CN113533337A - 一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油开采泡沫驱油领域，公开了一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法和装置，具体方法为向微观可视化模型中通入泡沫，通过彩色摄像头拍摄一定时间内的泡沫视频，通过计算机软件对不同时刻的视频进行截图得到多个时间点的泡沫图像，并用ImageJ对图像中的气泡计数，再通过本发明的公式计算得到泡沫的破灭速度和生成速度，从而间接判断泡沫在多孔介质中的稳定性。本发明提供的确定气泡生成与破灭速度的方法操作简便、快捷、准确，在确定油藏泡沫渗流气泡生成和破灭速度之后，可以为模拟泡沫渗流的总量平衡模型提供输入参数，使油藏数值模拟的计算结果更加精确，帮助泡沫驱油达到更好的驱油效果。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，特别是指一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法和装置。
背景技术
继聚合物驱油技术之后，泡沫驱油已逐步成为国内外油田又一提高原油采收率的技术之一。泡沫驱油时会形成气体作为分散相、表面活性剂溶液作为分散介质的混合体系，具有比气体、表面活性剂溶液高的多的视粘度，其在油层中流动时的流动阻力远远高于注入水或气体，从而改善了驱油剂和原油的流度比，增加了驱油剂的波及系数。泡沫对地层渗透率有选择性，“堵高不堵低”，即泡沫对高渗层具有较强的封堵作用，而对低渗层具有较好的波及效果；泡沫对油水层有选择性，“堵水不堵油”，泡沫遇水稳定，遇油消泡，堵水层不堵油层，泡沫对水层具有较强的封堵作用。泡沫驱具有选择性封堵特性以及高封堵调剖作用和强洗油能力，目前还没有其他流体同时具有这多方面的特性。现场试验效果证明，泡沫驱是可行的，并且取得了较好的效果，因此泡沫驱是一种很有前途的三次采油技术。然而，泡沫体系在多孔介质中的微观渗流是一个十分复杂的过程，它涉及泡沫在多孔介质中生成、运移、破灭和再生机理，泡沫在多孔介质中的稳定性是影响最终驱油效果的关键，深入研究泡沫流体在多孔介质中流动时泡沫形态结构的变化规律对于判断泡沫稳定性具有重要的意义。
目前，针对泡沫生成/破灭及稳定性方面的研究多集中在微观机理的研究及建立泡沫驱渗流数学模型方面，缺少一种精确判断气泡生成和破裂速度的系统和方法，较难根据油藏类型快捷、准确地选择稳定性较好的泡沫驱的适用条件。
发明内容
本发明为了解决现有技术难以快速、简便地确定不同类型的油藏中泡沫驱气泡的生成/破灭速度的问题，提供一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法和装置，本方法实现了泡沫驱中气泡生成和破灭速度的定量分析，为开展泡沫在多孔介质中的微观流动研究拓展了方向。
本发明在现有技术的基础上简化了多孔介质中流动泡沫结构图像的实时采集方法，实现了泡沫微观结构的实时动态观察和图像采集，可在泡沫驱过程中观察整个多孔介质里泡沫流体的气泡破灭或分裂的情况，计算出泡沫生成速度，了解泡沫渗流过程泡沫结构的变化，为模拟泡沫渗流的总量平衡模型提供输入参数，可以使油藏数值模拟的计算结果更加精确，帮助泡沫驱油达到更好的驱油效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法，包括以下步骤：
(1)将适量染色剂加入到已配置好的起泡剂溶液中搅拌至充分染色，得到起泡液，将起泡液与气体以一定的流量比混合后，将产生的泡沫不断注入微观可视化模型装置中模拟泡沫在地层中的流动；
(2)拍摄并记录注入过程中t0～t1时间段内的微观可视化模型中泡沫变化的视频，停止泡沫在微观可视化模型中的注入和流出，然后再拍摄t2～t3时间段内的微观可视化模型中泡沫变化的视频；
(3)对步骤(2)中获得的视频进行截图获得图像，用图像处理软件对图像进行处理，对图像中的气泡计数得到m个气泡；
(4)按照公式计算气泡总速度、气泡破灭速度和气泡生成速度：
vg＝vt+vb(3)
式中：m0、m1分别为t0、t1时刻的气泡个数，单位：个；m2、m3分别为t2、t3时刻的气泡个数，单位：个；V0为微观可视化模型中泡沫总体积，单位：m3，vt为气泡总速度，单位：个/s/m3，vb为气泡破灭速度，单位：个/s/m3；vg为气泡生成速度，单位：个/s/m3。
优选的，步骤(1)中所述起泡剂为质量分数为0.5％的SDS溶液，所述染色剂为苏丹红水溶液，所述气体包括氮气、二氧化碳、烟道气。
优选的，步骤(1)中起泡液的注入速度为20-1000μL·min-1，气体的注入速度为20-2000μL·min-1；进一步优选的，起泡液的注入速度为25μL·min-1，气体的注入速度为50μL·min-1。
优选的，步骤(1)中所述中间容器A中的溶液与所述中间容器B中的气体体积比为1:(1～2)。
优选的，所述回压控制装置的压力值设置为10-30MPa。
如上述方法所使用的装置，包括：
泡沫产生单元、微观可视化模型、图像采集分析单元和回压控制装置；所述泡沫产生单元与微观可视化模型入口通过管路连接，所述微观可视化模型出口与回压控制装置通过管路连接，所述图像采集分析单元设置在微观可视化模型一侧，用于微观可视化模型的图像采集和处理。
所述泡沫产生单元包括高精度柱塞泵一、高精度柱塞泵二、中间容器A、中间容器B和三通阀，所述三通阀的两个入口分别与中间容器A一端和中间容器B一端通过管路连接，所述中间容器A另一端与高精度柱塞泵一连接，所述中间容器B另一端与高精度柱塞泵二连接，所述中间容器A中盛有起泡剂和染色剂的泡沫溶液，所述中间容器B中通有气体；所述三通阀的出口与所述微观可视化模型通过管路连接；
所述微观可视化模型由设备公司通过渗透率参数设计而成，微观可视化模型通过夹持器夹紧并置于高温烘箱中，烘箱温度根据实际地层温度进行设置，微观可视化模型的输出端连接回压控制装置，回压控制装置的压力根据实际地层的内部压力进行设置。
所述图像采集分析单元包括彩色摄像头和计算机，所述微观可视化模型玻璃视窗与彩色摄像头同轴线平行设置，所述彩色摄像头与计算机电性连接，所述计算机安装有图像处理软件。
优选的，所述中间容器A和中间容器B容量大于100mL。
优选的，所述图像处理软件包括ImageJ。
本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：
1.本发明通过微观实验模拟油藏泡沫渗流过程及气泡的变化，利用彩色摄像头记录成像，并用ImageJ对所得图像进行处理，并通过公式进行计算确定气泡生成与破灭速度，具有简单、快捷、准确的技术效果。
2.本发明在确定油藏泡沫渗流气泡生成和破灭速度之后，可以为模拟泡沫渗流的总量平衡模型提供输入参数，使油藏数值模拟的计算结果更加精确，帮助泡沫驱油达到更好的驱油效果。
附图说明
图1为渗流泡沫结构观察实验流程图；
图2为泡沫注入微观可视化模型图；
图3为泡沫注入微观可视化模型图(经过ImageJ处理)；
图4为实施例2中实验开始00:00:53时的泡沫注入微观可视化模型图；
图5为实施例2中实验开始00:02:31时的泡沫注入微观可视化模型图；
图6为实施例2中实验开始00:04:57时的泡沫注入微观可视化模型图；
图7为实施例2中实验开始00:06:11时的泡沫注入微观可视化模型图；
图8为实施例2中在00:10:00～01:40:00内的气泡数量和气泡生成速度的变化趋势图；
图9为本发明中的微观可视化模型的结构简图。
其中，1、高精度柱塞泵一；2、高精度柱塞泵二；3、中间容器A；4、中间容器B；5、三通阀；6、微观可视化模型；7、彩色摄像头；8、计算机；9、回压控制装置；10、玻璃一；11、玻璃二；12、蚀刻区；13、通孔一；14、通孔二；15、通道一；16、通道二；17、夹持器一；18、夹持器二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
应当说明的是，下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂、材料和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的装置，包括泡沫产生单元、微观可视化模型、图像采集分析单元和回压控制装置：
泡沫产生单元：包括高精度柱塞泵一1、高精度柱塞泵二2、中间容器A 3、中间容器B 4和三通阀5，三通阀5的两个入口分别与中间容器A3上端接口和中间容器B 4上端接口通过管路连接，中间容器A 3另一端与高精度柱塞泵一1连接，中间容器B 4另一端与高精度柱塞泵二2连接，中间容器A3中盛有泡沫溶液，中间容器B 4中通有气体；三通阀5的出口与微观可视化模型6通过管路连接；中间容器A3和中间容器B 4容量分别为2L；
微观可视化模型6通过夹持器夹紧并置于高温烘箱中，用于模拟地层温度，微观可视化模型6由海安华诚科研仪器有限公司根据渗透率提供，其由大小、形状一致的透明玻璃一10和玻璃二11的边缘对齐并粘合而成，玻璃一10与玻璃二11相对的一侧中部模拟地层内部构造进行表面蚀刻得到矩形蚀刻区12，玻璃一10对角线上靠近两端点处设置通孔一13和通孔二14，通孔一13为入口，通孔二14为出口，通孔一13与夹持器一17相连，通孔二14与夹持器二18相连，蚀刻区12向对角线两端点处延伸刻划出与通孔一13连接的泡沫流体通道一15、与通孔二14连接的通道二16，泡沫的流动方向为夹持器一17→通孔一13→通道一15→蚀刻区12→通道二16→通孔二14→夹持器二18，微观可视化模型6输出端连接回压控制装置9。
回压控制装置9能够控制装置压力，用于模拟地层内部压力；
图像采集分析单元包括彩色摄像头7和计算机8，微观可视化模型6玻璃视窗与彩色摄像头7同轴线平行设置，彩色摄像头7与计算机8电性连接，计算机8安装有图像处理软件ImageJ。
实施例2
一种用实施例1中装置确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法，包括以下步骤：
(1)泡沫产生
将2g苏丹红染色剂加入500mL质量分数为0.5％的SDS水溶液中搅拌均匀，得到染色的起泡剂溶液；将200mL染色的起泡剂溶液注入中间容器A3中，将200mL氮气通入中间容器B 4中，将高精度柱塞泵一1的注入速度设置为25μL·min-1，将高精度柱塞泵二2的注入速度设置为100μL·min-1，将回压控制装置的压力设置为8MPa，同时启动高精度柱塞泵一1和高精度柱塞泵二2，使染色的起泡剂溶液和氮气通过三通阀5出口进入微观可视化模型6的入口端。
(2)泡沫观察
启动彩色摄像头7，打开计算机8，将彩色摄像头7镜头对准微观可视化模型6，并调整焦距使拍摄视野清楚，当泡沫流入微观可视化模型6后，开始拍摄并记录0-7min内的气泡的变化视频，然后关闭微观可视化模型6的入口和出口，拍摄并记录10min内的气泡的变化视频。
(3)视频截图及气泡计数
在计算机8保存的处于0-7min时间段内的视频中选取四个时间点：00:00:53、00:02:31、00:04:57、00:06:11，对视频进行截图保存获得图像依次为图4、图5、图6、图7，用ImageJ打开图像；将RGB图像转换为8-bit图像，如图3所示；然后调整阈值，去除背景，选中所有气泡；接着填补气泡的空隙并打断气泡的重叠部分；设置好气泡直径大小的范围后，最后自动分析、计数，即可出现计算的气泡个数。
(4)气泡生成速度计算
1)气泡总速度
依据上述步骤测得图4-7中的气泡数量分别为3381、3256、2280、2923，根据公式(1)得到00:00:53-00:02:31这段时间内的气泡总速度为-0.64×108个/s/m3，00:02:31-00:04:57这段时间内的气泡总速度为-3.34×108个/s/m3，00:04:57-00:06:11这段时间内气泡总速度为4.35×108个/s/m3。
2)气泡破灭速度
当微观可视化模型6的孔隙内充满气泡后，将微观可视化模型6的两端接口处的阀门全部关闭，微观可视化模型中的气泡不再继续生成，只存在气泡的破灭，气泡的破灭个数与阀门关闭时间的比值即为气泡破灭速度。在微观可视化模型6两端阀门关闭之后10min内，根据公式(2)计算得到气泡的破灭速度一直稳定在3.99×108个/s/m3。
3)气泡生成速度
根据公式(3)得到00:00:53-00:02:31这段时间内的气泡生成速度为3.35×108个/s/m3，00:02:31-00:04:57这段时间内的气泡生成速度为0.65×108个/s/m3，00:04:57-00:06:11这段时间内气泡生成速度为8.34×108个/s/m3。
在某一阶段，泡沫的生成速度始终大于破灭速度，则可说明此阶段内的泡沫处于较稳定的状态。反之，若某一阶段泡沫的生成速度存在小于破灭速度的情况，则说明此阶段内泡沫处于不稳定的状态。
实施例3
为了验证本申请能够有效证明泡沫的稳定性，用实施例1中的装置与实施例2中的方法，记录一段时长120min的视频，取十个时间点，计算气泡的生成与破灭速度，再与气泡数量的变化趋势作对比。
在计算机保存的处于0-120min时间段内的视频中每隔10min选取1个时间点进行截图，最终获得00:10:00、00:20:00、00:30:00、00:40:00、00:50:00、00:60:00、01:10:00、01:20:00、01:30:00、01:40:00的10个视频截图。计算出各个时间点的气泡数量、各个时间段内的气泡总速度和趋于稳定的气泡破灭速度，并通过公式(3)计算得到各个时间段内的气泡生成速度，结果如表1所示。
各个时间点的气泡数量依次为2902、3520、3292、2856、2628、2460、2352、2304、2244、2296个，根据公式(1)得到00:10:00-00:20:00这段时间内的气泡总速度为0.515×108个/s/m3，00:20:00-00:30:00这段时间内的气泡总速度为-0.19×108个/s/m3，00:30:00-00:40:00这段时间内气泡总速度为-0.365×108个/s/m3，00:40:00-00:50:00这段时间内气泡总速度为-0.19×108个/s/m3，00:50:00-01:00:00这段时间内气泡总速度为-0.14×108个/s/m3，01:00:00-01:10:00这段时间内气泡总速度为-0.09×108个/s/m3，01:10:00-01:20:00这段时间内气泡总速度为-0.04×108个/s/m3，01:20:00-01:30:00这段时间内气泡总速度为-0.05×108个/s/m3，01:30:00-01:40:00这段时间内气泡总速度为0.043×108个/s/m3。
气泡的破灭速度同实施例2，稳定在3.99×108个/s/m3，根据公式(3)得到00:10:00-00:20:00这段时间内的气泡生成速度为4.505×108个/s/m3，00:20:00-00:30:00这段时间内的气泡生成速度为3.8×108个/s/m3，00:30:00-00:40:00这段时间内的气泡生成速度为3.625×108个/s/m3，00:40:00-00:50:00这段时间内的气泡生成速度为3.8×108个/s/m3，00:50:00-01:00:00这段时间内的气泡生成速度为3.8×108个/s/m3，01:00:00-01:10:00这段时间内的气泡生成速度为3.9×108个/s/m3，01:10:00-01:20:00这段时间内的气泡生成速度为3.95×108个/s/m3，01:20:00-01:30:00这段时间内的气泡生成速度为3.94×108个/s/m3，01:30:00-01:40:00这段时间内的气泡生成速度为4.033×108个/s/m3。
表1.不同时刻、不同时间段内的气泡数量、气泡总速度与气泡生成速度
由图8可知，120min内气泡数量的变化趋势为先增长然后下降，最后稳定在2300个左右，通过实施例2的计算方法，得到气泡的生成速度由快而慢，最后稳定在4×108个/s/m3左右。二者变化趋势基本一致，表明气泡生成速度与破灭速度的计算方法合理，并能间接反应出泡沫在微观可视化模型中的稳定性变化；一段时间过后，气泡生成速度与破灭速度非常接近，也可间接说明测试结果比较准确。
Claims (10)
1.一种确定油藏泡沫渗流气泡生成与破灭速度的方法，通过微观可视化模型装置完成，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将适量染色剂加入起泡剂溶液中搅拌至充分染色，得到起泡液，将起泡液与气体以一定的流量比混合后，将产生的泡沫不断注入微观可视化模型装置中，模拟泡沫在地层中的流动；
(2)拍摄并记录注入过程中t0～t1时间段内的微观可视化模型中泡沫变化的视频，停止泡沫在微观可视化模型中的注入和流出，然后再拍摄t2～t3时间段内的微观可视化模型中泡沫变化的视频；
(3)对步骤(2)中获得的视频进行截图获得图像，用图像处理软件对图像进行处理，对图像中的气泡计数，得到m个气泡；
(4)按照公式计算气泡总速度、气泡破灭速度和气泡生成速度：
vg＝vt+vb (3)
式中：m0、m1分别为t0、t1时刻的气泡个数，单位：个；m2、m3分别为t2、t3时刻的气泡个数，单位：个；V0为微观可视化模型中泡沫总体积，单位：m3，vt为气泡总速度，单位：个/s/m3，vb为气泡破灭速度，单位：个/s/m3；vg为气泡生成速度，单位：个/s/m3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的染色剂为苏丹红，气体为氮气、二氧化碳、烟道气中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的起泡剂为质量分数为0.5％的SDS溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中起泡液与气体的流量比为1:(1-2)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中起泡液的注入速度为20-1000μL·min-1，气体的注入速度为20-2000μL·min-1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中起泡液的注入速度为25μL·min-1，气体的注入速度为50μL·min-1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中用图像处理软件进行气泡计数的步骤包括：用ImageJ打开图像，将RGB图像转换为8-bit图像；调整阈值，去除背景，选中所有气泡，填补气泡的空隙并打断气泡的重叠部分；设置气泡直径范围之后，自动分析和计数，得到气泡个数。
8.如权利要求1所述的方法使用的装置，其特征在于，包括：泡沫产生单元、微观可视化模型、图像采集分析单元和回压控制装置；所述泡沫产生单元与微观可视化模型入口通过管路连接，所述微观可视化模型出口与回压控制装置通过管路连接，所述图像采集分析单元设置在微观可视化模型一侧，用于微观可视化模型的图像采集和处理。
所述泡沫产生单元包括高精度柱塞泵一、高精度柱塞泵二、中间容器A、中间容器B和三通阀，所述三通阀的两个入口分别与中间容器A一端和中间容器B一端通过管路连接，所述中间容器A另一端与高精度柱塞泵一连接，所述中间容器B另一端与高精度柱塞泵二连接，所述中间容器A中盛有起泡剂和染色剂的泡沫溶液，所述中间容器B中通有气体；所述三通阀的出口与所述微观可视化模型通过管路连接；
所述微观可视化模型通过夹持器夹紧并置于高温烘箱中，微观可视化模型的输出端连接回压控制装置。
所述图像采集分析单元包括彩色摄像头和计算机，所述微观可视化模型玻璃视窗与彩色摄像头同轴线平行设置，所述彩色摄像头与计算机电性连接，所述计算机安装有图像处理软件。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述中间容器A和中间容器B容量大于100mL。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述回压控制装置的压力值设置为10-30MPa。
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