CN111665168B - 压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法，该检测装置包括：毛细管粘度计；驱替单元，驱替单元的出口连接到毛细管粘度计的入口；压力检测单元，压力检测单元设置在毛细管粘度计的入口和出口；温度调控单元，毛细管粘度计设置于温度调控单元内；回压阀，设置于毛细管粘度计的出口处。其优点在于：通过在检测装置内设置驱替单元、压力检测单元和温度调控单元，能够模拟油藏的温度及压力条件，实现压力脉冲条件下流体粘度的检测，检测结果更准确有效，有利于进一步研究驱替流量、频率和振幅对多孔介质内流体视粘度的影响规律。

Description

压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，更具体地，涉及一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法。

背景技术

随着物理法采油技术的发展，低频压力脉冲技术以其施工方便和经济可靠等优点，逐渐成为国内外石油公司争相研发的热点。现有研究发现，高分子的在低频振动波动场中，分子结构在振荡作用下会发生周期性排列组合，从而降低高分子流体的粘度。

目前，针对压力脉冲条件下检测流体粘度的装置较少，主要采用常规流体检测方法来测定压力脉冲条件下的流体粘度，包括振动法测定流体粘度的装置和震凝流体粘度检测装置，而传统的振动法测定流体粘度，常常难以模拟油藏条件下压力脉冲驱油过程中流体的粘度。

旋转法粘度计是使用最多的一种方法，该方法常被用于研究触变流体在振动条件下的粘度(例如：专利CN201711106103.6，学位论文：低频压力脉冲对低渗储层油水渗流特征的影响实验研究)。这类粘度计用于研究振动条件下的流体粘度时，主要是针对触变流体设计的，其测试条件和多孔介质条件下的压力脉冲的振动模式存在差异，难以模拟地层条件下原油的状态。

振动法粘度计利用流体中的物体振动时受到流体的阻力来计算流体的粘度或者通过测定振动在传播过程中振幅的衰减情况来计算流体的粘度(例如：专利CN200710086064.8、CN201620708684.5)，这类方法的测试条件和多孔介质条件下的压力脉冲的振动模式存在差异，难以模拟地层条件下原油的状态。

工业生产上有应用声波测定管道内流体粘度的方法(例如：专利CN200710018494.6、CN201010592677.0)，装置用于管道运输或井筒流动条件下测定流体粘度，通过测定振动传播过程中振幅衰减程度或共振频率来计算流体粘度，但这种方法温度和压力条件不受控制。

此外，还存在几种特殊测定粘度的方法：专利CN201610927503.2发明了《一种基于超声耦合倾斜光纤光栅的粘度计》，该发明利用粘度对超声波振动的阻尼作用，通过探测反射谱耦合的波长及强度变化，反算出材料的粘度，但其难以应用于原油等透明度较低的流体，且该发明的测试条件和多孔介质条件下的压力脉冲的振动模式存在差异，难以模拟地层条件下原油的状态；专利CN201710075589.5发明了《基于双压电耦合的粘度检测传感器》。该发明利用压电石英晶体的两种效应，在外加高频激励信号的作用下起振单元发生轴向振荡，将被测样本粘度的变化量转化为电压的变化量，来检测样本体系的粘度变化，但该发明对环境条件要求比较严苛，且通常无法给出精确的测量数据，距离现场应用还有很大距离，且这类方法的测试条件和多孔介质条件下的压力脉冲的振动模式存在差异，难以模拟地层条件下原油的状态；专利CN200780052168.5发明了《振动式流量计和确定流动物质粘度的方法》，该装置包括两个已知耗散系数等参数的细管，一个是层流，一个通过加入细孔形成湍流，并在入口加入振动信号，计量已知密度的两个管中流体的质量流量，记录两个管的振动延时，来计算粘度，该装置的目的是测定流体粘度，需要计量特定振动信号延时，操作比较复杂。

上述方法的测试条件和多孔介质条件下的压力脉冲的振动模式存在差异，难以模拟地层条件下原油的状态，且现有装置通常不具有承压能力，难以测定含气原油在压力脉冲条件下的粘度。

因此，有必要开发一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法，使其在研究压力脉冲条件下的流体粘度对于研究压力脉冲驱油机理、评价压力脉冲驱油效果和压力脉冲驱油技术的推广应用上具有重要意义。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法，其能够通过驱替单元、压力检测单元和温度调控单元的设置，实现压力脉冲条件下流体粘度的检测，有利于进一步研究驱替流量、频率和振幅对多孔介质内流体视粘度的影响规律。

根据本发明的一方面，提出了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置，所述检测装置包括：

毛细管粘度计；

驱替单元，驱替单元的出口连接到所述毛细管粘度计的入口；

压力检测单元，所述压力检测单元设置在所述毛细管粘度计的入口和出口；

温度调控单元，所述毛细管粘度计设置于所述温度调控单元内；

回压阀，设置于所述毛细管粘度计的出口处。

优选地，所述驱替单元包括：

驱替泵，提供恒流驱替，所述驱替泵的出口连接到所述毛细管粘度计的入口；

压力脉冲发生器，连接至所述驱替泵的出口，用于提供压力脉冲波。

优选地，所述驱替单元包括：

脉冲泵，所述注入泵的出口与所述毛细管粘度计的入口连接。

优选地，所述检测装置还包括：中间容器，包括第一中间容器和第二中间容器，所述第一中间容器和所述第二中间容器的入口与所述驱替单元的出口连接，所述第一中间容器和所述第二中间容器的出口与所述毛细管粘度计的入口连接。

所述第一中间容器为增压流体容器，所述第二中间容器为待测流体容器。

根据本发明的另一方面，提出了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，所述检测方法包括：

将增压流体和待测流体分别注入到第一中间容器和第二中间容器内；

通过驱替单元将第一中间容器内的增压流体注入毛细管粘度计中，直至回压阀出口流出增压流体；

通过所述驱替单元将第二中间容器内的待测流体注入所述毛细管粘度计中，将所述增压流体排出，直至压力检测单元压差稳定，根据平均驱替压力差和驱替流量获取所述待测流体的粘度。

优选地，所述检测方法还包括：

使驱替单元在压力脉冲条件下进行驱替，记录压力变化情况，直至压力出现稳定的周期性波动，获取平均驱替压力，进一步获取平均驱替压力差。

优选地，所述待测流体的粘度为：

式中，R为毛细管粘度计的半径；

ΔP为平均驱替压力差；

Q为驱替流量；

L为毛细管粘度计的长度。

优选地，所述检测方法还包括：

将所述增压流体和所述待测流体分别注入到所述第一中间容器和所述第二中间容器前，设定温度调控单元的温度为实验温度。

优选地，所述检测方法还包括：

所述回压阀出口流出所述增压流体后，将所述回压阀的压力提高到实验压力。

根据本发明的一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置及方法，其优点在于：通过在检测装置内设置驱替单元、压力检测单元和温度调控单元，能够模拟油藏的温度及压力条件，实现压力脉冲条件下流体粘度的检测，检测结果更准确有效，有利于进一步研究驱替流量、频率和振幅对多孔介质内流体视粘度的影响规律。

本发明的装置及方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种压力脉冲条件下流体粘度的检测方法的步骤流程图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的毛细管粘度计的示意图。

附图标记说明：

1、驱替单元；11、驱替泵；12、压力脉冲发生器；2、中间容器；21、脱气原油容器；22、含气原油容器；3、毛细管粘度计；4、压力检测单元；5、温度调控单元；6、回压阀。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置，该检测装置包括：

毛细管粘度计；

驱替单元，驱替单元的出口连接到毛细管粘度计的入口；

压力检测单元，压力检测单元设置在毛细管粘度计的入口和出口；

温度调控单元，毛细管粘度计设置于温度调控单元内；

回压阀，设置于毛细管粘度计的出口处。

其中，毛细管粘度计的内径已知，且内径始终不变，毛细管粘度计的内径在压力达到50MPa时内径仍不发生变化。

作为优选方案，毛细管粘度计的材质通常为防腐金属，进一步优选为美国岩心公司的哈氏合金。

其中，温度调控单元用来提供实验温度，压力检测单元用来检测实验压力，回压阀用于提供实验压力。

作为优选方案，驱替单元包括：

驱替泵，提供恒流驱替，驱替泵的出口连接到毛细管粘度计的入口；

压力脉冲发生器，连接至驱替泵的出口，用于提供压力脉冲波。

其中，驱替泵仅提供恒流驱替，通过连接一个压力脉冲发生器来提供压力脉冲波。

或者，驱替单元包括：

脉冲泵，注入泵的出口与毛细管粘度计的入口连接。

脉冲泵可以通过编程设定振动频率和振幅来控制流速变化，通过程序设定实现注入速度呈周期性变化也可以实现压力脉冲式驱替。

脉冲泵包括可编程精密注入泵(如ISCO泵、Quizix泵)、流量控制系统、压力检测系统及显示器，其中，脉冲泵的出口与毛细管粘度计的入口连接为检测装置提供脉冲压力条件。

作为优选方案，检测装置还包括：中间容器，包括第一中间容器和第二中间容器，第一中间容器和第二中间容器的入口与驱替单元的出口连接，第一中间容器和第二中间容器的出口与毛细管粘度计的入口连接。

其中，中间容器用来盛装实验所需的流体，增压流体及待测流体。

作为优选方案，第一中间容器为增压流体容器，第二中间容器为待测流体容器。

第一中间容器中装有增压流体，其目的是为毛细管粘度计增压。其中，优选地，增压流体选择泡点压力低于常压，与待测流体同相，且组分相似的流体。

该检测装置，安装方便，使用简单，能够模拟孔隙毛管尺寸、油藏压力及温度条件。

本发明还提供了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，该检测方法包括：

将增压流体和待测流体分别注入到第一中间容器和第二中间容器内；

通过驱替单元将第一中间容器内的增压流体注入毛细管粘度计中，直至回压阀出口流出增压流体；

通过驱替单元将第二中间容器内的待测流体注入毛细管粘度计中，将增压流体排出，直至压力检测单元压差稳定，根据平均驱替压力差和驱替流量获取待测流体的粘度。

其中，将增压流体和待测流体分别注入到第一中间容器和第二中间容器前，设定温度调控单元的温度为实验温度。

实验温度根据实验要求选择，一般参照油藏地层温度范围，但要大于原油的熔点(凝点)，通常实验设备适用的温度在<500℃，毛细管粘度计的半径会根据不同温度而发生变化。

回压阀出口流出增压流体后，将回压阀的压力提高到实验压力。

实验压力根据实验要求选择，一般参照油藏地层压力范围，通常实验设备适用的压力范围在<70MPa。

作为优选方案，检测方法还包括：

使驱替单元在压力脉冲条件下进行驱替，记录压力变化情况，直至压力出现稳定的周期性波动，获取平均驱替压力，进一步获取平均驱替压力差。

当驱替单元采用驱替泵和压力脉冲发生器时，设定压力脉冲发生器的频率和振幅，保持驱替泵恒流驱替，获取平均驱替压力；当驱替单元为脉冲泵时，通过可编程精密注入泵设定振动频率和振幅控制流速变化，使输入速度呈周期性变化来实现压力脉冲式驱替。

作为优选方案，待测流体的粘度为：

式中，R为毛细管粘度计的半径；

ΔP为平均驱替压力差；

Q为驱替流量；

L为毛细管粘度计的长度。

该检测方法对实验要求较低，所需实验流体的量较小，可以控制实验温度及压力，不需要产生湍流，受流速的影响较少。

本发明的检测装置及检测方法检测结果更准确有效，有利于进一步研究驱替流量、频率和振幅对多孔介质内流体视粘度的影响规律。

实施例

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例提出了一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置，该检测装置包括：

毛细管粘度计3；

驱替单元1，驱替单元1的出口连接到毛细管粘度计3的入口；

压力检测单元4，压力检测单元4设置在毛细管粘度计3的入口和出口；

温度调控单元5，毛细管粘度计3设置于温度调控单元5内；

回压阀6，设置于毛细管粘度计3的出口处。

其中，毛细管粘度计3的内径已知，且内径始终不变，毛细管粘度计3的内径在压力达到50MPa时内径仍不发生变化。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的毛细管粘度计的示意图。

如图3所示，本实施例中，毛细管粘度计3的外壳尺寸为50×50×200(单位：mm)，其中毛细管粘度计3的直径为10μm，长度即为200mm。

进一步地，本实施例中毛细管粘度计3的材质为哈氏合金。

其中，温度调控单元5用来提供实验温度，压力检测单元4用来检测实验压力，回压阀6用于提供实验压力。

本实施例中，驱替单元1包括：

驱替泵11，提供恒流驱替，驱替泵11的出口连接到毛细管粘度计3的入口；

压力脉冲发生器12，连接至驱替泵11的出口，用于提供压力脉冲波。

其中，驱替泵11仅提供恒流驱替，通过连接一个压力脉冲发生器12来提供压力脉冲波。

本实施例中，检测装置还包括中间容器2，中间容器2包括脱气原油容器21，和含气原油容器22。

因为在注入含气原油的时候，如果毛细管粘度计3内压力低于原油泡点压力会导致原油脱气，为了防止原油脱气需要用利用一种流体来给装置增压，因为脱气原油的组分与原油相似，优选地，采用脱气原油进行增压。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种压力脉冲条件下流体粘度的检测方法的步骤流程图。

本实施例中实验温度75℃，实验压力10MPa。

如图2所示，根据上述检测装置的压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，包括：

将增压流体和待测流体分别注入到第一中间容器和第二中间容器内；

通过驱替单元将第一中间容器内的增压流体注入毛细管粘度计中，直至回压阀出口流出增压流体；

通过驱替单元将第二中间容器内的待测流体注入毛细管粘度计中，将增压流体排出，直至压力检测单元压差稳定，根据平均驱替压力差和驱替流量获取待测流体的粘度。

具体地：用已知粘度的标准液在设定回压为6MPa、8Mpa、10MPa、12MPa、14MPa的压力条件下，分别以0.5mL/min、1mL/min、2mL/min的注入速度恒流驱替待标定毛细管粘度计3，并利用压力检测单元4记录稳定后的驱替压差，利用泊肃叶方程计算并标定各压力下的毛细管粘度计3的半径。

将脱气原油和含气原油分别注入到脱气原油容器21和含气原油容器22内。

其中，将脱气原油和含气原油分别注入到脱气原油容器21和含气原油容器22前，设定温度调控单元5的实验温度为75℃，回压阀6出口流出脱气原油后，将回压阀6的实验压力提高到10MPa。

进一步地，将含气原油注入含气原油容器22的过程中，应保持注入压力高于6MPa，以防止原油脱气。

通过驱替泵11将脱气原油容器21内的脱气原油以2mL/min的注入速度恒流注入毛细管粘度计3中，直至回压阀6出口流出脱气原油，保持注入速度2mL/min不变，逐步提高回压阀6的压力至10MPa，待压力稳定后停止注入脱气原油。

保持回压阀6的压力为10MPa不变，通过驱替泵11将含气原油容器22内的含气原油以2mL/min的注入速度恒流注入毛细管粘度计3中，将脱气原油排出，直至压力检测单元4压差稳定，根据平均驱替压力差和驱替流量获取含气原油的粘度。

进一步地，设定驱替泵11以1mL/min的注入速度恒流驱替，设定压力脉冲发生器12的频率10Hz和振幅5％(即注入的瞬时流速在±0.05mL/min之间周期性变化，每秒变化10个周期)，记录压力变化情况，直至压力出现稳定规律的周期性波动，获取平均驱替压力，进一步获取平均驱替压力差。利用上述方法得到的数据，可以通过泊肃叶方程计算含气原油的粘度。变更驱替泵11的注入速度和压力脉冲发生器12的频率和振幅，可以计算不同注入速度、不同频率和振幅条件下含气原油的粘度。

其中，含气原油的粘度的计算公式为：

式中，R为毛细管粘度计的半径；

ΔP为平均驱替压力差；

Q为驱替流量；

L为毛细管粘度计的长度。

本实施例中，以注入速度1mL/min、频率10Hz和振幅5％为例，计算注入速度1mL/min恒流条件下含气原油的粘度为17.131mPa·s，频率10Hz和振幅5％的脉冲条件下的原油粘度为16.854mPa·s，说明压力脉冲驱替方法可以有效降低原油粘度，从而提高原油采收率。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。

Claims (8)

1.一种压力脉冲条件下流体粘度的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

毛细管粘度计；

驱替单元，驱替单元的出口连接到所述毛细管粘度计的入口；

压力检测单元，所述压力检测单元设置在所述毛细管粘度计的入口和出口；

温度调控单元，所述毛细管粘度计设置于所述温度调控单元内；

回压阀，设置于所述毛细管粘度计的出口处；

所述驱替单元实现压力脉冲式驱替；

中间容器，包括第一中间容器和第二中间容器，所述第一中间容器和所述第二中间容器的入口与所述驱替单元的出口连接，所述第一中间容器和所述第二中间容器的出口与所述毛细管粘度计的入口连接；

所述第一中间容器为增压流体容器采用的脱气原油容器，所述第二中间容器为待测流体容器采用的含气原油容器，所述毛细管粘度计采用脱气原油进行增压。

2.根据权利要求1所述的压力脉冲条件下流体粘度的检测装置，其中，所述驱替单元包括：

驱替泵，提供恒流驱替，所述驱替泵的出口连接到所述毛细管粘度计的入口；

压力脉冲发生器，连接至所述驱替泵的出口，用于提供压力脉冲波。

3.根据权利要求1所述的压力脉冲条件下流体粘度的检测装置，其中，所述驱替单元包括：

脉冲泵，注入泵的出口与所述毛细管粘度计的入口连接。

4.一种压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，利用权利要求1-3中任意一项所述的检测装置，其特征在于，所述检测方法包括：

将增压流体和待测流体分别注入到第一中间容器和第二中间容器内；

通过驱替单元将第一中间容器内的增压流体注入毛细管粘度计中，直至回压阀出口流出增压流体；

通过所述驱替单元将第二中间容器内的待测流体注入所述毛细管粘度计中，将所述增压流体排出，直至压力检测单元压差稳定，根据平均驱替压力差和驱替流量获取所述待测流体的粘度。

5.根据权利要求4所述的压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，其中，所述检测方法还包括：

使驱替单元在压力脉冲条件下进行驱替，记录压力变化情况，直至压力出现稳定的周期性波动，获取平均驱替压力，进一步获取平均驱替压力差。

6.根据权利要求5所述的压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，其中，所述待测流体的粘度为：

式中，R为毛细管粘度计的半径；

为平均驱替压力差；

Q为驱替流量；

L为毛细管粘度计的长度。

7.根据权利要求5所述的压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，其中，所述检测方法还包括：

将所述增压流体和所述待测流体分别注入到所述第一中间容器和所述第二中间容器前，设定温度调控单元的温度为实验温度。

8.根据权利要求5所述的压力脉冲条件下流体粘度的检测方法，其中，所述检测方法还包括：

所述回压阀出口流出所述增压流体后，将所述回压阀的压力提高到实验压力。

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