CN107271644B - 一种co2驱原油分离发泡性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置及方法，所述装置包括CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块，CO2驱原油预配置模块包括第一活塞压力容器，容器内的下部为CO2与原油混合空间，底部连接CO2注入装置与原油注入装置，上部为压力控制空间，顶部连接压力气体注入装置；发泡模拟模块包括第二活塞压力容器，其内一端为含CO2原油发泡模拟空间，连通第一活塞压力容器下部空间，另一端为压力控制空间。本发明可以模拟开展CO2溶解度、CO2驱原油降压发泡、流动降压发泡、发泡力及泡沫稳定性测试。
Description
技术领域
本发明是关于一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置及方法，具体地说，是关于一种用于测试评价CO2驱原油在集输分离中的发泡能力及泡沫稳定性的装置及测试方法，属于油气集输系统中的油气分离技术领域，也可用于气驱技术研究。
背景技术
CO2驱油既能提高采收率，又可以减少温室气体排放，具有广阔的应用前景。但CO2驱采出原油在计量、分离及输送过程中可能会出现由于CO2逸出而发泡的现象，导致分离困难，计量不准，甚至三相分离器中的冒罐事故，造成油井停产。研究CO2存在条件下原油发泡问题，有助于深化对原油发泡机理和规律的认识，有助于提前预判原油的发泡性，为开展原油分离工艺设计优化及消泡研究奠定理论基础，从而为CO2驱原油集输系统的安全运行提供可靠的理论支持，将有力推动环保、高效的CO2驱油技术的广泛应用。
发泡性能研究一般分为泡沫生成与泡沫稳定性测量两部分。泡沫稳定性一般采用泡沫体积随时间变化的方式测量，常用半衰期表征。泡沫的生成方法常用的有注气法、倾泻法、搅拌法和降压法等，其中，降压法可模拟压力变化引起的发泡，是一种可研究压力影响的泡沫生成和稳定性测试方法。
CN 104502059 A公开了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。该装置可实现压力波动条件下泡沫稳定性的测试。
CN 105588922 A公开了一种原油中CO2溶解度与泡沫稳定性测试装置及方法，包括注气部、入口压力调控部、泡沫测试部和出口压力调控部，通过入口压力调控部两级阀门的联合调节可以精确控制透明反应釜内的压力，利用恒温水浴和透明水套间的循环水对透明反应釜进行精确控温，利用气体流量计可以精确计量注入透明反应釜的CO2体积，进而得到设定温度和压力条件下原油中CO2的溶解度。该装置及方法能够模拟溶气原油的降压分离工艺，能够对不同温度和压力条件下原油中CO2的溶解性能和CO2泡沫的稳定性能进行测试和评价。
然而，现有测试泡沫稳定性的方法一般仅考虑了压力变化对泡沫生成的影响，而没有考虑压力降低过程中流体的流动、CO2浓度以及气液分离的影响，不能准确地模拟CO2驱原油由管道进入分离器的过程和条件。
因此，设计一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置及方法十分必要。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置。
本发明的另一目的在于提供一种CO2驱原油分离发泡性能测试方法。
一方面，本发明提供了一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置，该装置包括CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块，其中：
所述CO2驱原油预配置模块包括第一活塞压力容器10；第一活塞压力容器10内的下部为CO2与原油混合空间，底部连接CO2注入装置与原油注入装置；第一活塞压力容器10内的上部为压力控制空间，顶部连接压力气体注入装置；
所述发泡模拟模块包括第二活塞压力容器20；第二活塞压力容器20内的空间一端为含CO2原油发泡模拟空间，该空间通过模拟管道23连通第一活塞压力容器10内下部的CO2与原油混合空间；第二活塞压力容器20内的空间另一端为压力控制空间，连接压力气体注入装置。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置中，所述CO2注入装置包括CO2气瓶1，通过管道连接第一活塞压力容器10内的下部空间；所述管道上设置调压阀6、气体流量计9。此外，CO2气瓶1设置CO2气瓶阀门2。可以通过CO2气瓶提供气源，以及调压阀调节压力，气体流量计计量CO2气体的流量，从而精确控制原油中溶解的CO2量，得到溶解有不同CO2量的原油。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置中，所述原油注入装置包括储油容器7，通过管道连接第一活塞压力容器10内的下部空间；所述管道上设置阀门8。更具体地，所述储油容器7为第三活塞压力容器，容器内的上部空间为储油空间，下部为水压空间，外接手摇泵5，用以驱动储油容器7内的油注入第一活塞压力容器10。通过手摇泵以及活塞装置，可以精确控制进入CO2溶解容器的原油的量。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置中，所述第一活塞压力容器10还包括搅拌装置11，用于促进第一活塞压力容器10下部空间内CO2与原油的混合。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置中，所述第一活塞压力容器10内的下部空间还设有活塞限位器13。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置中，所述第一活塞压力容器10内的下部空间还设有原油防涡器18。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置还包括环境模拟模块，所述环境模拟模块包括用于维持CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块环境温度的装置，如水浴装置29。通过水浴系统，可以精确控制实验温度，继而在不同压力、温度下进行原油发泡实验。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置中，所述环境模拟模块包括用于控制CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块温度和压力的控制器30。
根据本发明的具体实施方案，本发明的装置可由透明材质制成，并且可在活塞压力容器上分别刻有刻度线，便于在实验过程中进行观察和计量，配以高速摄像机，可以实现泡沫体积精确计量和泡沫变化的精细观察。
另一方面，本发明还提供了一种CO2驱原油分离发泡性能测试方法，该方法是利用本发明所述的装置测试CO2驱原油分离发泡性能，其包括步骤：
步骤一：将CO2与原油分别注入第一活塞压力容器(10)内的下部空间，使CO2与原油混合，得到溶有CO2的原油；
步骤二：将溶有CO2的原油通过模拟管道(23)引入第二活塞压力容器(20)内的含CO2原油发泡模拟空间，使原油中溶解的CO2解析出现发泡现象，测试CO2驱原油分离发泡性能。
优选地，该方法还包括：参照上述步骤一和步骤二，改变CO2流量，得到溶有不同CO2量的原油，从而可以测试溶有不同CO2量的CO2驱原油分离发泡性能。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其中，第一活塞压力容器(10)可以单独使用，模拟无外界气体影响条件下的降压发泡研究/CO2在原油中溶解度研究，第一活塞压力容器(10)也可以去掉活塞单独使用，模拟有外界气体条件下降压发泡研究/CO2在原油中溶解度研究。
根据本发明的具体实施方案，本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其中，第二活塞压力容器20可去掉活塞使用，模拟容器中原有气体(例如CO2等)的影响。此外，第二活塞压力容器20可竖立或横向放置使用，以模拟不同的工况。其他活塞压力容器也可以横置使用。
本发明的装置和方法，能够测试不同CO2浓度、不同压力、温度条件下CO2驱原油发泡的发泡力及泡沫稳定性，可以模拟分离器中原有的油和CO2对发泡性能的影响，可实现高温高压条件下样品的连续配置和发泡实验，避免了压力、温度和过程时间对结果的影响，为CO2驱原油在实际生产过程中可能遇到的发泡问题提供预判方法。该装置的测试结果可以为油田三相分离器的设计、运行提供参考。
附图说明
图1是本发明的CO2驱原油分离发泡性能测试装置的结构示意图。
图中各标号说明：
1—CO2气瓶 2—CO2气瓶阀门 3—N2气瓶
4—N2气瓶阀门 5—手摇泵 6—调压阀
7—储油容器 8—阀门 9—气体流量计
10—第一活塞压力容器 11—搅拌装置 12—放空阀
13—活塞限位器 14—温度传感器 15—压力传感器
16—调压阀 17—放空阀 18—防涡器
19—阀门 20—第二活塞压力容器 21—放空阀
22—入口遮挡板 23—模拟管道 24—温度传感器
25—压力传感器 26—调压阀 27—放空阀
28—三通 29—水浴装置 30—控制器
31—温度传感器 32—摄像机
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明，这些实施例并不用于限制本发明。
请参见图1所示，本发明提供了一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置及方法，该装置主要包括CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块，其中：
所述CO2驱原油预配置模块包括注气部分、注油部分和CO2溶解部分，采用高压密闭的方法搅拌混合原油和CO2。注气部分包括CO2气瓶1、CO2气瓶出口阀门2、调压阀6、气体流量计9，通过管道串联接入第一活塞压力容器10的下部空间。注油部分包括手摇泵5、储油容器7、阀门8，通过管道串联接入第一活塞压力容器10的下部空间。CO2溶解部分包括第一活塞压力容器10、对第一活塞压力容器10下部空间内物料进行搅拌的搅拌装置11。高压的CO2与原油在第一活塞压力容器10的下部空间相互混合溶解，搅拌装置11起到加速溶解和混合的作用。所述第一活塞压力容器10的底部还设有活塞限位器13、放空阀门12、温度传感器14和防涡器18。所述第一活塞压力容器10的顶部连接背压阀17和调压阀16，通过N2气瓶3提供的气源控制第一活塞压力容器10内的压力。
所述发泡模拟模块，包括第二活塞压力容器20。来自活塞压力容器10的混合CO2的原油经过防涡器18流出、沿模拟管道23通过阀门19进入第二活塞压力容器20的上部空间。所述第二活塞压力容器20的顶部还设有放空阀门21、温度传感器24，模拟管道23进入第二活塞压力容器20的入口处设有入口遮挡板22。所述第二活塞压力容器20的底部空间连接调压阀26、背压阀27，控制第二活塞压力容器20内的背压。发泡模拟模块以模拟管道23的内径控制流速，研究分离条件的影响。以活塞隔离研究原油及二氧化碳混合物各组分的影响。
此外，本发明的装置还包括环境模拟模块。环境模拟模块主要包括水浴装置29以及控制器30。本模块采用全水浴式保温，使所有模块保持在恒温条件，可防止管线的温度变化带来的影响甚至堵塞。
应用本发明的装置进行CO2驱原油分离发泡性能测试时，用手摇泵将脱气原油注入CO2溶解模块，同时CO2气瓶提供的CO2气体经过流量计计量后进入CO2溶解模块，之后气液在设定的背压条件下以及搅拌装置的作用下均匀混合，进入发泡模拟模块进行流动降压发泡实验，观察生成泡沫的体积以及泡沫体积随时间的变化。第一及第二活塞压力容器的压力由N2气瓶提供的气源以及调压阀精确控制。实验温度由水浴系统精确控制。
在油气集输过程中，当管道中压力较高时，原油中可能会溶解较多的CO2气体，当原油和CO2混合液进入分离器以后，压力降低，CO2会以气体形式从原油中解析出来。由于原油中的沥青质、固体颗粒等杂质的存在，析出的气体会生成气泡并且有一定的稳定性。本发明的装置及方法可以模拟这一流动降压过程中CO2驱原油分离发泡性能。生成泡沫体积的最大值可以作为相应条件下原油的发泡力指标，而泡沫持续存在的时间可以作为泡沫的稳定性指标。
实施例1
本实施例的CO2驱原油分离发泡性能测试装置如图1所示，该装置包括：CO2气瓶1、CO2气瓶阀门2、N2气瓶3、N2气瓶阀门4、手摇泵5、调压阀6、储油容器7、阀门8、气体流量计9、第一活塞压力容器10、搅拌装置11、放空阀12、活塞限位器13、温度传感器14、压力传感器15、调压阀16、放空阀17、防涡器18、阀门19、第二活塞压力容器20、放空阀21、入口遮挡板22、模拟管道23、温度传感器24、压力传感器25、调压阀26、放空阀27、三通28、水浴装置29、控制器30、温度传感器31、摄像机32。所述CO2气瓶1之后安装有CO2气瓶阀门2，CO2气体通过气体流量计9进入第一活塞压力容器10的下部空间。N2气瓶3内的N2气体通过N2气瓶阀门4、三通28分别进入第一活塞压力容器10的上部空间和第二活塞压力容器20的下部空间用于调节两容器的实验背压。所述储油容器7通过手摇泵5控制活塞上下移动，将预热后的原油通过管道输送至第一活塞压力容器10的下部空间，与来自CO2气瓶1的CO2气体混合。当含有CO2的原油制备好以后，通过模拟管道23进入第二活塞压力容器20的上部空间。
本实施例中，所述储油容器7为不锈钢制成，为圆柱形，内径50mm，高500mm，承压能力5MPa。
所述第一活塞压力容器10为透明材质制成，为圆柱形，内径50mm，高500mm，承压能力2MPa。容器外壁刻有刻度，可观测和计量原油体积与CO2的溶解情况。
所述第二活塞压力容器20为透明材质制成，为圆柱形，内径80mm，高600mm，承压能力1MPa。容器外壁刻有刻度，可精确测定原油发泡后的体积。
所述水浴装置29为透明材质制成，为一长方体，长300mm，宽800mm，高700mm。
本实施例中，应用上述装置测试泡沫发泡力及稳定性的测试步骤如下：
1.制备溶有CO2的原油：
(1)打开N2气瓶3的出口阀门，调节第一活塞压力容器10的调压阀16开度，使第一活塞压力容器10的压力稳定在设定压力P1；
(2)开启水浴装置，将温度调节至设定温度T1；
(3)摇动手摇泵5，使储油容器7内V1体积的原油经过阀门8进入第一活塞压力容器10的下部空间；
(4)打开CO2气瓶1的CO2气瓶阀门2及调压阀6，通过气体流量计9的计量，使CO2气瓶1内V2体积的CO2气体进入第一活塞压力容器10的下部空间；
(5)打开第一活塞压力容器10的搅拌装置11的开关，加速CO2在原油中的溶解/混合。
2.进行原油流动降压发泡实验：
(1)调整第二活塞压力容器20的调压阀26的开度，使第二活塞压力容器下部空间的压力达到设定压力P2；
(2)打开模拟管道23上的阀门19，由于P1>P2，所以第一活塞压力容器10的活塞将在压力的驱动下，将配置好的原油压入第二活塞压力容器20的上部空间。由于压力的突然降低，原油中溶解的CO2将解析，并出现发泡现象。记录此时第二活塞压力容器20中的泡沫体积，便可得到此次实验的原油的发泡能力；
3.生成泡沫的稳定性观测：
定时观察并记录第二活塞压力容器20中泡沫的体积，直至泡沫完全消失，可以得到泡沫体积与时间的关系，以此确定此次实验的泡沫稳定性。
各实验参数的具体数值见表1。
表1 各实验参数取值
本发明仅以上述实施为例进行说明，各部件的结构、尺寸、耐压、设置位置及其连接都可以有所变化。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明的发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (12)
1.一种CO2驱原油分离发泡性能测试方法，该方法是利用一种CO2驱原油分离发泡性能测试装置测试CO2驱原油分离发泡性能，其中：
所述CO2驱原油分离发泡性能测试装置包括CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块，其中：
所述CO2驱原油预配置模块包括第一活塞压力容器(10)；第一活塞压力容器(10)内的下部为CO2与原油混合空间，底部连接CO2注入装置与原油注入装置；第一活塞压力容器(10)内的上部为压力控制空间，顶部连接压力气体注入装置；
所述发泡模拟模块包括第二活塞压力容器(20)；第二活塞压力容器(20)内的空间一端为含CO2原油发泡模拟空间，该空间通过模拟管道(23)连通第一活塞压力容器(10)内下部的CO2与原油混合空间；第二活塞压力容器(20)内的空间另一端为压力控制空间，连接压力气体注入装置；并且，模拟管道(23)进入第二活塞压力容器(20)的入口处设有入口遮挡板(22)；
所述方法包括步骤：
步骤一：将CO2与原油分别注入第一活塞压力容器(10)内的下部空间，使CO2与原油混合，得到溶有CO2的原油；
步骤二：将溶有CO2的原油通过模拟管道(23)引入第二活塞压力容器(20)内的含CO2原油发泡模拟空间，使原油中溶解的CO2解析出现发泡现象，测试CO2驱原油分离发泡性能；
其中，第一活塞压力容器(10)的压力稳定在设定压力P1，第二活塞压力容器下部空间的压力达到设定压力P2，P1>P2，第一活塞压力容器(10)的活塞在压力的驱动下，将配置好的原油压入第二活塞压力容器(20)的上部空间；由于压力的突然降低，原油中溶解的CO2将解析，并出现发泡现象；记录此时第二活塞压力容器(20)中的泡沫体积，便可得到此次实验的原油的发泡能力；
定时观察并记录第二活塞压力容器(20)中泡沫的体积，直至泡沫完全消失，可以得到泡沫体积与时间的关系，以此确定此次实验的泡沫稳定性。
2.根据权利要求1所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，所述CO2注入装置包括CO2气瓶(1)，通过管道连接第一活塞压力容器(10)内的下部空间；所述管道上设置调压阀(6)、气体流量计(9)。
3.根据权利要求1所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，所述原油注入装置包括储油容器(7)，通过管道连接第一活塞压力容器(10)内的下部空间；所述管道上设置阀门(8)。
4.根据权利要求3所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，所述储油容器(7)为第三活塞压力容器，容器内的上部空间为储油空间，下部为水压空间，外接手摇泵(5)，用以驱动储油容器(7)内的油注入第一活塞压力容器(10)。
5.根据权利要求1所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，所述第一活塞压力容器(10)还包括搅拌装置(11)，用于促进第一活塞压力容器(10)下部空间内CO2与原油的混合。
6.根据权利要求1所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，所述第一活塞压力容器(10)内的下部空间还设有活塞限位器(13)和/或原油防涡器(18)。
7.根据权利要求1所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，该装置还包括环境模拟模块，所述环境模拟模块包括用于维持CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块环境温度的装置。
8.根据权利要求7所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，用于维持CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块环境温度的装置为水浴装置(29)。
9.根据权利要求7所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，其特征在于，所述环境模拟模块包括用于控制CO2驱原油预配置模块和发泡模拟模块温度和压力的控制器(30)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，该方法还包括：参照上述步骤一和步骤二，改变CO2流量，得到溶有不同CO2量的原油，测试溶有不同CO2量的CO2驱原油分离发泡性能。
11.根据权利要求1-9任一项所述的CO2驱原油分离发泡性能测试方法，该方法还包括：
第一活塞压力容器(10)单独使用，模拟无外界气体影响条件下的降压发泡研究/CO2在原油中溶解度研究；或者，第一活塞压力容器(10)去掉活塞单独使用，模拟有外界气体条件下的降压发泡研究/CO2在原油中溶解度研究；和/或
第二活塞压力容器(20)去掉活塞使用，模拟容器中原有气体的影响。
12.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中，第二活塞压力容器中原有气体为CO2。
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