CN111189978A - 高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置及使用方法，包括泡沫原位生成系统，测量系统和回压系统；泡沫原位生成系统包括气体传输通道和液体传输通道；测量系统包括填砂管、高压可视容器和毛细管；回压系统包括储水中间容器、回压阀、泵和第一储水器。本发明在泡沫原位生成后，在没有环境改变的情况下，通过高压可视容器更直观的观测泡沫在地层的真实状态，在没有任何干扰下，准确得到泡沫相关数据，通过回压阀前面加装储水中间容器，提供更为稳定的压力环境。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学领域，尤其是一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置及使用方法。
背景技术
泡沫是一种气体分散在液体中的分散体系，遇油破灭，遇水稳定，对油水具有选择性封堵的性能；能够有效抑制气体突进，减缓突破时间；能够封堵高渗层，有效扩大流体波及体积，从而提高驱油效率，是非常具有发展前景的三次采油技术之一。
在评价泡沫的性能时，测量方式对结果有很大的影响，不同的测量方法可能得到不同的结果，不同的评价方法对结果的解释也不同。目前用于表征泡沫性能的常用的方法主要有体积法、电导率法及压力法等。以上方法仅适用于常压条件下的实验，并且实验在敞开式环境中进行，适用于测试评价空气泡沫性能。为了增加泡沫研究的实际应用价值，在与其应用环境相似的条件下进行测试才能客观有效地评价其性能。在泡沫驱技术中，泡沫需要在地层油藏中发挥作用，而对于高温高压且封闭的多孔介质环境条件下，泡沫形成及性能测试评价方法还未建立起来。
泡沫气液比是影响泡沫稳定性及经济成本的一个重要的因素，在实际应用中需要找到一个最佳的泡沫气液比，在此气液比时，既能得到稳定的泡沫，又能节省起泡剂来降低经济成本。现有技术中，对气体和起泡剂交替注入地层形成的泡沫性质的测定，通常采用先将起泡剂注入到竖放填砂管中，然后再通入气体，气体在填砂管中与已经存在的起泡剂混合形成泡沫，但这种方式为非封闭性式容器，当由填砂管下部鼓入气体后，气体迅速上升，会较快的形成一个气体流通通道，后续的大部分气体会沿着此通道从上部出口流出，很难控制形成泡沫的准确气液比，进而会对测定结果带来较大的误差。现有技术中对通过搅拌法形成的泡沫方法，通常采用将起泡剂置于容器下部，气体置于容器上部，搅拌刀片在起泡剂中进行搅拌。通过高速搅拌生成的泡沫，需要将泡沫转移到量筒中进行稳定性观察，而泡沫转移过程对泡沫稳定性影响非常大，存在较大的误差。此种泡沫生成方法既不能控制气液体积比，也不能模拟地层复杂的多孔介质结构，更不能让形成的泡沫经过地层孔隙的剪切作用。总之，通过这些方法得到的泡沫的性质，在实际应用中无法精确的控制泡沫的气液比，更不能得知泡沫在地层多孔介质中的稳定及流动情况，对泡沫的调控效果差。
现有技术大都通过透明填砂管看到生成的泡沫，但填砂管中的颗粒并不透明，只能看到填砂管外侧的泡沫的高度变化，流经填砂管的及填砂管里面的泡沫生成情况及变化很难观察到，无法准确描述泡沫的状态和变化。
因此亟需一种能够准确测试评价泡沫在地层条件下生成及其稳定性、流动性的装置和方法，为完善泡沫提高采收率应用提供技术支撑。目前尚未有此方面报道。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置及使用方法，该装置和方法可以用于测量评价在地层条件下生成泡沫的稳定性、流动性等性能。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，包括泡沫原位生成系统，测量系统和回压系统；
所述泡沫原位生成系统包括气体传输通道和液体传输通道；
所述测量系统包括填砂管、高压可视容器和毛细管；
所述回压系统包括回压阀、泵和第一储水器；
所述气体传输通道和液体传输通道在填砂管入口端之前合并成为一条入口管线与填砂管入口端相连接，所述入口管线上设置第一压力计；
所述填砂管的出口端设置出口管线，所述出口管线的一端连接填砂管出口端，所述出口管线的另一端并联连接两条管线，其中一条管线依次连接第六阀门、高压可视容器、第七阀门，所述第六阀门和第七阀门分别设置于高压可视容器的底部和顶部；所述高压可视容器与第二压力计相连接；另一条管线依次连接第四压力计、第八阀门、毛细管、第三压力计和第九阀门，所述第八阀门和第三压力计分别设置于毛细管的底部和顶部；所述第七阀门和第九阀门通过管线并联连接至回压阀，回压阀通过管线依次连接第十阀门、泵、第十一阀门和第一储水器，所述回压阀上设置第五压力计，所述回压阀还通过管线与大气相连通，所述高压可视容器与毛细管均设置在填砂管后方，可使泡沫模拟注入到地层后的状态，先受到填砂管内的剪切力作用，再考察泡沫的流动性和稳定性，这样可以一方面保证进入填砂管、高压可视容器和毛细管的泡沫的气液比保持不变，另一方面整个体系的压力不变，从而能够对高压原位生成的泡沫进行性质的测定；所述高压可视容器为一耐高压容器，所述耐高压容器相平行的两个侧面各设置一个石英观察窗；
所述填砂管、第六阀门、高压可视容器、第二压力计，第八阀门、第九阀门、毛细管、第九阀门、第四压力计、第三压力计放置在温度控制箱内。
优选的，由于回压阀12对含气流体的精度和灵敏度有限，控制的设定压力往往会出现较大范围的波动，所以所述回压系统还包括储水中间容器，以保持实验过程中整个系统的压力更为稳定，所述第七阀门和第九阀门通过管线并联连接至储水中间容器的顶端，所述储水中间容器的底端通过管线连接至回压阀，本发明通过回压阀前面加一个储水中间容器，使实验中的气液混合流体进入储水中间容器后，气体都在储水中间容器的上部，储水容器可以通过水将整个装置密封，保持一定的压力，通过储水中间容器下部多余的水流过回压阀，而回压阀可通过对水流的调控对整个装置进行精准控压，而给整个系统提供更为稳定的压力环境，解决了现有技术中因从填砂管中流出的泡沫流体直接进入回压阀，但回压阀对含气流体的精度和灵敏度有限，控制的设定压力往往会出现较大范围的波动，以致实验过程中整个系统的压力不稳定的问题。
优选的，所述气体传输通道包括气瓶、单向阀和第五阀门，所述气瓶通过管线依次连接单向阀、第五阀门，最后与入口管线相连接。
优选的，所述气体传输通道还包括气体流量控制器，所述气体流量控制器设置在气瓶和单向阀之间。
优选的，所述液体传输通道包括第二储水器、注射泵、纯水中间容器和起泡剂中间容器；所述第二储水器与注射泵相连，所述注射泵与所述入口管线之间设有两条分支管线，一条分支管线依次通过第一阀门、纯水中间容器和第三阀门，随后与入口管线相连，另一条分支管线依次通过第二阀门、起泡剂中间容器和第四阀门，随后与入口管线相连；所述起泡剂中间容器和纯水中间容器内部均设置活塞。
本发明还公开了一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)装填装置：纯水中间容器中首先将活塞设置在靠近第一阀门的一侧，在靠近第三阀门的一侧装入水，起泡剂中间容器中首先将活塞设置在靠近第二阀门的一侧，在靠近第四阀门的一侧装入起泡剂，储水中间容器中装入水，将填砂管装填一定目数的石英砂，并称量填砂管和石英砂的总干重m1。
(2)设定压力：将温度控制箱调节至设定温度，通过泵给回压阀设置设定压力；打开第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，打开气瓶，调节气体流量控制器，控制流速，当第一压力计、第二压力计、第三压力计、第四压力计与第五压力计示数一致时，关闭气瓶。
(3)测量填砂管的孔隙度和渗透率：打开第一阀门、第三阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，开启注射泵，调节注射泵至设定流速，通过纯水中间容器中的活塞推动，将纯水中间容器中右侧的水慢慢注入到填砂管中，待填砂管中的石英砂完全饱和水后，称量填砂管和石英砂的总湿重m2，并通过式(1)和(2)计算填砂管中石英砂的孔隙度，由干湿重差除以水的密度即可得到填砂管饱和水的体积，即填砂管的孔隙体积，并计算孔隙度；待第一压力计和第四压力计的示数稳定后，记录第一压力计和第四压力计示数，改变注射泵流速，重复测定不少于三次，根据达西公式绘制压差-流量曲线，计算填砂管的渗透率。
式中，m1：填砂管干重，g；m1：填砂管干重，g；ρ水：水的密度，g/ml；V孔：孔隙体积，ml；V管：孔隙体积，ml；
孔隙度，％。
(4)测量泡沫的流动规律和稳定性：
基准对照组：打开第一阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，开启注射泵和气瓶，调节气体流量控制器，控制一定的气液流速比；将纯水中间容器中右侧的纯水和气瓶中气体同时注入到填砂管中，纯水和气体在填砂管中充分混合并被石英砂中多孔介质高速剪切后形成气液混合流体，所述气液混合流体流经毛细管进入到储水中间容器中，在储水中间容器中，所述气液混合流体中的气体位于储水中间容器的上部，液相(水)位于储水中间容器的下部，由于回压阀已设定了一定的压力值，所以储水中间容器下部多余的液相经由回压阀排出，待第三压力计和第四压力计的示数稳定后，记录第三压力计和第四压力计示数，计算纯水和气体形成的气液混合流体在毛细管中流动时两端的压力差。关闭第八阀门和第九阀门，打开第六阀门和第七阀门，所述气液混合流体从高压可视容器的底部流入，待所述气液混合流体充满高压可视容器后，关闭第六阀门和第七阀门，关闭注射泵和气瓶，通过高压可视容器观察并记录气液混合流体的高度随时间的变化情况，泡沫高度下降一半所用时间即为泡沫半衰期时间；
实验组：打开第二阀门、第四阀门、第五阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，开启注射泵和气瓶，调节气体流量控制器，控制一定的气液流速比；将起泡剂中间容器中右侧的起泡剂和气瓶中气体同时注入到填砂管中，起泡剂和气体在填砂管中充分混合并被石英砂中多孔介质高速剪切后形成泡沫混合流体，泡沫混合流体流经毛细管进入到储水中间容器中，在储水中间容器中气泡位于上部，水位于下部，储水中间容器下部的水经由回压阀排出。待第三压力计和第四压力计的示数稳定后，记录第三压力计和第四压力计示数，计算起泡剂和气体形成的泡沫混合流体在毛细管中流动时两端的压力差，通过式(3)～(5)计算流度降低系数；关闭第八阀门和第九阀门，打开第六阀门和第七阀门，所述泡沫混合流体从高压可视容器的底部流入，待所述泡沫混合流体充满高压可视容器后，关闭第六阀门和第七阀门，关闭注射泵和气瓶，通过高压可视容器观察并记录所述泡沫混合流体的高度随时间的变化情况，记录泡沫半衰期时间。
△P0＝P0,3-P0,4 (3)
△P1＝P1,3-P1,4 (4)
式中，△P0：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，毛细管两端的压力差值，Pa；P0,3：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，第三压力计示数，Pa；P0,4：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，第四压力计示数，Pa；△P1：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，毛细管两端的压力差值，Pa；P1,3：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，第三压力计示数，Pa；P1,4：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，第四压力计示数，Pa；MRF：泡沫在毛细管中流动时流度降低系数，即泡沫压力与气体和纯水形成的气液混合流体的压力的比值，无因次量。
(5)清洗：打开第一阀门、第三阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门，其余关闭，开启注射泵，将纯水中间容器中右侧的水注入填砂管、高压可视容器和毛细管中进行清洗。
(6)改变起泡剂浓度、气液流速比、填砂管中石英砂的物理性质、温度控制箱的温度、回压阀的压力重复步骤(1)～(5)，得到不同条件下泡沫生成的稳定性和流动规律。
所述气体可选甲烷、二氧化碳、氮气及空气中的一种。
所述起泡剂可选表面活性剂分散液、表面活性剂/纳米颗粒混合分散液、表面活性剂/聚合物混合分散液及其它具有表面活性的分散液中的一种。
根据本发明，所述的高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置在泡沫提高采收率中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明泡沫生成的环境更接近地层高温高压的环境，泡沫原位生成后可以直接测量性质，环境不会改变，因此性质也不会发生变化，所以能够更准确的反应泡沫在地层中的稳定和流动规律。而现有技术中，泡沫的生成及评价都是在常压环境中进行的，与地层中泡沫的状态不一致，因此现有技术对泡沫表征的条件与地层的实际情况存在较大的差异，表征出的性质对实际应用的指导性不强。
本发明中的泡沫是采用原位生成的，通过控制气液各自的流量，将两者同时注入填砂管(地层)中，在封闭环境下即可混合形成固定气液比的泡沫，该方法能准确的模拟地层条件，更真实的反应出泡沫在地层中的状态和变化规律。而目前泡沫的生成，既有气体和起泡剂交替注入地层，在地层中产生泡沫的方式，但是无法保证气液完全混合；又有通过搅拌法将起泡剂高速搅拌剪切和气体混合形成泡沫，然后将生成的泡沫注入地层的方式。但这两种方式生成的泡沫，气液比无法有效地控制。
本发明中，气液在填砂管中受多孔介质的高速剪切形成泡沫，通过调节注入速率可以控制泡沫在多孔介质中受到的剪切力，通过调节填砂管长度控制泡沫形成时间，待泡沫生成后，通过检测泡沫流经毛细管时的压差，来判断是否到达泡沫稳定生成阶段，最后通过高压可视容器可以更直观的观测泡沫在地层(下)的真实状态，即解决了气液不能完全混合的问题，又解决了气液比无法精准控制的问题，并在没有任何干扰下，准确得到泡沫半衰期等数据。
本发明的高温高压泡沫原位生成和评价的联用装置及使用方法能够真实有效的模拟泡沫在高温高压地层中的原位生成情况，并准确方便的评价泡沫在不同地层条件下的稳定性和流动性。模拟情况真实准确，为完善泡沫在高温高压地层中的生成及稳定性、流动性评价提供技术支撑。
附图说明
图1本发明的装置图；
其中，1.气瓶；2气体流量控制器；3单向阀；4.第二储水器；5.注射泵；6.起泡剂中间容器；7.纯水中间容器；8.填砂管；9.高压可视容器；10.毛细管；11.储水中间容器；12.回压阀；13.手摇泵；14.第一储水器；15.入口管线；16.温度控制箱，17.出口管线；201.第一阀门；202.第二阀门；203.第三阀门；204.第四阀门；205.第五阀门；206.第六阀门；207.第七阀门；208.第八阀门；209.第九阀门；210.第十阀门；211.第十一阀门；101.第一压力计；102第二压力计；103.第三压力计；104.第四压力计；105.第五压力计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，包括泡沫原位生成系统，测量系统和回压系统；所述泡沫原位生成系统包括气体传输通道和液体传输通道；所述测量系统包括填砂管8、高压可视容器9和毛细管10；所述回压系统包括储水中间容器11、回压阀12、泵13和第一储水器14；
所述气体传输通道和液体传输通道在填砂管8入口端之前合并成为一条入口管线15与填砂管8入口端相连接，所述入口管线15上设置第一压力计101；
所述气体传输通道包括气瓶1、气体流量控制器2、单向阀3和第五阀门205，所述气瓶1通过管线依次连接气体流量控制器2、单向阀3、第五阀门205，最后与入口管线15相连接；
所述液体传输通道包括第二储水器4、注射泵5、纯水中间容器7和起泡剂中间容器6；所述第二储水器4与注射泵5相连，所述注射泵5与所述入口管线15之间设有两条分支管线，一条分支管线依次通过第一阀门201、纯水中间容器7和第三阀门203，随后与入口管线15相连，另一条分支管线依次通过第二阀门202、起泡剂中间容器6和第四阀门204，随后与入口管线15相连；所述起泡剂中间容器6和纯水中间容器7内部均设置活塞。
所述填砂管8的出口端设置出口管线17，所述出口管线17的一端连接填砂管8出口端，所述出口管线17的另一端并联连接两条管线，其中一条管线依次连接第六阀门206、高压可视容器9、第七阀门207，所述第六阀门206和第七阀门207分别设置于高压可视容器9的底部和顶部；所述高压可视容器9与第二压力计102相连接；另一条管线依次连接第四压力计104、第八阀门208、毛细管10、第三压力计103和第九阀门209，所述第八阀门208和第三压力计103分别设置于毛细管10的底部和顶部；所述第七阀门207和第九阀门209通过管线并联连接至储水中间容器11的顶端，所述储水中间容器11的底端通过管线依次连接回压阀12、第十阀门210、手摇泵13、第十一阀门211和第一储水器14，所述回压阀12上设置第五压力计105，所述回压阀12还通过管线与大气相连通；
所述填砂管8、第六阀门206、高压可视容器9、第二压力计102，第八阀门208、第九阀门209、毛细管10、第九阀门209、第四压力计104、第三压力计103放置在温度控制箱16内。
所述第一储水器14、第二储水器4的容量均为5000mL，所述纯水中间容器7和起泡剂中间容器6的容积均为500mL，注射泵5的流速控制范围为0.01～20mL/min，最高承受压力35MPa；气体流量控制器2流速控制范围为0.1～100mL/min，最高承受压力31MPa；采用的填砂管8长度为10～20cm，内径0.16～0.42cm，石英砂目数40～120目，最高温度200℃，最高承受压力30MPa，毛细管10长度3.62m，内径0.057cm，最高温度200℃，最高承受压力30MPa，高压可视容器9为一耐高压容器，高度12cm，端面1.0-1.2cm，耐高压容器相平行的两个侧面各设置一个石英观察窗，最高温度200℃，最高承受压力35MPa。
一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)装填装置：纯水中间容器7中首先将活塞设置在靠近第一阀门201的一侧，在靠近第三阀门203的一侧装入水，起泡剂中间容器6中首先将活塞设置在靠近第二阀门202的一侧，在靠近第四阀门204的一侧装入起泡剂，储水中间容器11中装入水。将填砂管8装填一定目数的石英砂，填砂管8长度20cm，内径0.16cm，并称量填砂管8和石英砂的总干重m1。
(2)设定压力：将温度控制箱16调节至设定温度，通过手摇泵13给回压阀12设置设定压力；打开第五阀门205、第六阀门206、第七阀门207、第八阀门208和第九阀门209，其余阀门关闭，打开气瓶1，调节气体流量控制器2，控制流速，当第一压力计101、第二压力计102、第三压力计103、第四压力计104与第五压力计105示数一致时，关闭气瓶1。
(3)测量填砂管8的孔隙度和渗透率：打开第一阀门201、第三阀门203、第八阀门208和第九阀门209，其余阀门关闭，开启注射泵5，调节注射泵5至设定流速，通过纯水中间容器7中的活塞推动，将纯水中间容器7中右侧的水慢慢注入到填砂管8中，待填砂管8中的石英砂完全饱和水后，称量填砂管8和石英砂的总湿重m2，并通过式(1)和(2)计算填砂管8中石英砂的孔隙度；待第一压力计101和第四压力计104的示数稳定后，记录第一压力计101和第四压力计104示数，改变注射泵5流速，重复测定不少于三次，根据达西公式绘制压差-流量曲线，计算填砂管8的渗透率。
式中，m1：填砂管干重，g；m1：填砂管干重，g；ρ水：水的密度，g/ml；V孔：孔隙体积，ml；V管：孔隙体积，ml；
孔隙度，％。
(4)测量泡沫的流动规律和稳定性：首先是基准对照组，打开第一阀门201、第三阀门203、第五阀门205、第八阀门208和第九阀门209，其余阀门关闭，开启注射泵5和气瓶1，调节气体流量控制器2，气液总流速设定为0.30mL/min，气液流速比范围从1:1到9:1，将纯水中间容器7中右侧的纯水和气瓶1中气体同时注入到填砂管8中，纯水和气体在填砂管8中充分混合并被石英砂中多孔介质高速剪切后形成气液混合流体，所述气液混合流体流经毛细管10进入到储水中间容器11中，在储水中间容器11中气体位于储水中间容器11的上部，水位于储水中间容器11的下部，由于回压阀12已设定好压力值，储水中间容器11下部多余的水经由回压阀12排出。待第三压力计103和第四压力计104的示数稳定后，记录第三压力计103和第四压力计104示数，计算气液混合流体在毛细管10中流动时两端的压力差。关闭第八阀门208和第九阀门209，打开第六阀门206和第七阀门207，气液流体从高压可视容器9的底部流入，待高压可视容器9内充满气液混合流体后，关闭第六阀门206和第七阀门207，关闭注射泵5和气瓶1，通过高压可视容器9观察并记录泡沫高度随时间的变化情况，泡沫高度下降一半所用时间即为泡沫半衰期时间t1/2。
实验组：打开第二阀门202、第四阀门204、第五阀门205、第八阀门208和第九阀门209，其余阀门关闭，开启注射泵5和气瓶1，调节气体流量控制器2，控制一定的气液流速比；将起泡剂中间容器6中右侧的起泡剂和气瓶1中气体同时注入到填砂管8中，起泡剂和气体在填砂管8中充分混合并被石英砂中多孔介质高速剪切后形成泡沫混合流体，泡沫混合流体流经毛细管10进入到储水中间容器11中，在储水中间容器11中泡沫混合流体位于上部，水位于下部，储水中间容器11下部多余的水经由回压阀12排出。待第三压力计103和第四压力计104的示数稳定后，记录第三压力计103和第四压力计104示数，计算泡沫混合流体在毛细管10中流动时两端的压力差△P1，通过式(3)～(5)计算流度降低系数(MRF)。关闭第八阀门208和第九阀门209，打开第六阀门206和第七阀门207，泡沫混合流体从高压可视容器9的底部流入，待泡沫混合流体充满高压可视容器9后，关闭第六阀门206和第七阀门207，关闭注射泵5和气瓶1，通过高压可视容器9观察并记录泡沫高度随时间的变化情况，记录泡沫半衰期时间t1/2。
△P0＝P0,3-P0,4 (3)
△P1＝P1,3-P1,4 (4)
式中，△P0：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，毛细管两端的压力差值，Pa；P0,3：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，第三压力计示数，Pa；P0,4：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，第四压力计示数，Pa；△P1：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，毛细管两端的压力差值，Pa；P1,3：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，第三压力计示数，Pa；P1,4：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，第四压力计示数，Pa；MRF：泡沫在毛细管中流动时流度降低系数，即泡沫压力与气体和纯水形成的气液混合流体的压力的比值，无因次量。
(5)清洗：打开第一阀门201、第三阀门203、第六阀门206、第七阀门207、第八阀门208和第九阀门209，其余关闭，开启注射泵5，将纯水中间容器7中右侧的水注入填砂管8、高压可视容器9和毛细管10中进行清洗。
(6)改变起泡剂浓度、气液流速比、填砂管8中石英砂的物理性质、温度控制箱16的温度、回压阀12的压力重复步骤(1)～(5)，得到不同条件下泡沫生成的稳定性和流动规律。
实施例1
起泡剂为1.0wt％十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠分散液，温度控制箱16温度设定为50℃，回压阀12设定回压为2.0MPa。表1为本实施例填砂管8的物性参数，表2为本实施例泡沫半衰期及流动性情况。
表1 实施例1中填砂管物性参数
| 石英砂目数 | 干重m<sub>1</sub>/g | 湿重m<sub>2</sub>/g | 孔隙体积/mL | 孔隙度/％ | 渗透率/μm<sup>2</sup> |
| 40-60 | 18.32 | 18.51 | 0.19 | 47.5 | 8.76 |
表2 气液总流速为0.30mL/min时，泡沫半衰期及流动性情况
实施例2
起泡剂为0.05wt％2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠/1.0wt％纳米SiO2颗粒分散液，温度控制箱16温度设定为50℃，回压阀12设定回压为4.0MPa。表3为本实施例填砂管8的物性参数，表4为本实施例泡沫半衰期及流动性情况。
表3 实施例1中填砂管物性参数
| 石英砂目数 | 干重m<sub>1</sub>/g | 湿重m<sub>2</sub>/g | 孔隙体积/mL | 孔隙度/％ | 渗透率/μm<sup>2</sup> |
| 60-80 | 18.33 | 18.53 | 0.20 | 46.3 | 8.21 |
表4 气液总流速为0.30mL/min时，泡沫半衰期及流动性情况
实施例3
起泡剂为0.05wt％邻苯二甲酸单十二醇酯钠盐/0.008wt％威兰胶分散液，温度控制箱16温度设定为50℃，回压阀12设定回压为4.0MPa。表5为本实施例中填砂管8的物性参数，表6为本实施例泡沫半衰期及流动性情况。
表5 实施例2中填砂管物性参数
| 石英砂目数 | 干重m<sub>1</sub>/g | 湿重m<sub>2</sub>/g | 孔隙体积/mL | 孔隙度/％ | 渗透率/μm<sup>2</sup> |
| 80-100 | 18.35 | 18.56 | 0.21 | 46.0 | 7.82 |
表6 气液总流速为0.30mL/min时，泡沫流动性及稳定性情况
实施例4
起泡剂为0.1wt％十二烷基硫酸钠/2.0wt％纳米SiO2颗粒，温度控制箱16温度设定为70℃，回压阀12设定回压为4.0MPa。表7为本实施例中填砂管8的物性参数，表8为本实施例的泡沫半衰期及流动性情况。
表7 实施例4中填砂管物性参数
| 石英砂目数 | 干重m<sub>1</sub>/g | 湿重m<sub>2</sub>/g | 孔隙体积/mL | 孔隙度/％ | 渗透率/μm<sup>2</sup> |
| 100-120 | 18.36 | 18.58 | 0.22 | 45.9 | 7.82 |
表8 气液总流速为0.50mL/min时，泡沫流动性及稳定性情况
研究表明：十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠等表面活性剂溶液均为性能优异的起泡剂，但在高温高压条件下的生成的泡沫稳定性会变差，而加入纳米颗粒及威兰胶能够起到很好的稳定泡沫的作用，通过本方法测试得出了相似的结果，同时，本方法还得到了起泡剂体系在模拟地层条件下生成及适用的最优气液比，为现场实际应用提供了有力的理论支持。
本发明在泡沫原位生成后，在没有环境改变的情况下，通过高压可视容器更直观的观测泡沫在地层的真实状态，通过回压阀前面加装储水中间容器，提供更为稳定的压力环境，在没有任何干扰下，准确得到泡沫相关数据。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，其特征是，包括泡沫原位生成系统，测量系统和回压系统；
所述泡沫原位生成系统包括气体传输通道和液体传输通道；
所述测量系统包括填砂管、高压可视容器和毛细管；
所述回压系统包括回压阀、泵和第一储水器；
所述气体传输通道和液体传输通道在填砂管入口端之前合并成为一条入口管线与填砂管入口端相连接，所述入口管线上设置第一压力计；
所述填砂管的出口端设置出口管线，所述出口管线的一端连接填砂管出口端，所述出口管线的另一端并联连接两条管线，其中一条管线依次连接第六阀门、高压可视容器、第七阀门，所述第六阀门和第七阀门分别设置于高压可视容器的底部和顶部；所述高压可视容器与第二压力计相连接；另一条管线依次连接第四压力计、第八阀门、毛细管、第三压力计和第九阀门，所述第八阀门和第三压力计分别设置于毛细管的底部和顶部；所述第七阀门和第九阀门通过管线并联连接至回压阀，回压阀通过管线依次连接第十阀门、泵、第十一阀门和第一储水器，所述回压阀上设置第五压力计，所述回压阀还通过管线与大气相连通；
所述填砂管、第六阀门、高压可视容器、第二压力计，第八阀门、第九阀门、毛细管、第九阀门、第四压力计、第三压力计放置在温度控制箱内。
2.如权利要求1所述的一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，其特征是，所述回压系统还包括储水中间容器，所述第七阀门和第九阀门通过管线并联连接至储水中间容器的顶端，所述储水中间容器的底端通过管线连接至回压阀。
3.如权利要求2所述的一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，其特征是，所述气体传输通道包括气瓶、单向阀和第五阀门，所述气瓶通过管线依次连接单向阀、第五阀门，最后与第一入口管线相连接。
4.如权利要求3所述的一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，其特征是，所述气体传输通道还包括气体流量控制器，所述气体流量控制器设置在气瓶和单向阀之间。
5.如权利要求4所述的一种高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置，其特征是，所述液体传输通道包括第二储水器、注射泵、纯水中间容器和起泡剂中间容器；所述第二储水器与注射泵相连，所述注射泵与所述入口管线之间设有两条分支管线，一条分支管线依次通过第一阀门、纯水中间容器和第三阀门，随后与入口管线相连，另一条分支管线依次通过第二阀门、起泡剂中间容器和第四阀门，随后与入口管线相连；所述起泡剂中间容器和纯水中间容器内部均设置活塞。
6.如权利要求5所述的高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置在泡沫提高采收率中的用途。
7.如权利要求5所述高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置的使用方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)装填装置：纯水中间容器中首先将活塞设置在靠近第一阀门的一侧，在靠近第三阀门的一侧装入水，起泡剂中间容器中首先将活塞设置在靠近第二阀门的一侧，在靠近第四阀门的一侧装入起泡剂，储水中间容器中装入水，将填砂管装填一定目数的石英砂，并称量填砂管和石英砂的总干重m1；
(2)设定压力：将温度控制箱调节至设定温度，通过泵给回压阀设置设定压力；打开第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，打开气瓶，调节气体流量控制器，控制流速，当第一压力计、第二压力计、第三压力计、第四压力计与第五压力计示数一致时，关闭气瓶；
(3)测量填砂管的孔隙度和渗透率：打开第一阀门、第三阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，开启注射泵，调节注射泵至设定流速，通过纯水中间容器中的活塞推动，将纯水中间容器中右侧的水慢慢注入到填砂管中，待填砂管中的石英砂完全饱和水后，称量填砂管和石英砂的总湿重m2，并通过式(1)和(2)计算填砂管中石英砂的孔隙度，由干湿重差除以水的密度即可得到填砂管饱和水的体积，即填砂管的孔隙体积，并计算孔隙度；待第一压力计和第四压力计的示数稳定后，记录第一压力计和第四压力计示数，改变注射泵流速，重复测定不少于三次，根据达西公式绘制压差-流量曲线，计算填砂管的渗透率；
式中，m1：填砂管干重，g；m1：填砂管干重，g；ρ水：水的密度，g/ml；V孔：孔隙体积，ml；V管：孔隙体积，ml；
孔隙度，％；
(4)测量泡沫的流动规律和稳定性：
基准对照组：打开第一阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，开启注射泵和气瓶，调节气体流量控制器，控制一定的气液流速比；将纯水中间容器中右侧的纯水和气瓶中气体同时注入到填砂管中，待第三压力计和第四压力计的示数稳定后，记录第三压力计和第四压力计示数，计算纯水和气体形成的气液混合流体在毛细管中流动时两端的压力差；关闭第八阀门和第九阀门，打开第六阀门和第七阀门，所述气液混合流体从高压可视容器的底部流入，待所述气液混合流体充满高压可视容器后，关闭第六阀门和第七阀门，关闭注射泵和气瓶，通过高压可视容器观察并记录气液混合流体的高度随时间的变化情况，泡沫高度下降一半所用时间即为泡沫半衰期时间；
实验组：打开第二阀门、第四阀门、第五阀门、第八阀门和第九阀门，其余阀门关闭，开启注射泵和气瓶，调节气体流量控制器，控制一定的气液流速比；将起泡剂中间容器中右侧的起泡剂和气瓶中气体同时注入到填砂管中，待第三压力计和第四压力计的示数稳定后，记录第三压力计和第四压力计示数，计算起泡剂和气体形成的泡沫混合流体在毛细管中流动时两端的压力差，通过式(3)～(5)计算流度降低系数；关闭第八阀门和第九阀门，打开第六阀门和第七阀门，所述泡沫混合流体从高压可视容器的底部流入，待所述泡沫混合流体充满高压可视容器后，关闭第六阀门和第七阀门，关闭注射泵和气瓶，通过高压可视容器观察并记录所述泡沫混合流体的高度随时间的变化情况，记录泡沫半衰期时间；
△P0＝P0,3-P0,4 (3)
△P1＝P1,3-P1,4 (4)
式中，△P0：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，毛细管两端的压力差值，Pa；P0,3：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，第三压力计示数，Pa；P0,4：气体和纯水形成的气液混合流体流经毛细管时，第四压力计示数，Pa；△P1：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，毛细管两端的压力差值，Pa；P1,3：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，第三压力计示数，Pa；P1,4：气体和起泡剂形成的泡沫混合流体流经毛细管时，第四压力计示数，Pa；MRF：泡沫在毛细管中流动时流度降低系数，无因次量；
(5)清洗：打开第一阀门、第三阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门，其余关闭，开启注射泵，将纯水中间容器中右侧的水注入填砂管、高压可视容器和毛细管中进行清洗；
(6)改变起泡剂浓度、气液流速比、填砂管中石英砂的物理性质、温度控制箱的温度、回压阀的压力重复步骤(1)～(5)，得到不同条件下泡沫生成的稳定性和流动规律。
8.如权利要求7所述的高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置的使用方法，其特征是，所述气体是甲烷、二氧化碳、氮气、空气中的一种。
9.如权利要求7所述的高温高压泡沫原位生成和评价的联用测试装置的使用方法，其特征是，所述起泡剂是表面活性剂分散液、表面活性剂/纳米颗粒混合分散液、表面活性剂/聚合物混合分散液及其它具有表面活性的分散液中的一种。
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2020
- 2020-01-12 CN CN202010028907.4A patent/CN111189978B/zh not_active Expired - Fee Related
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