CN114509369A - 一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置及方法，属于油气田开发工程技术领域，装置包括储液杯、阀体、孔板夹持器，将不同稠度的待测液放入储液杯通过孔板夹持器流下，由量杯和天平计量，通过绘制的出液体积‑时长曲线，可微分求得流动过程中任意时刻的流量，本方法考虑并模拟了多孔介质对油水两相流体的剪切作用和卡断作用，为实验室及现场优选降黏效果好的稠油降黏剂进行化学降黏采油提供一种简便可行的方法，能体现上述动态作用过程，因而更能反映稠油乳化降黏剂的实际作用效果，所得到的降黏率更有指导价值。

Description

一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种稠油降黏剂降黏效果评价的实验装置及评价方法，属于油气田开发工程技术领域，具体来说属于稠油乳化降黏开发领域。

背景技术

稠油开采过程中最主要的问题是黏度高、流动性差，水驱过程中水油流度比高导致采收率低。向油藏中注入化学降黏剂，使稠油黏度降低，是提高其流动性，改善稠油开采效率的有效技术之一。该技术的关键指标是注入化学降黏剂对稠油黏度和流动能力的改善程度(降黏率)。根据《Q/SHCG 65-2013稠油降粘剂技术要求》，降黏率可通过式(1)计算：

其中，η为降黏率(Viscosity Reduction Rate)，μ₀为定温条件下未加入化学降黏剂的稠油黏度；μ为稠油与化学降黏剂按照一定比例混合，搅拌均匀后测得的黏度。

μ₀和μ利用旋转黏度计或者流变仪测得等。对于水溶性降黏剂，在μ的测试过程中，需要先将降黏剂的水溶液与稠油混合搅拌均匀，形成较稳定的O/W乳状液后再进行测试。参照企业标准《Q/SHCG 65-2013稠油降粘剂技术要求》，可研究化学降黏剂对普通稠油(黏度：50～10000mPa·s，50℃；常见为2000～5000mPa·s)的乳化降黏能力。首先测试稠油在50℃时的黏度μ₀；其次测试加入降黏剂后混合液的黏度μ。方法是将降黏剂溶液与稠油油样按一定体积比在50℃、搅拌器转速250r/min条件下搅拌2min后，迅速用旋转黏度计或流变仪测试乳液黏度μ。通过式(1)计算降黏剂降黏率进而评价降黏剂降黏效果。

该传统测试方法未体现降黏剂水溶液与稠油在多孔介质中的动态作用过程，测试过程与多孔介质和油藏岩石孔喉对油水混合物的剪切和卡断作用过程存在较大差异，不能体现降黏剂在地层孔隙介质降黏的实际效果；另，该标准适用稠油的黏度范围小。黏度稍大的稠油与降黏剂水溶液形成的乳状液由于分散不均匀，导致稠油黏壁、分层现象严重，因而测试稳定性差。

中国专利文件CN 201720813010.6公开了一种稠油降粘剂效果评价装置，提出一种通过测试稠油与降黏剂形成的乳状液在漏斗状容器中下落的时间来评价水溶性降黏剂的降黏效果的方法，等体积的乳状液下落时间越短，则乳状液黏度越小，降黏效果就越好，但测试过程仍未模拟液体通过孔喉时的剪切和卡断作用过程。

中国专利文件CN 201711069135.3公开了一种化学驱普通稠油动态降黏评价方法，提出一种针对普通稠油降黏化学驱，通过进行室内渗流物理模拟实验评价降黏剂在油藏环境渗流状态下降低稠油黏度的效果的方法。稠油/降黏剂混合流体在多孔介质中渗流时的黏度越低，降黏剂的降黏效果越好。该方法对于油藏环境下普通稠油的降黏效果评价具有较好针对性，但测试过程繁琐，不适用于降黏剂样品初期大量筛选；且该方法对于实验所用稠油的黏度具有一定要求，适用黏度低、范围小，无法充分反映及评价高黏度稠油、乃至超稠油在井筒中使用常规化学降黏手段时的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置与方法，本方法考虑了多孔介质对油水两相流体的剪切作用和卡断作用，为实验室及现场优选降黏效果好的稠油降黏剂进行化学降黏采油提供一种简便可行的方法，能体现上述动态作用过程，因而更能反映稠油乳化降黏剂的实际作用效果，所得到的降黏率更有指导价值。

本发明的技术方案如下：

一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置，包括储液杯、阀体、孔板夹持器，

阀体内部纵向中空，用于流体经过，其中空横截面设有阀板，阀板用于关启阀体控制流体经过，阀板一端通过阀杆连接手轮，手轮用于控制阀板在阀体内部转动，阀板与纵向中空平行时为开启状态，此时流体可经过阀体，阀板与纵向中空垂直时为关闭状态，此时阀体上方的流体不能经过阀体；

孔板夹持器为中空通道，内部连接多孔板，多孔板与孔板夹持器之间设置密封圈；

储液杯与阀体上方开口连接，孔板夹持器与阀体下方开口连接；

储液杯、阀体、孔板夹持器固定于架台上，孔板夹持器下方设有量杯和天平。

优选的，储液杯、孔板夹持器与阀体均为螺纹连接。

首先将储液杯组装于阀板上部。每次实验开始前，选取合适规格的多孔板安装于孔板夹持器内，连接处衬有密封圈。安装好多孔板后，将孔板夹持器组装于阀板下部。将装置垂直固定于铁架台的铁环上。在孔板夹持器下方放置量杯和天平，开启天平电源。测试时先将一定体积的待测液装入储液杯中，转动手轮，通过阀杆打开阀板并开始计时。待测液通过多孔板，流入量杯中。记录量杯中不同时长下收集到的液体体积，绘制出液体积-时长曲线(流量曲线)。储液杯中的待测液流尽后，记录量杯收集到的待测液体积与天平测得的质量，用以计算流出液的密度。

一种利用上述用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置的评价方法，包括如下步骤：

S1按照给定条件(降黏剂类型、浓度等)配制降黏剂溶液；

S2将多孔板夹持于孔板夹持器内，将储液杯与孔板夹持器组装于阀体两端，转动手轮合上阀板；

S3将装置固定于铁架台的铁环上，将量杯与天平放置于孔板夹持器下方，开启天平电源；

S4取一定体积的稠油样品加入储液杯中，转动手轮打开阀板，开始计时；稠油通过多孔板流入量杯中，记录量杯中不同时刻收集到的稠油体积；

S5储液杯中的稠油流尽后，记录量杯收集到的稠油总体积与天平测得的质量，计算稠油密度ρ₀；

S6作出稠油流出体积-时长曲线，计算在某一流出体积V所对应的稠油流量Q₀；

S7更换多孔板、储液杯和量杯，按步骤S2～S3组装好装置；

S8将稠油与降黏剂水溶液按照一定比例(如体积比1:1)混合，充分搅拌均匀形成油水乳状液后加入到储液杯中，转动手轮打开阀板，开始计时；乳状液通过多孔板流入量杯中，记录量杯中不同时刻收集到的油水乳状液体积；

S9储液杯中的乳状液流尽后，记录量杯收集到的乳状液总体积与天平测得的质量，计算乳状液密度ρ；

S10作出乳状液流出体积-时长曲线，计算与步骤S6相同的流出体积时所对应的乳状液流量Q；

S11根据式(8)计算该条件下降黏剂的降黏率：

r₀、r分别为测试稠油和乳状液时使用的孔板的孔眼半径，

S12改变降黏剂种类、浓度，测定并记录不同条件下的Q，根据流量的大小比较不同降黏剂、不同条件下的降黏效果。

通过绘制的出液体积-时长曲线，可微分求得流动过程中任意时刻的流量。显然，在相同液柱高度下(流过相同体积时)，流量越大，流体黏度越低，降黏剂降黏效果越好。

稠油乳状液在停止搅拌后，不可避免地存在破乳分层现象。在孔板流动黏度测试装置中，最先通过多孔板流入量杯的液体多为破乳分层后的水相，流量相比理论值偏大；最后通过多孔板流入量杯的液体多为破乳分层后的油相，流量相比理论值偏小。中间段为分散较均匀的乳状液。在应用式(8)计算孔板测试降黏率时，应取乳状液流动过程中段的流量Q，从而规避乳状液破乳分层所造成的误差。

方法原理

假设黏性不可压缩流体在半径为r的管道内发生稳定、充分发展的等温层流，垂直管道轴线方向没有流速。由Poiseuille定律，管道两端压差可表示为：

其中：v_s为流过直圆管的流体流速；Δp为管道进口端与出口端之间的压差；ρ为流体密度；L为管道的长度；ν为流体运动黏度。

因流体运动黏度等于动力黏度与流体密度之比，即：

且流过直圆管的流体流速等于流过管道的流体流量与管道横截面面积之比，在有n个孔道的多孔板中，流体流速可表示为：

可得到流量Q和管道进口端与出口端之间的压差Δp的关系：

对于本装置，管道进口端与出口端之间的压差Δp为：

Δp＝ρgh (6)

其中：h为液柱高度。即在某一液柱高度下可推算出液体的动力黏度为：

本发明提出的一种用于评价稠油降黏剂降黏效果的孔板流动黏度测试装置，多孔板具有一定厚度，视为上述式中的L；多孔板上均匀分布的n个孔眼，孔径均为r。测量一定体积的流体通过孔板所需的时间，获得通过孔眼的流出体积-时间曲线，求得流量值Q，该值与通过流体的黏度正相关。

实验过程中，先测试一定体积的稠油通过孔板的流量值Q₀，再测出相同体积稠油乳状液 (油水比1:1)通过孔板的流量值Q。Q₀与Q值大小反映稠油和乳状液的黏度大小，其差异则体现出降黏剂的降黏效果。降黏率可以表示为：

式中ρ₀、ρ分别为稠油和稠油乳状液的密度；r₀、r分别为测试稠油和乳状液时使用的孔板的孔眼半径，当r₀＝r时，式(8)可简化为：

本发明考虑到地层条件下对稠油与降黏剂混合液的剪切、卡断作用，设计了具有不同孔道直径的多孔板，根据待测液的黏度大小，选择适合尺寸的孔板进行评价实验。本发明亦提出了以液体在孔道中的流量及由此得出的降黏率作为评价降黏剂降黏效果的指标。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种用于评价稠油降黏剂降黏效果的装置与方法；相较于传统降黏剂降黏效果评价方法，本发明的主要改进在于：①简化测试条件，适用于评价的稠油黏度范围更广；②考虑到地层条件下对稠油与降黏剂混合液的剪切、卡断作用，设计多孔板进行流动测试，以更好地应用于降黏剂评价与筛选；③可在一定程度上规避乳状液破乳分层所造成的误差；④通过比较稠油与稠油乳状液的流量可评价降黏剂的降黏效果。装置与方法简单、直观，能够较客观地评价降黏剂的实际效果，比目前采用的降黏剂评价方法更加科学、实用。

附图说明

图1：孔板流动黏度测试装置示意图；

图2：孔板流动黏度测试装置装配图；

图3a：孔板流动黏度测试装置孔板尺寸图之正视角度；

图3b：孔板流动黏度测试装置孔板尺寸图之侧视角度；

附图标号说明：

1.储液杯，2.手轮，3.铁环，4.孔板夹持器，5.量杯，6.天平，7.铁架台，8.阀杆，9.密封圈，10.多孔板，11.阀板。

注：孔板分布，孔径大小可根据模拟条件要求及稠油黏度进行选择。

图4所示为稠油的流出体积-时长曲线；

图5所示为稠油乳状液流出体积-时长曲线。

具体实施方式

下面结合本发明实验装置，对该装置评价降黏剂降黏效果的方法进行清楚、完整的描述，描述的仅是本发明的一部分实施方法，而不是全部实施方法。基于本发明中的实施方法，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方法，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置，包括储液杯、阀体、孔板夹持器，

阀体内部纵向中空，用于流体经过，其中空横截面设有阀板，阀板用于关启阀体控制流体经过，阀板一端通过阀杆连接手轮，手轮用于控制阀板在阀体内部转动，阀板与纵向中空平行时为开启状态，此时流体可经过阀体，阀板与纵向中空垂直时为关闭状态，此时阀体上方的流体不能经过阀体。

孔板夹持器为中空通道，内部连接多孔板，多孔板如图3a、图3b所示，圆板上圆周分布多个贯穿孔，分别在直径为φ12、φ24、φ36的圆周上分布一圈以及中点上分布一个，共 37个，孔径为φ2/φ1.5，单位mm，多孔板与孔板夹持器之间设置密封圈。

储液杯与阀体上方开口螺纹连接，孔板夹持器与阀体下方开口螺纹连接。

储液杯、阀体、孔板夹持器固定于架台上，孔板夹持器下方设有量杯和天平。

实施例2

一种利用实施例1所述用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置的评价方法，包括如下步骤：

S1按照给定条件(降黏剂类型、浓度等)配制降黏剂溶液；

S2将多孔板10夹持于孔板夹持器4内，将储液杯1与孔板夹持器4组装于阀体两端，转动手轮2合上阀板11；

S3将装置固定于铁架台7的铁环3上，将量杯5与天平6放置于孔板夹持器4下方，开启天平电源；

S4取一定体积的稠油样品加入储液杯1中，转动手轮2打开阀板11，开始计时；稠油通过多孔板10流入量杯5中，记录量杯5中不同时刻收集到的稠油体积；

S5储液杯中的稠油流尽后，记录量杯收集到的稠油总体积与天平测得的质量，计算稠油密度ρ₀；

S6作出稠油流出体积-时长曲线，计算在某一流出体积V所对应的稠油流量Q₀；

S7更换多孔板、储液杯和量杯，按步骤S2～S3组装好装置；

S8将稠油与降黏剂水溶液按照一定比例(如体积比1:1)混合，充分搅拌均匀形成油水乳状液后加入到储液杯中，转动手轮打开阀板，开始计时；乳状液通过多孔板流入量杯中，记录量杯中不同时刻收集到的油水乳状液体积；

S9储液杯中的乳状液流尽后，记录量杯收集到的乳状液总体积与天平测得的质量，计算乳状液密度ρ；

S10作出乳状液流出体积-时长曲线，计算与步骤S6相同的流出体积时所对应的乳状液流量Q；

S11根据式(8)计算该条件下降黏剂的降黏率；

S12改变降黏剂种类、浓度，测定并记录不同条件下的Q，根据流量的大小比较不同降黏剂、不同条件下的降黏效果。

实验例1：评价不同浓度的水溶性降黏剂对稠油的降黏效果

S1选用一水溶性降黏剂，其主要成分为磺酸盐型阴离子表面活性剂。溶于模拟地层水(模拟地层水矿化度5000mg/L)，配制成浓度分别为3000mg/L、9000mg/L和15000mg/L的降黏剂水溶液样品；

S2选用多孔板具体尺寸为：孔板厚度4mm；孔道直径1.5mm；将多孔板10夹持于孔板夹持器4内，将储液杯1与孔板夹持器4组装于阀体，合上阀板11；

S3将装置固定于铁架台7上，将量杯5与天平6放置于孔板夹持器4下方，开启天平电源；

S4取250mL的稠油样品加入储液杯1中，打开阀板11，开始计时。稠油通过多孔板流入量杯5中，记录量杯中不同时刻收集到的稠油体积；

S5储液杯1中的稠油流尽后，记录量杯5收集到的稠油总体积与天平6测得的质量，计算稠油密度ρ₀；

S6作出稠油流出体积-时长曲线，计算在流出体积V＝100mL所对应的稠油流量Q₀；

S7更换多孔板、储液杯和量杯，按步骤S2～S3组装好装置；

S8将稠油与浓度为3000mg/L的降黏剂溶液按照油水比1:1混合，搅拌均匀后加入到储液杯1中，打开阀板11，开始计时。乳状液通过多孔板流入量杯5中，记录量杯中不同时刻收集到的油水乳状液体积；

S9储液杯1中的乳状液流尽后，记录量杯5收集到的乳状液总体积与天平6测得的质量，计算乳状液密度ρ；

S10作出乳状液流出体积-时长曲线，计算在流出体积V＝100mL所对应的乳状液流量Q；

S11根据式(8)计算该条件下降黏剂的降黏率；

S12重复步骤S7～S11，测定并记录向稠油中加入浓度为9000mg/L和15000mg/L的降黏剂溶液后的Q，计算降黏率。

图4所示为稠油的流出体积-时长曲线，选择V＝100mL为切点，求取该点对应的斜率，是为流量Q_0(V＝100mL)＝0.4852mL/s。

稠油与不同浓度降黏剂溶液形成的乳状液的流出体积-时长如表1所示。

表1不同时长下稠油与降黏剂溶液形成乳状液的流出体积(矿化度5000mg/L)

以配制水矿化度为5000mg/L，加入浓度9000mg/L的降黏剂溶液形成的乳状液为例，作乳状液流出体积-时长曲线如图5所示，求取Q_(V＝100mL)＝7.5418mL/s。稠油的密度ρ₀取0.86 g/mL；乳状液密度ρ取0.93g/mL；由式(8)，测得降黏率η为93.04％。

计算结果如表2所示。

表2流量与降黏率计算结果(矿化度5000mg/L)

结果表明，加入含不同浓度降黏剂的乳状液，在孔道中的流量有较大区别，说明该装置和评价方法具有较好的区分度。且随着降黏剂浓度的增加，形成的乳状液黏度降低，降黏效果更好。

实验例2：评价不同矿化度下水溶性降黏剂对稠油的降黏效果

本实验在实验例1的步骤基础上，测试地层水矿化度为50000mg/L时的降黏剂溶液对稠油的降黏效果，测量步骤与实验例1相同。稠油与降黏剂溶液形成的乳状液的流出体积-时长见表3，计算结果如表4所示。

表3不同时长下稠油与降黏剂溶液形成乳状液的流出体积(矿化度50000mg/L)

表4流量与降黏率计算结果(矿化度50000mg/L)

结果表明，相比于地层水矿化度5000mg/L，在地层水矿化度为50000mg/L时，降黏剂的降黏率有较大降低，矿化度对该降黏剂的降黏效果影响较大。

因此，采用本装置与方法简单、直观，能够较客观地评价降黏剂的实际效果，比目前采用的降黏剂评价方法更加科学、实用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式与步骤，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置，其特征在于，包括储液杯、阀体、孔板夹持器，

阀体内部纵向中空，其中空横截面设有阀板，阀板用于关启阀体控制流体经过，阀板一端通过阀杆连接手轮，手轮用于控制阀板在阀体内部转动；

孔板夹持器为中空通道，内部连接多孔板，多孔板与孔板夹持器之间设置密封圈；

储液杯与阀体上方开口连接，孔板夹持器与阀体下方开口连接；

储液杯、阀体、孔板夹持器固定于架台上，孔板夹持器下方设有量杯和天平。

2.根据权利要求1所述的用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置，其特征在于，储液杯、孔板夹持器与阀体均为螺纹连接。

3.一种利用权利要求1所述用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置的评价方法，其特征在于，首先将储液杯组装于阀板上部，每次实验开始前，选取合适规格的多孔板安装于孔板夹持器内，安装好多孔板后，将孔板夹持器组装于阀板下部，将装置垂直固定于架台上，在孔板夹持器下方放置量杯和天平；

测试时先将一定体积的待测液装入储液杯中，转动手轮，通过阀杆打开阀板并开始计时，待测液通过多孔板，流入量杯中，记录量杯中不同时长下收集到的液体体积，绘制出液体积-时长曲线(流量曲线)，储液杯中的待测液流尽后，记录量杯收集到的待测液体积与天平测得的质量，用以计算流出液的密度，通过绘制的出液体积-时长曲线，可微分求得流动过程中任意时刻的流量。

4.根据权利要求3所述的用于评价水溶性稠油降黏剂降黏效果的装置的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1按照给定条件配制降黏剂溶液；

S2将多孔板夹持于孔板夹持器内，将储液杯与孔板夹持器组装于阀体两端，转动手轮合上阀板；

S3将装置固定于架台上，将量杯与天平放置于孔板夹持器下方，开启天平电源；

S4取一定体积的稠油样品加入储液杯中，转动手轮打开阀板，开始计时；稠油通过多孔板流入量杯中，记录量杯中不同时刻收集到的稠油体积；

S5储液杯中的稠油流尽后，记录量杯收集到的稠油总体积与天平测得的质量，计算稠油密度ρ₀；

S6作出稠油流出体积-时长曲线，计算在某一流出体积V所对应的稠油流量Q₀；

S7更换多孔板、储液杯和量杯，按步骤S2～S3组装好装置；

S8将稠油与降黏剂水溶液按照一定比例混合，充分搅拌均匀形成油水乳状液后加入到储液杯中，转动手轮打开阀板，开始计时；乳状液通过多孔板流入量杯中，记录量杯中不同时刻收集到的油水乳状液体积；

S9储液杯中的乳状液流尽后，记录量杯收集到的乳状液总体积与天平测得的质量，计算乳状液密度ρ；

S10作出乳状液流出体积-时长曲线，计算与步骤S6相同的流出体积时所对应的乳状液流量Q；

S11根据式(8)计算该条件下降黏剂的降黏率：

r₀、r分别为测试稠油和乳状液时使用的孔板的孔眼半径，

S12改变降黏剂种类、浓度，测定并记录不同条件下的Q，根据流量的大小比较不同降黏剂、不同条件下的降黏效果。

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