CN109883888B - 一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，包括泡沫注入系统、稳定性评价筒、仪表控制及图像采集系统和落球系统，并根据该评价装置提供了一种高温高压泡沫稳定性和粘度的评价方法。本发明能有效模拟地层情况准确评价出高温地层条件下泡沫的稳定性，模拟情况真实准确，并同时提出了有效评价泡沫粘度的方法。

Description

一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法

技术领域

本发明涉及发泡物质的性能测定和发泡体系配方的筛选领域，尤其涉及石油勘探开发、化工、食品等行业用的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法。

背景技术

油藏是高温高压系统，泡沫在常压高温下由于液膜的蒸发作用稳定性会急剧变差，但是由于油藏的高压条件，水相蒸汽温度比常压下大的多，泡沫在高温高压下表现出迥然不同的发泡和稳泡特性。为了模拟地层情况，准确评价高温地层条件下泡沫的稳定性，并且评价泡沫粘度，有必要根据《GB/T13173.6-1991洗涤剂泡沫能力的测定》，参照罗氏米尔泡沫仪结构，借助现代科学技术、新材料，如先进的测温、控温技术，精密的压力传感技术以及高强耐温、耐压可视材料等综合研制一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种能模拟地层情况准确评价出高温地层条件下泡沫的稳定性，同时提供评价泡沫粘度的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，包括泡沫注入系统、稳定性评价筒、仪表控制及图像采集系统和落球系统；

所述的泡沫注入系统包括底液注入系统和顶液滴入系统，所述顶液滴入系统设置在稳定性评价筒上方并与稳定性评价筒管路连通，所述底液注入系统设置在稳定性评价筒下方并与稳定性评价筒管路连通；

所述的稳定性评价筒包括评价筒主体，所述的评价筒主体上还具有至少一组可观察落球下落时评价筒主体内泡沫形态的可视窗，所述可视窗上具有可计量泡沫高度的计量刻度，所述评价筒主体除可视窗外的评价筒主体外部从内向外依次包裹有加热层和绝热保温层；

所述的落球系统包括设置在稳定性评价筒顶部的落球释放装置和设置在稳定性评价筒底部的落球回收装置。

进一步的，所述的顶液滴入系统包括起泡剂储罐、外包于起泡剂储罐的泡排剂加热层和外包于泡排剂加热层外的保温层，所述起泡剂储罐下方具有与稳定性评价筒连通的不锈钢连通管路，所述不锈钢连通管路上具有阀门。

进一步的，所述的底液注入系统包括分别连接在稳定性评价筒下方的进气口、进液口和预留口，所述进气口一端与稳定性评价筒的评价筒主体底部相接，另一端管路连接有定容高压储罐。

更进一步的，所述的仪表控制及图像采集系统包括计算机显示系统、测温控温系统、压力显示系统、光电感应系统；所述测温控温系统分别对应顶液滴入系统的泡排剂加热层和稳定性评价筒的可视窗位置处设置，所述压力显示系统包括设置在评价筒主体顶部具有压力传感器接口的压力传感器和连接在底液注入系统管路上的压力传感器，所述光电感应系统对应稳定性评价筒的可视窗位置处设置并可监测落球下落时间和下落距离。所述测温控温系统由XMT-7000型PID智通温控仪和加热控制电路构成、双显双控，所述测温控温系统内具有温度传感器，温度传感器型号为Pt100。所述压力显示系统由DG1300-B2-B-2-5型压力传感器和二次仪表组成压力数字显示器，精度为0.25级，标准输出：4-20mA。所述光电感应系统包括由两个激光感应装置及配套显示装置，用于连接计算机显示系统显示感应时间。

优选的，所述的评价筒主体为不锈钢筒，所述的可视窗为设置在不锈钢筒上的高强度耐温玻璃，所述的可视窗还包括上压板、下托板、螺杆螺母和密封垫，所述上压板设置在高强度耐温玻璃上端面并与不锈钢筒固定、下托板设置在高强度耐温玻璃下端面并与不锈钢筒固定，所述螺杆螺母将上压板和下托板连接固定，所述密封垫则密封设置在不锈钢筒与高强度耐温玻璃之间。

相应的，所述的评价筒主体表面上至少间隔设有两组可视窗。

相应的，评价筒主体为耐高温高压玻璃筒，所述的绝热保温层为耐高温玻璃夹套，所述耐高温玻璃夹套与耐高温高压玻璃筒之间形成加热层，所述加热层与外部油浴装置管路连通，所述的耐高温玻璃夹套外套有可同时容纳底液注入系统和顶液注入系统的有机玻璃防护套。

采用上述高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，对高温高压泡沫稳定性和粘度具有如下的评价方法，仪表控制及图像采集系统测得稳定性评价筒内落球装置的落球下落时间，通过下落距离和下落时间利用斯托克公式计算泡沫粘度，公式如下：

式中m—落球质量，kg；

V—落球体积，m³；

d—小球直径，m；

ρ—液体密度，kg/m³；

v—落球速度，m/s。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法，结构设计合理，能有效模拟地层情况准确评价出高温地层条件下泡沫的稳定性，模拟情况真实准确，并同时提出了有效评价泡沫粘度的方法。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明最优实施例的结构示意图。

图2是本发明采用全可视化设计的评价筒主体的结构示意图。

图中1、起泡剂储罐2、泡排剂加热层3、保温层4、安全阀5、压力平衡管6、压力传感器接口7、评价筒主体8、可视窗9、螺杆螺母10、加热层11、绝热保温层12、进气口13、定容高压储罐14、压力传感器15、进液口16、预留口17、控制箱18、落球装置19、金属拉杆20、有机玻璃防护套21、油浴。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，是本发明最优实施例，包括泡沫注入系统、稳定性评价筒、仪表控制及图像采集系统和落球系统。

所述的泡沫注入系统包括底液注入系统和顶液滴入系统，所述顶液滴入系统设置在稳定性评价筒上方并与稳定性评价筒管路连通，所述底液注入系统设置在稳定性评价筒下方并与稳定性评价筒管路连通。

所述的顶液滴入系统包括起泡剂储罐1、外包于起泡剂储罐1的泡排剂加热层2和外包于泡排剂加热层2外的保温层3，所述起泡剂储罐1下方具有与稳定性评价筒连通的不锈钢连通管路，所述不锈钢连通管路上具有阀门。

所述的底液注入系统包括分别连接在稳定性评价筒下方的进气口12、进液口15和预留口16，所述进气口12一端与稳定性评价筒的评价筒主体7底部相接，另一端管路连接有定容高压储罐13。底液出入系统通过进液口15按照需求注入定量液体，预留口16可用做保持压力稳定的预留接口。

所述的稳定性评价筒包括评价筒主体7，所述的评价筒主体7上还具有两组可观察落球下落时评价筒主体7内泡沫形态的可视窗8，所述可视窗8上具有可计量泡沫高度的计量刻度，所述评价筒主体7除可视窗8外的评价筒主体7外部从内向外依次包裹有加热层10和绝热保温层11。所述加热层可为包裹在评价筒主体7外的电加热套。

所述的评价筒主体7为不锈钢筒，所述的可视窗8为设置在不锈钢筒上的高强度耐温玻璃，所述的可视窗8还包括上压板、下托板、螺杆螺母9和密封垫，所述上压板设置在高强度耐温玻璃上端面并与不锈钢筒固定、下托板设置在高强度耐温玻璃下端面并与不锈钢筒固定，所述螺杆螺母9将上压板和下托板连接固定，所述密封垫则密封设置在不锈钢筒与高强度耐温玻璃之间。加热层10采用电加热。评价筒主体7顶部还管路连接有安全阀4。在起泡剂储罐1与评价筒主体7之间还管路连接有压力平衡管5。所述评价筒主体7顶部具有压力传感器接口6。

所述的落球系统包括设置在稳定性评价筒顶部的落球释放装置和设置在稳定性评价筒底部的落球回收装置。

所述的仪表控制及图像采集系统包括计算机显示系统、测温控温系统、压力显示系统、光电感应系统。所述计算机显示系统设置在控制箱17内。

所述测温控温系统分别对应顶液滴入系统的泡排剂加热层2和稳定性评价筒的可视窗8位置处设置。

所述压力显示系统包括设置在评价筒主体7顶部具有压力传感器接口6的压力传感器和连接在底液注入系统管路上的压力传感器14，分别对应控制起泡剂储罐1内压力和定容高压储罐13的压力(对应评价筒主体7内)。所述压力显示系统由DG1300-B2-B-2-5型压力传感器和二次仪表组成压力数字显示器，精度为0.25级，标准输出：4-20mA。

所述光电感应系统对应稳定性评价筒的可视窗8位置处设置并可监测落球下落时间和下落距离。所述光电感应系统由两个激光感应装置及配套显示装置组成，两个激光感应装置之间间距30cm，并连接计算机显示系统显示感应时间，用于记录落球下落间隔时间，计算落球速度。在实际设计中，可将光电感应系统设置在评价筒主体7的中段位置。

所述测温控温系统由XMT-7000型PID智通温控仪和加热控制电路构成，具有双显双控，所述测温控温系统内具有温度传感器，温度传感器型号为Pt100。

采用上述高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，对高温高压泡沫稳定性和粘度具有如下的评价方法，仪表控制及图像采集系统测得稳定性评价筒内落球装置18的落球下落时间，通过下落距离和下落时间利用斯托克公式计算泡沫粘度，公式如下：

式中m—落球质量，kg；

V—落球体积，m³；

d—小球直径，m；

ρ—液体密度，kg/m³；

v—落球速度，m/s。

采用上述设计的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法，结构设计合理，通过泡沫注入系统和落球系统，能有效模拟底层内泡沫的情况并通过落球测试，在能有效模拟地层情况下准确评价出高温地层条件下泡沫的稳定性，模拟情况真实准确，并可有效评价泡沫粘度。

在实验中，向装置内加入50ml泡沫剂溶液，并加热到测试温度，冲入发泡气体到测试压力，发泡完成，测量发泡体积，计时测量半衰期。在此过程中，需适当调整光电感应系统中激光发生装置的位置，确保上下激光均穿过泡沫，打开激光感应装置，释放落球，落球穿过激光感应装置记录时间差，计算速度v，通过粘度公式计算粘度。粘度公式中各项：m，v，d，为已知。密度ρ按需求为定值。

相应的，图2提供了一种采用全可视化设计的高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，评价筒主体7为耐高温高压玻璃筒，绝热保温层11为耐高温玻璃夹套，耐高温玻璃夹套与耐高温高压玻璃筒之间形成加热层10，加热层10与外部油浴装置21管路连通，通过油浴装置21进行加热。耐高温玻璃夹套外套有可同时容纳底液注入系统和顶液注入系统的有机玻璃防护套20。落球装置18对应设置在耐高温高压玻璃筒的上下两端。相应的耐高温玻璃夹套上下两端也分别具有密封压板，耐高温玻璃夹套上下两端的密封压板之间通过金属拉杆19固定连接。

相对于图1提供的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，图2提供的评价筒主体7表面从上至下沿评价筒高度方向均为耐高温高压玻璃制成，即评价筒主体7表面设有全透明的可视窗8，更有利于清楚直观地观察高温高压泡沫的形态。

图1和图2所示的两种设计的评价装置，均具有如下操作要求：

(1)安装地点选择。

在室温环境下使用，放置的地面必须坚实、平整。

要有足够的周围空间便于实验操作和维护保养。

具有稳定220V电源条件，必须有良好的接地保护。

有自来水水源。

(2)操作前准备工作

检查各管线、接线是否按要求连接好，各阀门开关位置是否正确。

检查主体是否密封可靠，几次使用后需拧紧玻璃、上压板、下托板连接用的螺纹。

仪器使用前必须进行各项参数标定，应熟悉了解本装置的结构性能，学习各种仪表技术说明书及文件资料。

(3)仪器操作

仪器操作前须制定操作规程，严格按规程操作。

(4)注意事项及维护保养

此装置属高温装置，严防高温伤人。由于气体加热膨胀压力升高，初充入氮气压力不必太高。加入搅动气体前，要观察稳定性评价筒内压力，切不可在稳定性评价筒内达2MPa最高工作压力时注入。工作完毕后，小心放出蒸气，注放氮气，待稳定性评价筒内降至100℃以下时放可缓慢充入自来水进行冷却、清洗。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：包括泡沫注入系统、稳定性评价筒、仪表控制及图像采集系统和落球系统；

所述的泡沫注入系统包括底液注入系统和顶液滴入系统，所述顶液滴入系统设置在稳定性评价筒上方并与稳定性评价筒管路连通，所述底液注入系统设置在稳定性评价筒下方并与稳定性评价筒管路连通；

所述的顶液滴入系统包括起泡剂储罐、外包于起泡剂储罐的泡排剂加热层和外包于泡排剂加热层外的保温层；

所述的稳定性评价筒包括评价筒主体，所述的评价筒主体上还具有至少一组可观察落球下落时评价筒主体内泡沫形态的可视窗，所述可视窗上具有可计量泡沫高度的计量刻度，所述评价筒主体除可视窗外的评价筒主体外部从内向外依次包裹有加热层和绝热保温层；

所述的可视窗包括设置在评价筒主体上的高强度耐温玻璃，所述的可视窗还包括上压板、下托板、螺杆螺母和密封垫，所述上压板设置在高强度耐温玻璃上端面并与评价筒主体固定、下托板设置在高强度耐温玻璃下端面并与评价筒主体固定，所述螺杆螺母将上压板和下托板连接固定，所述密封垫则密封设置在评价筒主体与高强度耐温玻璃之间；

所述的落球系统包括设置在稳定性评价筒顶部的落球释放装置和设置在稳定性评价筒底部的落球回收装置。

2.如权利要求1所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：所述起泡剂储罐下方具有与稳定性评价筒连通的不锈钢连通管路，所述不锈钢连通管路上具有阀门。

3.如权利要求1所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：所述的底液注入系统包括分别连接在稳定性评价筒下方的进气口、进液口和预留口，所述进气口一端与稳定性评价筒的评价筒主体底部相接，另一端管路连接有定容高压储罐。

4.如权利要求2所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：所述的仪表控制及图像采集系统包括计算机显示系统、测温控温系统、压力显示系统、光电感应系统；所述测温控温系统分别对应顶液滴入系统的泡排剂加热层和稳定性评价筒的可视窗位置处设置，所述压力显示系统包括设置在评价筒主体顶部具有压力传感器接口的压力传感器和连接在底液注入系统管路上的压力传感器，所述光电感应系统对应稳定性评价筒的可视窗位置处设置并可监测落球下落时间和下落距离。

5.如权利要求1所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：所述的评价筒主体为不锈钢筒。

6.如权利要求5所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：所述的评价筒主体表面上至少间隔设有两组可视窗。

7.如权利要求1所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置，其特征在于：所述的评价筒主体为耐高温高压玻璃筒，所述的绝热保温层为耐高温玻璃夹套，所述耐高温玻璃夹套与耐高温高压玻璃筒之间形成加热层，所述加热层与外部油浴装置管路连通，所述的耐高温玻璃夹套外套有可同时容纳底液注入系统和顶液注入系统的有机玻璃防护套。

8.如权利要求1至7任意一项所述的一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置的评价方法，其特征在于：仪表控制及图像采集系统测得稳定性评价筒内落球装置的落球下落时间，通过下落距离和下落时间利用斯托克公式计算泡沫粘度，公式如下：η=

，

式中m—落球质量，kg；

V—落球体积，m³；

d—小球直径，m；

ρ—液体密度，kg/m³；

v—落球速度，m/s。

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