CN117147395A - 用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置与方法，属于乳化试验设备技术领域，实验装置包括乳状液发生器、水相输送系统、油相输送系统和乳化液滴测量系统，通过水相输送系统及油相输送系统向乳状液发生器模拟输送注入水和原油，注入水和原油在乳状液发生器内乳化形成乳状液体系，利用乳化液滴测量系统测量乳状液体系的粒径分布。乳化液滴测量系统的超声波分散器使乳状液分散，防止发生聚合现象；利用乳化液滴测量系统的激光粒度仪来测量乳状液体系中液滴的粒径分布，能够精细判断液滴的大小。本发明能够能够动态测量乳状液液滴大小，确保乳状液的稳定性，自动化操作减小了人为误差，操作更简便，工作效率高，缩短了测量周期。
Description
技术领域
本发明属于乳化试验设备技术领域，尤其涉及一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置与方法。
背景技术
原油开采过程中，原油中的胶质、沥青质、有机酸等天然乳化剂在多孔介质的机械剪切作用下，会使油水两相乳化形成乳状液，而乳状液体系在多孔介质内的形成粒径大小、分布范围以及与地层多孔介质内的匹配关系会对地层原油的采收率产生较大的影响。同时不同原油组分、不同含水率、地层多孔介质的孔隙喉道尺寸、多孔介质表面岩石的矿物组成以及注入流体中含有的表面活性剂成分等均会影响乳状液体系的形成速度和形成粒径大小。
目前针对乳状液体系粒径的大小的测量方法主要依靠机械搅拌器/匀浆器等进行充分搅拌，搅拌速度较快、强度较大，而实际地层内的剪切作用较弱，并不会发生强剪切作用，该乳状液制备方法无法与实际地层内乳状液的形成相匹配。
同时乳状液形成之后并不会稳定存在，而是在油水两相的界面张力作用下逐渐发生聚并，因此将制备得到的乳状液体系直接放入激光粒度仪或者通过显微镜观察，仍然会有大量的乳状液体系聚并，其测得的乳状液尺寸范围并不是地层实际多孔介质内的乳状液尺寸。
由于原油油滴具有一定的吸附性，直接通过激光粒度仪测量会使油滴吸附在测量装置的镜片表面上，进而影响测量结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置与方法，旨在解决现有技术中依靠机械搅拌器/匀浆器搅拌制得的乳状液无法与实际地层内的乳状液相匹配，采用显微镜观察乳状液粒径存在效率低下、测量周期长、且受操作人员影响，无法准确识别所形成乳状液粒径的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，所述实验装置包括乳状液发生器、水相输送系统、油相输送系统和乳化液滴测量系统，通过水相输送系统及油相输送系统向乳状液发生器模拟输送注入水和原油，模拟的注入水和原油在乳状液发生器内乳化形成乳状液体系；所述乳化液滴测量系统用于测量乳状液体系的粒径分布。
优选的，所述乳状液发生器包括用于模拟地层孔隙尺寸的多孔介质岩心柱，所述岩心柱的上端及其四周包裹树脂，所述岩心柱的侧壁及上端分别设有进液口，一个进液口能够与水相输送系统相连，用于向岩心柱内模拟输送注入水；另一个进液口与油相输送系统相连，用于向岩心柱内模拟输送原油；所述岩心柱未包裹树脂的下端延伸至乳化液滴测量系统的水槽内。
优选的，所述岩心柱的两个进液口处均设有压力传感器，用以测量不同条件下不同注入位置的压力变化。此处不同条件指的是：不同的注入速度；不同的含水率；不同的表面活性剂类型及种类；不同的原油组分；不同温度。
优选的，所述水相输送系统包括第一中间容器、水管和水泵，所述第一中间容器及水泵均设置于水管上，所述水泵将水箱内的水相抽至水管，并经第一中间容器进入岩心柱内，与油相输送系统中的模拟原油混合后经多孔介质岩心柱的充分剪切后形成乳化体系。
优选的，所述油相输送系统包括第二中间容器、油管和油泵，所述第二中间容器及油泵均设置于油管上，所述油泵将油箱内的油相抽至油管，并经第二中间容器进入岩心柱内，与水相输送系统中的模拟注入水混合后经多孔介质岩心柱的充分剪切后形成乳化体系。
优选的，所述乳化液滴测量系统包括水槽、输送泵、超声波分散器和激光粒度仪，所述水槽内的流体与水相输送系统的水相成分相同，所述岩心柱的下端及输送泵均浸没于流体内，所述超声波分散器与水槽底部相连；通过输送泵及输送管将岩心柱内形成的乳状液抽送至激光粒度仪，利用激光粒度法测量乳状液体系的粒度分布。
优选的，所述水槽中的流体为表面活性剂溶液，即水相中含有水和表面活性剂。
优选的，所述激光粒度仪中的测试镜片为超疏油材料，所述水箱及水槽内的水相为0.5%的聚氧乙烯脂肪醇醚溶液。
优选的，所述水泵和油泵均采用平流泵；所述输送泵为蠕动泵。
本发明还提供一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验方法，包括以下步骤：
组装上述实验装置；
将实验用油相和水相分别装入油箱和水箱中；
预先启动超声波分散器和激光粒度仪；
分别启动水泵和油泵，注入目标体积的水相和油相；“目标体积”指实验所需的体积；
启动输送泵，通过水槽内的水相将超声波分散器分散后的乳状液输送至激光粒度仪的测试镜片中，能够测量乳状液的液滴粒度范围。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过水相输送系统及油相输送系统向乳状液发生器内输入模拟注入水和原油，可使水相和油相在乳状液发生器内乳化形成乳状液体系；利用乳化液滴测量系统的超声波分散器使乳状液分散，防止发生聚合现象；利用乳化液滴测量系统的激光粒度仪来测量乳状液体系中液滴的粒径分布，能够精细判断液滴的大小。采用本发明能够动态测量乳状液液滴大小从而确保乳状液的稳定性；本发明采用自动化操作，能够减小人为误差，使实验操作更简便，提高了工作效率，缩短了测量周期。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例提供的一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置的结构示意图；
图2是采用本发明测量不同乳状液液滴的粒径统计图：
图中：100-乳状液发生器，200-水相输送系统，300-油相输送系统，400-乳化液滴测量系统；
1-第一中间容器，2-第二中间容器，3-水管，4-油管，5-水泵，6-油泵，7-岩心柱，8-树脂，9-出口管，10-超声波分散器，11-输送管，12-激光粒度仪，13-计算机，14-水槽，15-输送泵；16-测试镜片，17-水箱，18-油箱。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明提供的一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，所述实验装置包括乳状液发生器100、水相输送系统200、油相输送系统300和乳化液滴测量系统400，通过水相输送系统200及油相输送系统300向乳状液发生器100模拟输送注入水和原油，模拟的注入水和原油在乳状液发生器100内乳化形成乳状液体系；所述乳化液滴测量系统400用于测量乳状液体系的粒径分布。
在本发明的一个具体实施例中，所述乳状液发生器100包括用于模拟地层孔隙尺寸的多孔介质岩心柱7，所述岩心柱7的上端及其四周包裹树脂8，所述岩心柱7的侧壁上部及上端分别设有进液口，一个进液口能够与水相输送系统200相连，用于向岩心柱7内模拟输送注入水；另一个进液口与油相输送系统300相连，用于向岩心柱7内模拟输送原油；所述岩心柱7未包裹树脂8的下端延伸至乳化液滴测量系统400的水槽14内。利用树脂8包裹岩心柱7，保证外部来流进入乳状液发生器时不会发生泄漏。
具体制作时，所述岩心柱7的两个进液口处均设有压力传感器，用以测量不同条件下不同注入位置的压力变化。不同条件指的是：不同的注入速度；不同的含水率；不同的表面活性剂类型及种类；不同组分的原油；不同温度。不同条件下，乳化后形成的乳状液液滴的粒径不同，压力会发生变化。不同条件下的实验结果如下：
1.注入速度越快，剪切强度越大，乳液液滴形成数量越多，乳化效果越好，乳化粒径分布越小。
2.含水率越高，压力越小，单位时间乳化的液滴生成数量越少，乳化效果越差，乳化粒径分布越大。
3.表面活性剂会影响乳化稳定性，表面活性剂的加入会使采出端乳状液的液滴数量增加，压力增加，乳化效果变好，乳化粒径分布减小。
4.原油组分会影响乳化稳定性，易乳化的组分多，乳化效果越好，乳化粒径分布越小。
5.温度会影响乳化稳定性，温度升高到一定程度时，乳化稳定性会提高，压力越大，乳化液滴数量越多，乳化效果越好，乳化粒径分布越小。
6.乳化效果越好（乳化液滴数量越大、压力越高），乳化粒径分布越小。因为粒径越小，越容易通过，越容易形成乳状液；越容易形成乳状液，则压力越高。
作为一种优选结构，如图1所示，所述水相输送系统200包括第一中间容器1、水管3和水泵5，所述第一中间容器1及水泵5均设置于水管3上，所述水泵5将水箱17内的水相抽至水管3，并经第一中间容器1进入岩心柱7内，与油相输送系统300中的模拟原油混合后经多孔介质岩心柱7的充分剪切后形成乳化体系。其中，水泵采用平流泵。在平流泵的作用下水相以一定的流速下由岩心柱的上端部进液口进入到多孔介质岩心柱中。
同理，如图1所示，所述油相输送系统300包括第二中间容器2、油管4和油泵6，所述第二中间容器2及油泵6均设置于油管4上，所述油泵6将油箱18内的油相抽至油管4，并经第二中间容器2进入岩心柱7内，与水相输送系统200中的模拟注入水混合后经多孔介质岩心柱7的充分剪切后形成乳化体系。其中，油泵采用平流泵。在平流泵的作用下油相以一定的流速下由岩心柱的周围的进液口进入到多孔介质岩心柱中。
在本发明的一个具体实施例中，所述乳化液滴测量系统400包括水槽14、输送泵15、超声波分散器10和激光粒度仪12，所述水槽14内的流体与水相输送系统200的水相成分相同，所述岩心柱7的下端及输送泵15均浸没于流体内，所述超声波分散器10与水槽14底部相连；通过输送泵15及输送管11将岩心柱7内形成的乳状液抽送至激光粒度仪12，利用激光粒度法测量乳状液体系的粒度分布。其中，输送泵采用蠕动泵。超声波分散器向水槽输送超声波，在超声波的作用下进入到水槽内的乳状液体系并不会马上发生聚合，同时在蠕动泵的作用下水槽内的乳状液会迅速进入激光粒度仪中，通过激光粒度法测量乳状液体系的粒度分布。
具体实施时，所述水槽14中的流体为表面活性剂溶液。乳状液中油滴进入到水槽中之后立刻在较强界面张力溶液的作用下收缩，测试过程中油滴收缩成球形，进一步减少其油滴之间聚并能力的同时，避免油滴吸附在测试镜片表面，保证所测量粒径的准确性。
另外，所述水箱17及水槽14内的水相为0.5%的聚氧乙烯脂肪醇醚溶液；所述激光粒度仪12中的测试镜片16为超疏油材料，超疏油材料采用改性纳米二氧化硅，具有较强的疏油功能，在测试过程中油滴不会吸附在测试镜片表面，进一步保证了测量的准确性；同时不会对激光粒度仪的背景造成影响，保持了原有的油滴粒度范围。
本发明还提供一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验方法，包括以下步骤：
组装上述实验装置；将实验用油相和水相分别装入油箱18和水箱17中；
预先启动超声波分散器10和激光粒度仪12，，使上述设备处于工作状态。
分别启动水泵5和油泵6，注入目标体积的水相和油相。其中，“目标体积”指实验所需的体积。
启动输送泵15，输送管11内缓慢通过水流，水槽14内的水相将超声波分散器10分散后的乳状液输送至激光粒度仪12的测试镜片16中，镜片表面喷涂有改性纳米二氧化硅，具有较强的疏油功能，不会对激光粒度仪的背景造成影响，保持了原有的油滴粒度范围。
由于不同液滴对激光的散射的不同，可在计算机中得出乳状液液滴的大小，如图2所示。图2中右侧为粒径与含量的列表，小于1.000微米的粒径含量为0.11%，小于2.000微米的含量为4.78%，……以此类推。
本发明能够动态测量乳状液液滴的大小，注入油相及水相的体积可由油泵及水泵的控制面板输入，可以将误差控制在微升，减小了人为误差；整个实验的注油和注水过程均通过控制面板操作，使实验操作更简便。利用超声波冲击乳状液，使乳状液分散，防止发生聚合现象。根据不同液滴对激光的散射不同来精细的判断液滴的大小。解决了当前乳化室内试验中不能准确测量，以至于液滴聚合产生影响的问题，注油和注水过程的体积均由控制面板控制，使乳化实验极大程度上减小了人为误差，并使实验更加智能化，进一步解决当前已有的测量装置缺点，使乳化室内试验更完善。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。
Claims (9)
1.一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括乳状液发生器、水相输送系统、油相输送系统和乳化液滴测量系统，通过水相输送系统及油相输送系统向乳状液发生器模拟输送注入水和原油，模拟的注入水和原油在乳状液发生器内乳化形成乳状液体系；所述乳化液滴测量系统用于测量乳状液体系的液滴粒径分布；所述乳状液发生器包括用于模拟地层孔隙尺寸的多孔介质岩心柱，所述岩心柱的上端及其四周包裹树脂，所述岩心柱的侧壁及上端分别设有进液口，一个进液口能够与水相输送系统相连，用于向岩心柱内模拟输送注入水；另一个进液口与油相输送系统相连，用于向岩心柱内模拟输送原油；所述岩心柱未包裹树脂的下端延伸至乳化液滴测量系统的水槽内。
2.根据权利要求1所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述岩心柱的两个进液口处均设有压力传感器。
3.根据权利要求1所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述水相输送系统包括第一中间容器、水管和水泵，所述第一中间容器及水泵均设置于水管上，所述水泵将水箱内的水相抽至水管，并经第一中间容器进入岩心柱内，与油相输送系统中的模拟原油混合后经多孔介质岩心柱的充分剪切后形成乳化体系。
4.根据权利要求3所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述油相输送系统包括第二中间容器、油管和油泵，所述第二中间容器及油泵均设置于油管上，所述油泵将油箱内的油相抽至油管，并经第二中间容器进入岩心柱内，与水相输送系统中的模拟注入水混合后经多孔介质岩心柱的充分剪切后形成乳化体系。
5.根据权利要求4所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述乳化液滴测量系统包括水槽、输送泵、超声波分散器和激光粒度仪，所述水槽内的流体与水相输送系统的水相成分相同，所述岩心柱的下端及输送泵均浸没于流体内，所述超声波分散器与水槽底部相连；通过输送泵及输送管将岩心柱内形成的乳状液抽送至激光粒度仪，利用激光粒度法测量乳状液体系的粒度分布。
6.根据权利要求5所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述水槽中的流体为表面活性剂溶液。
7.根据权利要求5所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述激光粒度仪中的测试镜片为超疏油材料，所述水箱及水槽内的水相为0.5%的聚氧乙烯脂肪醇醚溶液。
8.根据权利要求5所述的用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验装置，其特征在于：所述水泵和油泵均采用平流泵；所述输送泵为蠕动泵。
9.一种用于测量多孔介质内乳状液液滴大小的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
组装如权利要求5-8任一项所述的实验装置；
将实验用油相和水相分别装入油箱和水箱中；
预先启动超声波分散器和激光粒度仪；
分别启动水泵和油泵，注入目标体积的水相和油相；“目标体积”指实验所需的体积；
启动输送泵，通过水槽内的水相将超声波分散器分散后的乳状液输送至激光粒度仪的测试镜片中，能够测量乳状液液滴的粒度范围。
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- 2023-11-01 CN CN202311434633.9A patent/CN117147395B/zh active Active
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| CN117147395B (zh) | 2023-12-26 |
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