CN106526140A - 一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，包括可视实验腔、与所述可视实验腔相连的气体管路、设置在所述可视实验腔内的用于液膜形成的圆环、在所述可视实验腔内还设置有加热器、图像采集部和用于控制、监测可视实验腔内温度、压力及圆环运动速度的控制器。本发明使用电脑，控制器实现自动控制测量，操作方便，测量精确。此外，本发明可以通过图像采集窗观察液膜的生成，破裂过程，记录液膜形成到破裂的时间，从而定量评价泡沫油油气表面的稳定性，揭示温度、压力、气体类型以及原油类型等参数对泡沫油油气表面稳定性的影响规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置及使用方法，属于石油化工的技术领域。
背景技术
稠油在石油资源中所占的比例较大，约占世界探明石油剩余可采储量的50％。如何有效地开采稠油资源，一直是石油界探索的热点问题。近年来，在中国、加拿大、委内瑞拉等几个地区的稠油油藏溶解气驱开采过程中，出现了异常的开发动态：高的采油速度、低的生产气油比、高的一次采收率等，引起了广泛的重视。国内外专家认为泡沫油的出现是上述异常开发动态产生的原因。泡沫油是一种油相连续的含有大量分散气泡的原油，气相呈许多小气泡的形式滞留在油相中。它出现的原因在于特殊稠油独特的化学性质使得油气表面具有较高稳定性，进而使得溶解气能够以微气泡形态分散在原油中。因此，深入了解泡沫油油气表面性质以及形成、破裂过程，明确影响泡沫油油气表面稳定性的参数影响规律，对于提高该类特殊稠油油藏采收率具有重要意义。
发明内容
本发明提出了一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置。
本发明还提供一种上述实验装置的使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，包括可视实验腔、与所述可视实验腔相连的气体管路、设置在所述可视实验腔内的用于液膜形成的圆环、在所述可视实验腔内还设置有加热器、图像采集部和用于控制、监测可视实验腔内温度、压力及圆环运动速度的控制器。
根据本发明优选的，所述气体管路包括依次用管路与所述可视实验腔连接的柱塞泵、阀门Ⅰ、中间容器、阀门Ⅱ和精密压力表。
根据本发明优选的，在所述可视实验腔内设置有油样杯，用于所述圆环垂直上下移动浸入所述油样杯盛装的油样中。
根据本发明优选的，所述可视实验腔的侧壁上设置有图像采集窗，该图像采集窗的底边高度高于所述油样杯的杯口高度。
根据本发明优选的，在所述可视实验腔的侧壁上径向对称设置有2个图像采集窗，在其中一个图像采集窗外设置有向可视实验腔照射的可变光源，在另一个图像采集窗外设置有图像采集部。
根据本发明优选的，在所述可视实验腔的外部设置有驱动所述圆环垂直运动的减速机，所述控制器控制异步电机驱动减速机运转，进而控制所述圆环垂直上下运动。
根据本发明优选的，所述减速机包括输出轴和输入轴，所述输出轴与所述可视实验腔侧壁密封传动，实现外部驱动所述圆环在可视实验腔内垂直运动。
根据本发明优选的，所述可视实验腔包括侧壁、在侧壁的顶端密封设置有上堵头、在侧壁的底端密封设置有下堵头，在上堵头上设置有与所述气体管路相连的气体注入口，在下堵头上设置有出气口。
根据本发明优选的，所述图像采集部包括摄像机和与所述摄像机相连的计算机。在所述计算机内装载有图像采集及实验数据采集、分析类的软件，用于实时对实验数据、图像进行采集并分析。
一种上述实验装置的使用方法，包括：
1)选择油样：在油样杯中加入待实验的油样；
2)选择圆环及移动速度：根据实验需要，选择直径大小合适的圆环安装至输出轴；利用控制器设定所述圆环的移动速度；
3)调节可变光源，打开计算机和摄像机；
4)装入油样杯：用下堵头将油样杯装入可视实验腔，并拧紧；
5)选择实验用气体排出可视实验腔中的空气，然后通过下螺母将下堵头密封；
6)预设并调整实验压力，观察精密压力表数值，到达实验压力后关闭阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，关闭柱塞泵，停止注实验气体，
7)预设并调整实验温度，使用控制器的温度控制面板，调节温度至实验温度，打开温度开关，使油样杯中的油样的温度稳定；
8)液膜形成：通过控制器的速度控制面板以设定好的速度使圆环下降浸入油样杯中，然后移出油样杯，所述圆环形成液膜后再将圆环恒速升至图像采集窗进行图像采集，并记录液膜随时间变化过程。
根据本发明优选的，在步骤1)之前，在所述图像采集部中的计算机中同时输入待实验油样参数、选择实验用气体的参数、压力值、温度值、圆环的直径。
根据本发明优选的，在步骤8)中，记录液膜从产生到破裂的时间得到单次实验液膜存在时间t1。
根据本发明优选的，在所述步骤8)之后，重复步骤8)，并n次形成液膜，计算n次实验所得液膜生存时间的平均值，得到该实验条件下的液膜存在时间t。
根据本发明优选的，分别改变待实验油样参数、选择实验用气体的参数、压力值、温度值、圆环的直径，重复步骤1)-8)。分别改变实验参数，并研究上述参数对液膜存在时间t的影响，从而确定所述实验参数对泡沫油油气表面稳定性的影响规律。
本发明的优势在于：
1、本发明能够可视化液膜的产生、破裂变化过程，满足研究温度、压力、气体种类等多种因素对泡沫油油气表面稳定性影响的需要，有效避免了人为操作所产生的实验误差，实现计算机的自动测量记录，操作方便、省时。
2、本发明所述的实验装置可在高温高压的环境内产生液膜，并实现实验温度和压力可控化，通过注入不同的实验气体、调整温度和压力值，分别实验后用于研究各环境因素对泡沫油油气表面稳定性的影响规律。
3、本发明中还设计了一种恒速受控的用于形成液膜的圆环，实现圆环恒速下移与上提，避免了人为手动操作误差，提高实验的精确性。同时，在工作过程中；本发明还通过控制器和图像采集部自动进行实验操作和观测记录实验数据，操作方便，省时。因此，本发明提出的装置和方法，可以全面评价泡沫油油气表面的稳定性，对于深入了解泡沫油油气表面性质以及形成、破裂过程，明确影响泡沫油油气表面稳定性的参数影响规律，提高该类特殊稠油油藏采收率具有重要意义。
附图说明
图1：本发明所述实验装置的总体结构图；
图2：本发明所述可视实验腔的轴向剖视图；
图3：本发明所述可视实验腔的横截面剖视图；
图4：本发明所述控制器示意图；
图5：为本发明实施例中，不同时间点所采集到的液膜成像图；
图6：利用本发明研究温度和稠油类型对油气表面稳定性影响的结果图；
图7：利用本发明研究压力和温度对油气表面稳定性影响的结果图；
在图1-7中，1.柱塞泵，2.阀门Ⅰ，3.中间容器，4.阀门Ⅱ，5.精密压力表，6.可视实验腔，7.输出轴，8.减速机，9.输入轴，10.异步电机，11.控制器，12.计算机，13.摄像机(微距摄像机)，14.图像采集窗，15.实验台，16.可变光源，17.出气口，18.下螺母，19.压帽，20.上堵头，21.气体注入口，22.圆环，23.油样杯，24.下堵头，25.加热器，26.控温探头，27.速度控制线，28.温度控制线，29.电源线，30.控制器的总开关，31.温度开关，32.温度控制面板，33.速度控制面板。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书对本发明做详细的说明，但不限于此。
以下实施例中所涉及的1号常规稠油、2号常规稠油和泡沫油均指的是不同的实验用油样，只是用于区别不同类的油样，但无具体指代，真正实验时可以具体选择不同类型的油样。
实施例1、
一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，包括可视实验腔6、与所述可视实验腔6相连的气体管路、设置在所述可视实验腔6内的用于液膜形成的圆环22、在所述可视实验腔6内还设置有加热器25、图像采集部和用于控制、监测可视实验腔内温度、压力及圆环运动速度的控制器11。
所述气体管路包括依次用管路与所述可视实验腔6连接的柱塞泵1、阀门Ⅰ2、中间容器3、阀门Ⅱ4和精密压力表5。
在所述可视实验腔6内设置有油样杯23，用于所述圆环22垂直上下移动浸入所述油样杯23盛装的油样中。
所述可视实验腔6的侧壁上设置有图像采集窗14，该图像采集窗14的底边高度高于所述油样杯23的杯口高度。
在所述可视实验腔6的侧壁上径向对称设置有2个图像采集窗14，在其中一个图像采集窗14外设置有向可视实验腔照射的可变光源16，在另一个图像采集窗14外设置有图像采集部。
在所述可视实验腔6的外部设置有驱动所述圆环22垂直运动的减速机8，所述控制器11控制异步电机10驱动减速机8运转，进而控制所述圆环22垂直上下运动。
所述减速机8包括输出轴7和输入轴9，所述输出轴7与所述可视实验腔6侧壁密封传动，实现外部驱动所述圆环22在可视实验腔6内垂直运动。
实施例2、
如实施例1所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其区别在于，所述可视实验腔6包括侧壁、在侧壁的顶端密封设置有上堵头20、在侧壁的底端密封设置有下堵头24，在上堵头20上设置有与所述气体管路相连的气体注入口21，在下堵头24上设置有出气口17。下堵头24上部用于放置油样杯23，下堵头上部为圆形，直径为4cm，油样杯直径为3cm，可以防止实验过程中油样杯移动，保证圆环22可以进入油样杯，之后形成液膜。下堵头24下部开有出气口17，用于排出可视实验腔6内气体，下螺母18用于密封出气口17。下堵头24与可视实验腔6之间用丝扣连接，便于拆卸放置油样杯，从而可以减少重复实验的时间。
其中，恒速控制圆环是利用异步电机10、输入轴9、减速机8、输出轴7、圆环22依次连接，组成动力传递部分，可以使圆环22以较低的稳定速度向下移动浸入油样杯23，之后向上移动至图像采集窗的高度形成液膜；气体管路和动力传递部分与可视实验腔通过上堵头20连接。上堵头20侧面开有气体注入口21，与气体管路相连；上堵头20在中间开孔与动力传递部分的输入轴9连接，两者之间用压帽19密封；上堵头20与可视实验腔6之间用螺栓连接；
其中，所述控制器11由速度控制面板33、温度控制面板32、温度开关31、温度速度控制箱总开关30、电源线29、温度控制线28、速度控制线27组成；
其中，可视实验腔6中分布有四个加热器25，一个控温探头26，两者都通过温度控制线28与控制器11相连，用于控制可视实验腔6中的温度；速度控制线28一端与动力传递部分的异步电机10连接，另一端与控制器速度控制面板33连接。
在本实施例中，所述可视实验腔的最高耐压为15MPa，最高耐温为150℃,可以覆盖油田开发过程中的温度和压力范围，从而可以研究温度和压力对泡沫油油气表面稳定性的研究需要。同时，为了避免试样的浪费，又满足实验形成液膜的需要，设计可视实验腔6容积为80ml。
可视实验腔6的图像采集窗14为圆形，直径应大于圆环22直径，保证可以清楚观察液膜形态，记录液膜形成到破裂的时间。
所述圆环垂直移动的速度为：0.1cm/s-0.18cm/s。
所述输出轴7与圆环22通过丝扣连接，可以更换不同直径的圆环22，用于研究液膜面积对泡沫油油气表面稳定性的影响。圆环22有三种直径分别为：0.7cm、1.2cm、1.7cm。
实施例3、
如实施例1、2所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其区别在于，所述图像采集部包括摄像机13和与所述摄像机相连的计算机12。在所述计算机12内装载有图像采集及实验数据采集、分析类的软件，用于实时对实验数据、图像进行采集并分析。
实施例4、
一种如实施例1-3所述实验装置的使用方法，包括：
1)选择油样：在油样杯23中加入待实验的油样；选择油样为2号常规稠油；
2)选择圆环22及移动速度：根据实验需要，选择直径大小合适的圆环22安装至输出轴7；利用控制器11设定所述圆环22的移动速度；本发明实施例中,设定的输出轴7移动速度为0.17cm/s，使用的是直径为1.2cm的圆环22；
3)调节可变光源16，打开计算机12和摄像机13；
4)装入油样杯23：用下堵头24将油样杯23装入可视实验腔6，并拧紧；
5)选择实验用气体排出可视实验腔6中的空气，然后通过下螺母将下堵头24密封；打开阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，用柱塞泵将中间容器中的实验气体以较小的流量注入可视实验腔1～2小时，之后，通过下螺母将下堵头密封，本发明实施例中,使用的中间容器内的实验气体为氮气；
6)预设并调整实验压力，观察精密压力表数值，到达实验压力后关闭阀门Ⅰ2和阀门Ⅱ4，关闭柱塞泵3，停止注实验气体，本发明实施例中,试验压力为大气压；
7)预设并调整实验温度，使用控制器11的温度控制面板32，调节温度至实验温度，打开温度开关，使油样杯中的油样的温度稳定；本发明实施例中,实验温度为30℃；
8)液膜形成：通过控制器11的速度控制面板33以设定好的速度使圆环下降浸入油样杯23中，然后移出油样杯23，所述圆环22形成液膜后再将圆环22恒速升至图像采集窗14进行图像采集，并记录液膜随时间变化过程。
实施例5、
如实施例4所述的实验装置的使用方法，其区别在于，在步骤1)之前，在所述图像采集部中的计算机12中同时输入待实验油样参数、选择实验用气体的参数、压力值、温度值、圆环的直径。
实施例6、
如实施例5所述的实验装置的使用方法，其区别在于，在步骤8)中，记录液膜从产生到破裂的时间得到单次实验液膜存在时间t1，本发明实施例中记录单次实验液膜存在时间t1＝1.42min；此外，由图5可以观察、记录液膜随随时间的变化过程，由图5可知，随着时间的进行，由于重力排液作用的影响，液膜面积逐渐减小，直至完全破裂。
在所述步骤8)之后，重复步骤8)，并n次形成液膜，计算n次实验所得液膜生存时间的平均值，得到该实验条件下的液膜存在时间t。
本发明实施例中；t＝2.68min。
分别改变待实验油样参数、选择实验用气体的参数、压力值、温度值、圆环的直径，重复步骤1)-8)。分别改变实验参数，并研究上述参数对液膜存在时间t的影响，从而确定所述实验参数对泡沫油油气表面稳定性的影响规律。
本发明实施例改变油样类型(分别改为1号常规稠油和泡沫油)、温度(35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃)和压力(4MPa和10MPa)进行重复实验，记录不同实验条件下的液膜存在时间，从而研究原油类型、温度和压力对油气表面稳定性的影响。由图6可知，通过本发明所述的装置观测到，所述泡沫油的液膜存在时间大于1号常规稠油和2号常规稠油，由此可知，泡沫油油气表面稳定性要强于常规稠油，这是其能够形成稳定小气泡的主要原因。此外，随着温度的升高，无论是泡沫油还是常规稠油，其液膜存在时间均降低，因此，较高的油藏温度不利于油气表面稳定，从而不易形成泡沫油现象，具有较好的开发效果。由图7可知，针对同一种油样，随着压力的增加，液膜存在时间增加，即较高的压力有利于形成泡沫油，对泡沫油油藏溶解气驱开发过程有利。此外，无论何种压力下，随着温度的增加，液膜存在时间减小，油气表面越不稳定，与图6的实验结果一致。
Claims (10)
1.一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，该装置包括可视实验腔、与所述可视实验腔相连的气体管路、设置在所述可视实验腔内的用于液膜形成的圆环、在所述可视实验腔内还设置有加热器、图像采集部和用于控制、监测可视实验腔内温度、压力及圆环运动速度的控制器。
2.根据权利要求1所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，所述气体管路包括依次用管路与所述可视实验腔连接的柱塞泵、阀门Ⅰ、中间容器、阀门Ⅱ和精密压力表；
优选的，在所述可视实验腔内设置有油样杯，用于所述圆环垂直上下移动浸入所述油样杯盛装的油样中；
优选的，所述可视实验腔的侧壁上设置有图像采集窗，该图像采集窗的底边高度高于所述油样杯的杯口高度。
3.根据权利要求2所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，在所述可视实验腔的侧壁上径向对称设置有2个图像采集窗，在其中一个图像采集窗外设置有向可视实验腔照射的可变光源，在另一个图像采集窗外设置有图像采集部。
4.根据权利要求1所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，在所述可视实验腔的外部设置有驱动所述圆环垂直运动的减速机，所述控制器控制异步电机驱动减速机运转，进而控制所述圆环垂直上下运动。
5.根据权利要求4所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，所述减速机包括输出轴和输入轴，所述输出轴与所述可视实验腔侧壁密封传动，实现外部驱动所述圆环在可视实验腔内垂直运动。
6.根据权利要求1所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，所述可视实验腔包括侧壁、在侧壁的顶端密封设置有上堵头、在侧壁的底端密封设置有下堵头，在上堵头上设置有与所述气体管路相连的气体注入口，在下堵头上设置有出气口。
7.根据权利要求1所述的一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，其特征在于，所述图像采集部包括摄像机和与所述摄像机相连的计算机。
8.一种如权利要求1-8任意一项所述实验装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
1)选择油样：在油样杯中加入待实验的油样；
2)选择圆环及移动速度：根据实验需要，选择直径大小合适的圆环安装至输出轴；利用控制器设定所述圆环的移动速度；
3)调节可变光源，打开计算机和摄像机；
4)装入油样杯：用下堵头将油样杯装入可视实验腔，并拧紧；
5)选择实验用气体排出可视实验腔中的空气，然后通过下螺母将下堵头密封；
6)预设并调整实验压力，观察精密压力表数值，到达实验压力后关闭阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，关闭柱塞泵，停止注实验气体，
7)预设并调整实验温度，使用控制器的温度控制面板，调节温度至实验温度，打开温度开关，使油样杯中的油样的温度稳定；
8)液膜形成：通过控制器的速度控制面板以设定好的速度使圆环下降浸入油样杯中，然后移出油样杯，所述圆环形成液膜后再将圆环恒速升至图像采集窗进行图像采集，并记录液膜随时间变化过程。
9.如权利要求8所述实验装置的使用方法，其特征在于，在步骤1)之前，在所述图像采集部中的计算机中同时输入待实验油样参数、选择实验用气体的参数、压力值、温度值、圆环的直径。
10.如权利要求8所述实验装置的使用方法，其特征在于，在步骤8)中，记录液膜从产生到破裂的时间得到单次实验液膜存在时间t1；
优选的，在所述步骤8)之后，重复步骤8)，并n次形成液膜，计算n次实验所得液膜生存时间的平均值，得到该实验条件下的液膜存在时间t；
优选的，分别改变待实验油样参数、选择实验用气体的参数、压力值、温度值、圆环的直径，重复步骤1)-8)。
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