CN112098602A - 一种高温高压泡沫评价装置及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温高压泡沫评价装置及评价方法。所述高温高压泡沫评价装置包括泡沫评价筒、注入系统、泡沫仪支架和仪表控制显示系统；并根据该评价装置提供了一种泡沫半衰期和析液半衰期的评价方法。本发明提供的高温高压泡沫评价装置可以有效避免初步生成泡沫对后续生泡的影响，而且与常压下Waring Blender生泡法有较好的对应关系，可以准确观察泡沫的现象和泡沫液的体积，实现了对泡沫性能重要参数泡沫半衰期和析液半衰期的评价。

Description

一种高温高压泡沫评价装置及评价方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，具体而言，涉及一种高温高压泡沫评价装置及评价方法。

背景技术

在油气田开发中后期，由于储层非均质性、油水流度差异以及重力分异的影响，水相沿着高渗通道流动，导致油田动用程度降低，最终水驱采收率较低。而泡沫由于其“堵大不堵小，堵水不堵油”的特点，常被用于改善水驱效果，提高采收率。影响泡沫性能的参数包括起泡体积和半衰期。起泡体积表示起泡剂的起泡能力，而半衰期表示泡沫在一定条件下的稳定性。

目前常用的评价泡沫性能的方法有气流法、Ross-Miles法以及Waring Blender法。但是这些方法均是评价常温常压下的泡沫性能，无法评价泡沫在高温高压条件下的性能。

对于高温高压条件下的泡沫性能的评价方法，已经有一些研究人员做了一些工作。比如，郭凯黎等人曾采用向耐温耐压筒体中鼓泡的方式来生泡，进而评价稠油焦化起泡性能；张作伟等人在耐温耐压筒体底部加设搅拌器，通过搅拌生泡，进而评价泡沫性能。但是，采用鼓泡法生泡过程中，仅有少部分的起泡剂溶液参与生泡，导致无法测得油田开发领域泡沫体系的一个重要参数－析液半衰期。而采用目前高温高压搅拌法生泡时也存在一定问题：为了准确观察泡沫体积、形态和起泡液体积的变化，通常泡沫评价装置筒体为等直径设计，且筒体内径较小，这就导致当生成泡沫达到一定高度以后，生成泡沫位于气体和液体中间，可能会影响顶部气体与底部起泡液的有效接触，进而影响泡沫的生成，导致高温高压起泡仪下测得的起泡体积远低于相同条件Waring Blender测得的起泡体积。

中国专利文献CN109883888A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。但是该发明筒体也是等直径设计，影响泡沫的生成，并且无法测得析液半衰期。因此，现有的泡沫评价装置还不能满足评价高温高压条件下泡沫性能评价需求，需要借助现代新材料，新技术，新方法等综合研制了一种高温高压泡沫评价装置及评价方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种高温高压泡沫评价装置及评价方法，以实现对高温高压条件下泡沫性能的评价。

本发明的技术方案如下：

一种高温高压泡沫评价装置，包括泡沫评价筒、注入系统、泡沫仪支架和仪表控制显示系统；

所述的泡沫评价筒包括评价筒主体，所述的评价筒主体上设置有观察区和生泡区，所述观察区上具有至少一组可观察泡沫形态的可视窗，所述可视窗上具有可计量泡沫高度的计量刻度；所述生泡区通过翻转轴承与泡沫仪支架相连接，并在其底部设置有电磁耦合搅拌装置；所述评价筒主体除可视窗外的评价筒主体外部包裹有加热保温层；

所述的注入系统包括进液口、进气口和预留口，所述的进液口和进气口设置在泡沫评价筒的上方并与泡沫评价筒管路连通，所述预留口设置在泡沫评价筒的下方并与泡沫评价筒管路连通；

所述的泡沫仪支架上安装有仪表控制显示系统。

根据本发明优选的，所述的可视窗还包括上压板、下托板，螺杆螺母、视窗玻璃和密封圈；所述下托板设置于视窗玻璃内表面，所述的下托板与评价筒主体为一体结构，在同一平面；所述上压板设置在视窗玻璃外表面并通过螺杆螺母与下托板固定，所述密封圈采用径向密封结构包裹于视窗玻璃四周。

进一步优选的，所述的评价筒主体为不锈钢筒，所述的视窗玻璃为高强度耐温玻璃，所述的密封圈为耐温无石棉板。

根据本发明优选的，所述径向密封结构为密封圈与视窗玻璃一起放入下托板的凹槽中，通过上压板将四周的密封组件挤压，使其变形，将视窗玻璃的四周间隙填满实现密封。该密封方式在高压条件下具有更可靠的密封效果。

根据本发明优选的，所述的观察区的内径为30～50mm。

根据本发明优选的，所述的观察区至少设置有上下错位的两组可视窗。

根据本发明优选的，所述泡沫评价筒的上方还设置有测量孔。测量孔可以对观察区内的泡沫进行温度和压力的测量。

根据本发明优选的，所述的生泡区的内径为70～90mm。

根据本发明优选的，所述仪表控制显示系统包括温度控制显示系统、压力控制显示系统和转速控制显示系统；所述温度控制显示系统为PCD-C6000型智能温控器和加热控制电路组成，所述加热控制电路内具有温度传感器，温度传感器型号为PT100铠装热电偶，量程为0～450℃；压力控制显示系统包括压力变送器和显示仪表，压力变送器的型号为Senex DG1300，量程为0～60MPa；所述转速控制显示系统包括调速旋钮和显示仪表，量程为0～5000r/min。

根据本发明优选的，所述的温度传感器设置在泡沫评价筒顶部；所述压力变送器设置在泡沫评价筒顶部。保证可以实时测定起泡液和生成泡沫的温度以及泡沫评价筒内部的压力。

根据本发明优选的，所述的泡沫仪支架的材料为40铝型材。

本发明还提供一种采用上述高温高压泡沫评价装置进行泡沫评价的方法，包括步骤如下：

由进液口向评价筒主体内加入起泡剂溶液，由进气口向评价筒主体内加入气体达到压力10MPa～50MPa，关闭进液口和进气口；打开温度控制系统，加热至100℃～170℃后，开始搅拌；搅拌完成后，将评价筒主体翻转，使得生泡区的泡沫转移至观察区内，记录初始泡沫体积V0即为起泡体积，当底部液体析出至一半时，记录时间为析液半衰期t1，当泡沫体积降低至初始泡沫体积的一半时，记录时间为泡沫半衰期t2。

有益效果：

(1)本发明采用生泡区与观察区相分离的设计，生泡区筒体内径较大，可以有效避免初步生成泡沫对后续生泡的影响，而且与常温常压下Waring Blender生泡法有较好的对应关系；观察区内径较小，同时错位设置了可视窗，以便在实验过程中可以实时观察生泡过程以及准确测量起泡液及泡沫的体积随时间的变化，进而实现对泡沫性能重要参数即泡沫半衰期和析液半衰期的测定。

(2)本发明采用固定轴承翻转的方法实现泡沫由生泡区向观察区的转移，即生泡完成后将泡沫仪筒体上下翻转，依靠重力将泡沫由生泡区转移至观察区，操作方便且安全。

附图说明

图1为本发明高温高压泡沫评价装置的结构示意图。

图2为本发明高温高压泡沫评价装置可视窗的结构示意图。

图中：1、螺杆螺母，2、可视窗，3、观察区，4、生泡区，5、翻转轴承，6、电磁耦合搅拌装置，7、泡沫仪支架，8、仪表控制显示系统，9、评价筒主体，10、进液口，11、进气口，12、加热保温层，13、测量孔，14、预留口，15螺孔，16、下托板，17、密封圈，18、视窗玻璃。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1、2所示的一种高温高压泡沫评价装置，包括泡沫评价筒、注入系统、泡沫仪支架7和仪表控制显示系统8；

所述的泡沫评价筒包括评价筒主体9，所述的评价筒主体9上设置有观察区3和生泡区4，所述观察区3上具有两组可观察泡沫形态的可视窗2，所述可视窗2上具有可计量泡沫高度的计量刻度；所述生泡区4通过翻转轴承5与泡沫仪支架7相连接，并在其底部设置有电磁耦合搅拌装置6；所述评价筒主体9除可视窗2外的评价筒主体9外部包裹有加热保温层12。

所述的注入系统包括进液口10、进气口11和预留口14，所述的进液口10和进气口11设置在泡沫评价筒的上方并与泡沫评价筒管路连通，所述预留口14设置在泡沫评价筒的下方并与泡沫评价筒管路连通。

所述的泡沫仪支架7上安装有仪表控制显示系统8。所述仪表控制显示系统8包括温度控制显示系统、压力控制显示系统和转速控制显示系统；所述温度控制显示系统为PCD-C6000型智能温控器和加热控制电路组成，所述加热控制电路内具有温度传感器，温度传感器型号为PT100铠装热电偶，量程为0～450℃；压力控制显示系统包括压力变送器和显示仪表，压力变送器的型号为Senex DG1300，量程为0～60MPa；所述转速控制显示系统包括调速旋钮和显示仪表，量程为0～5000r/min。所述的温度传感器设置在泡沫评价筒顶部；所述压力变送器设置在泡沫评价筒顶部。所述的泡沫仪支架7的材料为40铝型材。

所述的评价筒主体9为不锈钢筒，所述的可视窗2还包括上压板、下托板16，螺杆螺母1、视窗玻璃18和密封圈17；所述下托板16设置位于视窗玻璃18内表面，所述的下托板16与评价筒主体9为一体结构，在同一平面；所述上压板设置在视窗玻璃18外表面并通过螺杆螺母1与下托板16上的螺孔15进行固定，所述密封圈17采用径向密封结构包裹于视窗玻璃18四周。所述的视窗玻璃18为高强度耐温玻璃，所述的密封圈17为耐温无石棉板。

所述径向密封结构为密封圈17与视窗玻璃18一起放入下托板16的凹槽中，通过上压板将四周的密封组件挤压，使其变形，将视窗玻璃18的四周间隙填满，使视窗玻璃18实现密封。该密封方式在高压条件下具有更可靠的密封效果。

所述的观察区3的内径为40mm，所述泡沫评价筒的上方还设置有测量孔13。所述的生泡区4的内径为80mm。所述的观察区3的两组可视窗2为上下错位设置。

实施例2

如实施例1所述的一种高温高压泡沫评价装置，其区别在于，观察区3的内径为30mm，生泡区4的内径为70mm。

实施例3

一种采用实施例1提供的高温高压泡沫评价装置进行泡沫评价的方法，包括步骤如下：

由进液口10向评价筒主体9内加入100mL起泡剂溶液，由进气口11向评价筒主体9内加入气体达到压力20MPa，关闭进液口10和进气口11；打开温度控制系统，加热至150℃后，开始搅拌；搅拌完成后，将评价筒主体9翻转，使得生泡区4内的泡沫转移至观察区3内，记录初始泡沫体积V0即为起泡体积，当底部液体从预留口14析出至50mL时的时间即为析液半衰期t1，当泡沫体积降低至初始泡沫体积的一半时的时间即为泡沫半衰期t2。

本发明提供的装置将生泡区与观察区相分离的设计，生泡区筒体内径较大，可以有效避免初步生成泡沫对后续生泡的影响，而且与常压下Waring Blender生泡法有较好的对应关系；观察区内径较小，同时错位设置了高强度耐温玻璃作为可视窗，在进行泡沫半衰期和析液半衰期的过程中可以准确观察泡沫的现象和泡沫液的体积，并且实现了对泡沫性能重要参数泡沫半衰期和析液半衰期的评价。

Claims (10)

1.一种高温高压泡沫评价装置，其特征在于，包括泡沫评价筒、注入系统、泡沫仪支架和仪表控制显示系统；

所述的泡沫评价筒包括评价筒主体，所述的评价筒主体上设置有观察区和生泡区，所述观察区上具有至少一组可观察泡沫形态的可视窗，所述可视窗上具有可计量泡沫高度的计量刻度；所述生泡区通过翻转轴承与泡沫仪支架相连接，并在其底部设置有电磁耦合搅拌装置；所述评价筒主体除可视窗外的评价筒主体外部包裹有加热保温层；

所述的注入系统包括进液口、进气口和预留口，所述的进液口和进气口设置在泡沫评价筒的上方并与泡沫评价筒管路连通，所述预留口设置在泡沫评价筒的下方并与泡沫评价筒管路连通；

所述的泡沫仪支架上安装有仪表控制显示系统。

2.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述的可视窗还包括上压板、下托板，螺杆螺母、视窗玻璃和密封圈；所述下托板设置于视窗玻璃内表面，所述的下托板与评价筒主体为一体结构，在同一平面；所述上压板设置在视窗玻璃外表面并通过螺杆螺母与下托板固定，所述密封圈采用径向密封结构包裹于视窗玻璃四周。

3.如权利要求2所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述的评价筒主体为不锈钢筒，所述的视窗玻璃为高强度耐温玻璃，所述的密封圈为耐温无石棉板。

4.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述径向密封结构为密封圈与视窗玻璃一起放入下托板的凹槽中，通过上压板将四周的密封组件挤压，使其变形，将视窗玻璃的四周间隙填满实现密封。

5.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述的观察区的内径为30～50mm，所述的观察区至少设置有上下错位的两组可视窗。

6.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述泡沫评价筒的上方还设置有测量孔。

7.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述的生泡区的内径为70～90mm。

8.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述仪表控制显示系统包括温度控制显示系统、压力控制显示系统和转速控制显示系统；所述温度控制显示系统为PCD-C6000型智能温控器和加热控制电路组成，所述加热控制电路内具有温度传感器，温度传感器型号为PT100铠装热电偶，量程为0～450℃；压力控制显示系统包括压力变送器和显示仪表，压力变送器的型号为Senex DG1300，量程为0～60MPa；所述转速控制显示系统包括调速旋钮和显示仪表，量程为0～5000r/min。

9.如权利要求1所述的高温高压泡沫评价装置，其特征在于，所述的温度传感器设置在泡沫评价筒顶部；所述压力变送器设置在泡沫评价筒顶部，所述的泡沫仪支架的材料为40铝型材。

10.权利要求1-9任意一项所述的高温高压泡沫评价装置进行泡沫评价的方法，其特征在于，包括步骤如下：

由进液口向评价筒主体内加入起泡剂溶液，由进气口向评价筒主体内加入气体达到压力10MPa～50MPa，关闭进液口和进气口；打开温度控制系统，加热至100℃～170℃后，开始搅拌；搅拌完成后，将评价筒主体翻转，使得生泡区的泡沫转移至观察区内，记录初始泡沫体积V0即为起泡体积，当底部液体析出至一半时，记录时间为析液半衰期t1，当泡沫体积降低至初始泡沫体积的一半时，记录时间为泡沫半衰期t2。

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