CN115598015A - 一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，包括油水注入系统、乳状液生成渗流模拟系统、乳状液稀释系统、图像采集系统、乳状液破乳与计量系统。其中，油水注入系统用于提供乳状液生成与渗流条件；乳状液生成渗流模拟系统用于实现乳状液渗流的多孔介质环境和压力数据的监测；图像采集系统用于实现高压实验状态下乳状液在不同时间、不同多孔介质位置处分散相液滴形态与密度图像的采集；乳状液破乳与计量装置用于产出乳状液自动破乳和计量水油比。本发明实用性强，可用于不同多孔介质模型取样点处压力变化与分散相液滴分布状态同步采集与分析，为开展多孔介质中乳状液微观渗流规律研究提供有效的实验工具。
Description
技术领域：
本发明属于稠油冷采开发领域，具体地，是一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置。
背景技术：
乳化驱油是一种利用乳化剂、水和原油在外力作用下形成乳状液作为驱油介质的驱油方法，通过乳化携带和乳化调剖等机理发挥驱油作用，能够有效提高稠油油藏原油采收率。乳状液在多孔介质中的微观渗流模式复杂多变，涉及稠油原位乳化、运移、聚并、分裂及次生机理，深入研究不同条件下乳状液在多孔介质中运移时的形态和数量变化具有重要意义。
目前研究流体在多孔介质中渗流规律的技术手段主要包括微观刻蚀模型、岩心驱替物理模拟、CT扫描技术及核磁共振成像技术。
乳状液在多孔介质中渗流时分散相液滴间相互粘连，且数目多、界面膜不清晰，导致核磁共振成像和CT扫描技术难以有效区隔分散相液滴，导致该技术无法直观表征原油在多孔介质中的乳化特征。岩心驱替物理模拟技术可在高温高压环境中通过压力变化曲线间接判断原油是否乳化及乳状液运移、破碎、封堵情况，但由于钢制岩心夹持器的遮挡，不能观测多孔介质内部乳状液的生成情况。微观刻蚀模型通过氢氟酸刻蚀后高温烧结而成，通过图像采集系统可直观观察不同条件下乳状液生成、运移、破碎及再生等动态演化过程，但是常规微观刻蚀模型存在以下局限性：(1)玻璃刻蚀孔道模拟尺寸为实际岩石孔隙结构尺寸的数倍且润湿性存在差异，不能准确表征天然多孔介质的拓扑结构；(2)耐温耐压性低，仅局限于模拟标准大气压下乳状液的生成、运移及次生特征；(3)产出乳状液分布密度大，数量多，相互粘连，不能准确反映乳状液生成粒径数目及尺寸差异。为充分掌握乳状液在多孔介质中的运移规律，亟需发明一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置。
发明内容：
本发明的目的是提供一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，用于认识稠油乳化后乳状液在多孔介质中的粒径演化规律和压力动态变化特征，为改善稠油冷采开发效果提供理论支撑和技术支持。
为实现以上目的，本发明提供的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，包括油水注入系统、油水乳化渗流模拟系统、图像采集系统、乳状液破乳分离计量系统。油水注入系统由进样泵、油水流量控制器、耐高温高压中间容器组成。油水乳化模拟系统由多测点填砂模型、压力传感器和六通阀、回压装置组成。乳状液破乳计量系统由强亲水材料网板过滤漏斗、电极折流板过滤筛和计量装置组成。图像采集系统由乳状液微搅拌稀释装置、乳状液微观结构观察窗、乳状液微观结构显微镜、彩色摄像机和计算机组成。乳状液微搅拌稀释装置由微搅拌器、稀释液储放槽及清洗系统组成，其入口端连接油水乳化渗流模拟系统的六通阀，出口端连接观察窗，观察窗出口端连接乳状液破乳分离计量系统，观察窗由两片5cm×2cm的耐压有机玻璃组成，外部由钢框结构固定，两玻璃片间的渗流通道边缘部位有金属垫片和耐压密封圈，可调节的厚度为0.1μm～15μm，钢框四角处安装可调节玻璃板厚度的高精度卡尺微螺旋。
上述液体流量仪测量范围为0-30ml/min，压力传感器测量范围为0-30MPa，精度为0.01Mpa。
上述多测点填砂管模型包含3个采样口，直径2.5cm，长100cm，取样口等间距分布。填砂模型填制材料及方法为：利用不同目数的石英砂，通过自动化填砂装置填制不同渗透率的多孔介质模型，选用天然石英砂目数为10、20、50、80、100、200。
上述微螺旋稀释装置由耐压液槽、数显螺旋式搅拌器、一键式换液清洗系统组成。其中，耐压液槽内壁涂有亲水材料，容积为20mL，压力范围为0-10Mpa，连接稀释液供应装置，微搅拌装置为螺旋桨式数显搅拌器，其叶片由亲水材料制成，搅拌速率为0-100转/分钟。稀释液为分散剂与蒸馏水的混合物，具有分散、稳定乳状液的作用。微搅拌稀释装置进口端通过六通阀与多测点填砂管的注入端、产出端及中部各个测压点相连接，微搅拌装置的入口端还和回压控制装置相连。
上述观察窗由两片5cm×2cm的耐高压有机玻璃组成，压力范围为0-10MPa。外部由钢块结构通过四角处微螺旋卡尺调节器固定，外形尺寸80mm×80mm。两玻璃片间为渗流通道，通道厚度由边缘部位金属垫片和耐压橡胶圈确定，可调观察窗厚度范围为0.1μm～15μm。
上述乳状液破乳分离装置由锥形玻璃槽、钛电极折流板过滤筛、双向脉冲电源，带有刻度尺的计量杯组成。锥形玻璃槽上锥面内径100mm，下锥面内径20mm，壁厚5mm，高度200mm，电极板为平面钛电极，阳极表面镀铱、阴极纯钛，扇形极板直径为15mm～50mm，间距为10～50mm，阴阳极扇形极板交错插入锥形杯内壁卡槽内。双向脉冲电源输出双向脉冲的频率占空比以及电压和电流可以自行设定，双向脉冲交流电场电压量程为10V～1000V，频率为20HZ～1000HZ，占空比为0.5，排出液收集分离装置连接六通阀和观察窗出样口。
上述可移动式工作台包括载物板、中间板、底板，载物板与中间板间X方向安装有平行滚轮轨道，连接X方向齿轮杆，中间板和地板间Y方向安装有平行滑轮轨道，连接Y方向齿轮杆，两杆同轴异螺纹，相互独立转动，隔板尺寸为200mm×200mm。
上述乳状液微观结构显微镜的物镜倍数为1-80X，载物台下部有背景光源，所述的彩色摄像头拍照功能像素为1200万。
本发明基于多孔介质中油水乳化渗流模拟系统，高压状态下制备的乳状液在填砂管模型中渗流，经微搅拌稀释装置稀释后进入乳状液微观形态观察窗中，实现多孔介质中乳状液粒径实时动态演化图像的观察与采集。通过图像采集系统采集不同注入条件下(水油比、乳化剂浓度、注入速度)及不同位置处的乳状液分布状态，统计分析单位面积内分散相液滴数目，实现高压状态下乳状液在多孔介质中渗流时微观状态的动态演化图像实时采集与处理。
附图说明：
图1为一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置
图2为乳状液粒径赋存数量的装置纵向剖面图
图3为乳状液粒径赋存数量的装置俯面图
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细描述
一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，包括油水注入系统、油水乳化渗流模拟系统、乳状液稀释系统、图像采集系统、乳状液破乳计量系统。其中油水注入系统由进样泵1、耐高温高压中间容器2及油水流量控制器3组成。进样泵1与耐温耐压中间容器2相连，油水流量控制器3和原油自乳化渗流模拟系统入口相连，用于提供乳状液生成的注入条件。在原油自乳化渗流模拟系统中，多测点填砂管模型6用于在多孔介质中生成乳状液并提供运移的多孔介质条件，填砂管模型6各采样口处连接压力传感器4，用于采集乳状液渗流过程中各测点压力和导出各测点乳状液流体，多测点填砂管模型6出口端连接回压阀7，控制体系压力状态。在乳状液微搅拌稀释系统中，液槽9进样口与六通阀8连接，由稀释液储液槽9、微搅拌器10、喷雾清洗装置11组成，微搅拌器10安装在储液槽8中心上方。
在图像采集系统中，乳状液粒径观察窗12由两片5cm×2cm的耐压有机玻璃片28组成，玻璃片28上下有橡胶密封垫片27，耐压有机玻璃渗流通道部位由耐压橡胶密封圈27和进样导管24、出样导管24‘组成，两玻璃片28间的渗流通道边缘部位有耐压橡胶密封圈27，外部由钢框结构26固定，钢框四角处安装可调节玻璃板厚度的高精度卡尺微螺旋25，可调节的厚度范围为0.1μm～15μm，导管24连接乳状液稀释液槽出样口，导管24‘连接采出液破乳分离系统进样口，螺旋齿杆15和XY方向工作台16用于选择目标区域，显微镜13与彩色摄像机14连接，用于采集乳状液粒径分布图像，计算机18与彩色摄像机14连接，用于存储采集的液滴图像。乳状液破乳分离系统由强亲水材料网板过滤漏斗、计量装置组成，采出液破乳分离装置由双向脉冲交流电源19、钛电极折流板过滤筛20、带有刻度尺的计量杯23组成。电极板阳极22表面镀铱、阴极21纯钛。双向脉冲交流电源19输出双向脉冲的频率占空比以及控制电压和电流，排出液收集装置23用于计量乳状液水油比，连接六通阀8和观察窗12出样口。
本发明工作时，首先通过油水注入系统设置实验条件(油水注入速度、回压、实验温度)，注入分散相稠油、连续相乳化剂水溶液)，在多测点填砂管模型6中乳化形成乳状液，乳状液在多孔介质中运移、破裂及再生，乳状液经过填砂模型6各取样口后经六通阀8到达微搅拌稀释液槽9，经稀释液稀释后进入乳状液微观形态观察窗12。转动螺旋齿杆15移动XY方向工作台16选择目标区域，通过显微镜13和彩色摄像机14观察乳状液粒径特征，通过计算机显示器17预览乳状液粒径演化规律并进行存储。剩余乳状液经六通阀8后直接进入乳状液破乳分离漏槽20，经不同电极板22、21‘破乳过滤后形成油水两相体系。六通阀8可调控耐压填砂管6不同位置处的乳状液进入观察窗12，表征粒径动态演化规律。
本发明针对高压实验条件下填砂模型中渗流的乳状液，体现了乳状液在多孔介质中生成、运移、破裂及再生特征，实现了乳状液粒径在动态演化过程中粒径图像实时观察采集及对应压力同步采集一体化功能。本发明结合了稠油冷采开发过程中的现场需求，实用性强，且乳状液破乳分离处理满足环保需求。在采集图像的基础上引入液滴密度和变异系数定量描述乳状液粒径动态演化特征，结合压力实时监测分析，可为深入研究乳状液在多孔介质中的动态演化规律提供有效工具，为改善稠油冷采开发效果提供理论支撑和技术支持。
Claims (9)
1.一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，所述实验装置包括注入泵、流体流量调控设备、多测点耐温耐压填砂模型、微螺旋稀释装置、乳状液破乳分离装置、乳状液粒径动态演化及压力变化规律一体化实时监测设备；注入泵及流体流量调控设备连接多测点耐温耐压填砂模型，在注入泵及流体流量调控设备的泵送下，乳状液分散相液滴和连续相流体从多测点耐温耐压填砂模型中渗流，乳状液粒径动态演化及压力变化规律一体化实时监测设备对多测点耐温耐压填砂模型中不同时间不同位置处的乳状液粒径分布及对应压力变化规律进行同步监测，模型出口端乳状液经破乳分离后再次收集。
2.根据权利要求1所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，乳状液粒径动态演化及压力变化规律一体化实时监测设备包括填砂模型不同取样点处的实时压力测量及采集系统和可视化动态图像同步采集分析系统。
3.根据权利要求2所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，实时压力测量及采集系统包括压力传感器、数据采集器和监控主机；压力传感器与多测点耐温耐压填砂模型采样口相连，数据采集器连接压力传感器，用于采集压力波动产生的信号；监控主机基于数据采集器采集的信号分析多孔介质中乳状液生成、封堵、破裂及再生动态对应的压差变化规律。
4.根据权利要求2所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，可视化动态图像同步采集分析系统包括乳状液形态显微镜、彩色摄像机、计算机；乳状液形态显微镜载物台上方配备耐温耐压透明玻璃探测窗，彩色摄像机安装在显微镜上端，显微镜和彩色摄像机用于监测多孔介质中乳状液的粒径动态演化，计算机用于存储彩色摄像机记录的图片。
5.根据权利要求1所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，微螺旋稀释装置包括耐压液槽、数显螺旋式搅拌器和一键式换液清洗系统；其中，耐压液槽内壁涂有亲水材料，容积为20mL，液槽顶部装有数显螺旋式搅拌器，液槽顶角装有微波震动清洗装置。
6.根据权利要求3所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，乳状液粒径演化测量平台包括钢制微观夹持器、高精度标尺式螺栓、耐压有机玻璃、密封胶圈、样品缓冲槽、移动工作台；夹持器内部夹有上下两块耐压有机玻璃板，玻璃板间夹有密封圈，夹持器边缘装有标尺式螺栓保障密封圈与玻璃板及进样口和出样口无缝粘连，组成全封闭系统，在可视化窗口左右端连接样品缓存区，缓存区端口通过变径转化接头与管线连接；粒径演化测量平台通过螺丝固定在移动工作台上，可沿XY方向独立移动，保障显微镜不同视野间的转换。
7.根据权利要求1所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，采出液破乳分离装置包括锥形玻璃槽、钛电极折流板过滤筛、双向脉冲电源和带有刻度尺的计量杯；钛电极折流板阳极表面镀铱、阴极纯钛；双向脉冲交流电源输出双向脉冲的频率占空比以及电压和电流可以自行设定，电场诱导破乳，排出液收集破乳分离装置连接六通阀和观察窗出样口。
8.根据权利要求1所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，乳状液制备体系由连续相和分散相按一定体积比配置而成，连续相为乳化剂溶解在一定矿化度的地层水中形成的水溶液，分散相为油田采出原油液滴。
9.根据权利要求1所述的一种多孔介质中油/水乳状液生成与粒径动态演化实时监测实验装置，其特征在于，连续相水溶液中的乳化剂为阴离子表面活性剂石油磺酸盐RSO3M，质量百分数为0.1％～1％，R基为平均14～18个碳原子的直链脂肪族烷基，其密度为1.08g/ml，固含量为45％，HLB值为8～11。
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|---|---|---|---|---|
| CN117147395A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 东北石油大学三亚海洋油气研究院 | 用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置与方法 |
| CN117368066A (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-09 | 大连理工大学 | 基于纳米ct水合物原位生成、渗流模拟装置及其使用方法 |
| CN117740631A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 中国石油大学(华东) | 一种测量乳状液粒径的电信号刻度标样及刻度方法 |
| CN117782943A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-03-29 | 中国石油大学(华东) | 乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法 |
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2022
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