-泡沫在线采集室，7-泡沫在线观测装置，8-回压阀，9-六通阀Ⅰ，10-六通阀Ⅱ，11-气体流量控制装置，12-压力采集装置，13-计算机，14-岩芯夹持器的出口端，15-泡沫在线采集室的入口端，16-泡沫在线采集室的出口端，17-手摇泵，18-计量装置。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

实施例一：

如图1所示，按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的一实施例，其包括流体泵入装置1、中间容器Ⅰ2、中间容器Ⅱ3、气源4和岩芯夹持器5，所述中间容器Ⅰ2和所述中间容器Ⅱ3并联在所述流体泵入装置1与所述岩芯夹持器5之间，所述气源4与所述岩芯夹持器5连接，还包括泡沫在线采集室6、泡沫在线观测装置7和回压阀8，所述泡沫在线采集室6设置在所述岩芯夹持器5与所述回压阀8之间。

本实施例通过向岩芯夹持器中泵入气体和起泡剂来模拟地下泡沫驱过程中的泡沫生成情况。起泡剂在岩芯孔隙中受剪切等作用形成细小的泡沫，泡沫从岩芯夹持器的出口端进入泡沫在线采集室内，通过泡沫在线观测装置观察采集室内的泡沫特征，进而研究泡沫性质。由于泡沫性质与岩芯的物性参数、起泡剂的性质、起泡剂的浓度和注入流体的类型等因素有关，因此通过改变岩芯物性参数、起泡剂类型、起泡剂浓度、流体注入速度和气液比等参数进行对比实验产生不同的泡沫，并通过泡沫在线观测装置观察和研究泡沫性质，进而找出泡沫与各参数之间的相互关系。

流体泵入装置和岩芯夹持器用于模拟地层流体流动并产生相应的泡沫。泡沫在线检测装置的出口端通过管线与回压阀连接，回压阀用于提高岩芯夹持器和泡沫在线检测装置的整体压力，确保在与地层条件一致的情况下检测泡沫的性能。同时回压阀也可维持观察部分的压力稳定，防止压力降过大导致泡沫不稳定甚至破裂等情况发生。

所述流体泵入装置1通过六通阀Ⅰ9与中间容器Ⅰ2和中间容器Ⅱ3连接。中间容器Ⅰ2中装入水，中间容器Ⅱ3中装入起泡剂。

所述岩芯夹持器5通过六通阀Ⅱ10与中间容器Ⅰ2、中间容器Ⅱ3和气源4连接，气源4与六通阀Ⅱ10之间设置气体流量控制装置11。所述岩芯夹持器5通过六通阀Ⅱ10与压力采集装置12连接。气体流量控制装置11和压力采集装置12与计算机13连接。

所述泡沫在线采集室的入口端15直接与岩芯夹持器的出口端14紧密连接，从而获取原始泡沫的数据信息，所述泡沫在线采集室的出口端16与回压阀8连接。泡沫在线采集室6由载玻片围成长方体形状，载玻片由透明、耐压的材料制成。泡沫在线采集室6内部空间的长度为50mm、宽度为10mm、高度为10μm。所述泡沫在线观测装置7设置在泡沫在线采集室6的上方，其包括高倍显微镜和数据处理系统。通过高倍显微镜观察得到的图像数据再经过图像数据处理系统进行处理，计算视域内的泡沫数量以及泡沫直径的平均值、中值和标准差等参数，绘制某直径下的泡沫数量占泡沫总数量的百分比曲线，通过这些参数及阻力因子评价泡沫的性能。所述回压阀8与手摇泵17和计量装置18连接。

如图2所示，采用本实施例的在线检测装置对驱油用泡沫性能进行在线检测的方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：对岩芯进行抽真空饱和水后放入岩芯夹持器中，测试岩芯的水相渗透率，并记录水驱过程中的压力变化；

步骤二：根据气液比向岩芯内注入气体和起泡剂，并记录泡沫驱过程中的压力变化；

步骤三：根据泡沫驱过程平稳时的压力和水驱时的压力计算泡沫阻力因子；

步骤四：通过泡沫在线采集室和泡沫在线观测装置实时观测泡沫的形态，获取不同注入时间下的泡沫图像，借助图像处理软件对图像进行处理，得到图像内的泡沫数量以及泡沫直径的平均值、中值和标准差，用来表征泡沫性能参数；

步骤五：根据不同方案下的泡沫阻力因子和泡沫性能参数对比结果，选择合理的注入参数。

所述步骤一中，关闭气源阀门和起泡剂阀门，打开水源阀门，测试岩芯的水相渗透率。

所述步骤二中，关闭水源阀门，打开气源阀门和起泡剂阀门，气体和起泡剂同时进入岩芯中，实时记录泡沫在岩芯中流动的压力。

所述步骤三中，泡沫驱过程中的压力变化除以水驱过程中的压力变化等于泡沫阻力因子。

所述步骤四中，泡沫从岩芯夹持器的出口端进入泡沫在线采集室内，然后从泡沫在线采集室的出口端流出进入计量装置。

起泡剂的浓度为0.5%，注入的气体为空气，气液比为1:1，气液同时注入岩芯夹持器中，气液注入速度为0.1ml/min，注入时间为350min时泡沫驱过程达到稳定状态。对采集到的泡沫数据进行处理和分析，统计泡沫数量和直径，计算泡沫直径的平均值、中值和标准差，同时计算阻力因子等参数，并绘制相应曲线，以此对泡沫性能进行评价，进而通过评价结果选择合理的注入参数，计算结果如图3-5所示。泡沫直径的平均值为61.7μm、中值为71μm、标准差为17.8μm；泡沫阻力因子为504。

本实施例的驱油用泡沫性能的在线检测装置及方法，操作方便，安全可靠，成本低廉，便于在大规模泡沫驱实验中对泡沫性能进行实时检测，为泡沫驱的整体设计提供可靠依据。同时能够真实地模拟油藏中泡沫的生成过程，更加直观地观测驱替过程中新生成的泡沫情况，获取原始泡沫的数据信息，解决了常规观察方法中无法实现在线观测泡沫性能的问题，达到了实时观测多孔介质中生成泡沫性能的目的。

实施例二：

按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的另一实施例，其结构、各部件之间的连接关系、工作原理及有益效果等均与实施例一相同，不同的是：

所述泡沫在线采集室的入口端与所述岩芯夹持器的出口端之间设置金属管线，金属管线的内部填充钢砂。该金属管线很短，仅为5mm，可在一定程度上减少泡沫离开岩芯夹持器后的流动时间，进而减少实验误差，获取原始泡沫的数据信息。金属管线与岩芯夹持器的出口端和泡沫在线检测装置的入口端应采取良好的密封连接。在金属管线内部填充钢砂，用于模拟多孔介质的存在状态，泡沫从岩芯流出，进入钢砂，相当于从一种多孔介质直接进入另一种多孔介质，即泡沫始终在多孔介质中运移，这样能够大大减少对泡沫结构的破坏，从而确保模拟结果更加符合真实情况。

采用本实施例的在线检测装置对驱油用泡沫性能进行在线检测的方法与实施例一相同。

实施例三：

按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的另一实施例，其结构、各部件之间的连接关系、工作原理及有益效果等均与实施例一相同，不同的是：泡沫在线采集室内部空间的长度为80mm、宽度为30mm、高度为5μm。

采用本实施例的在线检测装置对驱油用泡沫性能进行在线检测的方法与实施例一相同。

实施例四：

按照本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置的另一实施例，其结构、各部件之间的连接关系、工作原理及有益效果等均与实施例二相同，不同的是：泡沫在线采集室内部空间的长度为80mm、宽度为30mm、高度为15μm。泡沫在线采集室的入口端与岩芯夹持器的出口端之间的金属管线的长度为2mm。

采用本实施例的在线检测装置对驱油用泡沫性能进行在线检测的方法与实施例二相同。

本领域技术人员不难理解，本发明的驱油用泡沫性能的在线检测装置包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驱油用泡沫性能的在线检测装置，包括流体泵入装置、中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ、气源和岩芯夹持器，所述中间容器Ⅰ和所述中间容器Ⅱ并联在所述流体泵入装置与所述岩芯夹持器之间，所述气源与所述岩芯夹持器连接，其特征在于：还包括泡沫在线采集室、泡沫在线观测装置和回压阀，所述泡沫在线采集室设置在所述岩芯夹持器与所述回压阀之间；所述泡沫在线采集室由载玻片围成长方体形状，其内部空间的长度为50mm、宽度为10mm、高度为10μm；所述泡沫在线采集室的入口端与所述岩芯夹持器的出口端之间设置金属管线，金属管线的长度为5mm，其内部填充钢砂；所述岩芯夹持器内装有天然岩芯。

2.如权利要求1所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述流体泵入装置通过六通阀Ⅰ与所述中间容器Ⅰ和中间容器Ⅱ连接。

3.如权利要求1所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述岩芯夹持器通过六通阀Ⅱ与所述中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ和气源连接。

4.如权利要求3所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述气源与所述六通阀Ⅱ之间设置气体流量控制装置。

5.如权利要求4所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述岩芯夹持器通过六通阀Ⅱ与压力采集装置连接。

6.如权利要求5所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述气体流量控制装置和所述压力采集装置与计算机连接。

7.如权利要求1所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述泡沫在线采集室的入口端与所述岩芯夹持器的出口端连接，所述泡沫在线采集室的出口端与所述回压阀连接。

8.如权利要求1所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述泡沫在线观测装置设置在所述泡沫在线采集室的上方。

9.如权利要求8所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述泡沫在线观测装置包括高倍显微镜和数据处理系统。

10.如权利要求1所述的驱油用泡沫性能的在线检测装置，其特征在于：所述回压阀与手摇泵和计量装置连接。