CN117330457A - 基于硫化氢环境的凝胶测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于硫化氢环境的凝胶测量装置及方法，属于凝胶试验设备技术领域，测量装置包括硫化氢生成系统、水浴加热系统、气体浓度检测系统以及高温流体黏度测定系统，硫化氢生成系统产生的硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统进行流体黏度测量，高温流体黏度测定系统由水浴加热系统加热模拟地层温度；气体浓度检测系统能够检测进入高温流体黏度测定系统前后硫化氢气体的浓度；高温流体粘度测定系统两侧布置激光发射器和激光接收器、内部黏度测量容器盛装凝胶型流体，黏度测量容器反复转动过程中，测量黏度测量容器内的落球中断激光信号时间来计算流体黏度。本发明能够模拟实际地层中硫化氢环境下的凝胶，在密闭环境中对凝胶性能进行试验。
Description
技术领域
本发明属于凝胶试验设备技术领域，尤其涉及一种基于硫化氢环境的凝胶测量装置及方法。
背景技术
在油气田开发过程中，地层流体环境非常复杂。部分油田存在硫化氢气体，含硫化氢油田开发过程中产生的相关问题已经成为严重阻碍了石油天然气开采的高效开发。而硫化氢是一种剧毒的危害性气体，对人员生命健康有着极大的危害，并且对油田环境和生产设备也会带来严重的影响。由于硫化氢气体的存在，会导致进入地层的调剖堵水剂性质发生改变，使调堵效果变差。
为了降低地层中的硫化氢气体的存在对于调剖堵水的效果影响，需要定量表征含硫化氢气体条件下调剖堵水体系的流动特征，因此模拟实际地层中含硫化氢环境下调剖堵水体系的性能评价非常重要。
由于调剖堵水剂为凝胶型，而目前在硫化氢环境下对于凝胶的性能的研究不太成熟，对于油气田开发中所遇到的硫化氢环境大多数都会选择用碱中和掉，但是地层条件复杂，硫化氢无法完全中和，而残留的硫化氢一定程度上还会影响调堵和驱替的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于硫化氢环境的凝胶测量装置及方法，旨在解决现有凝胶测量试验装置无法在含硫化氢气体的密闭环境中对凝胶性能进行测量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于硫化氢环境的凝胶测量装置，包括硫化氢生成系统、硫化氢存储器、水浴加热系统、气体浓度检测系统以及高温流体黏度测定系统，所述硫化氢生成系统产生的硫化氢气体储存在硫化氢存储器内，所述硫化氢存储器排出的硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统进行流体黏度测量，所述高温流体黏度测定系统与水浴加热系统相连；所述气体浓度检测系统与计算机相连，能够检测进入高温流体黏度测定系统前后硫化氢气体的浓度。
优选的，所述硫化氢生成系统包括盐酸容器、硫化钠添加容器和硫化氢反应容器，所述盐酸容器通过左连通管与硫化氢反应容器相连，所述硫化钠添加容器通过阀门与硫化氢反应容器相连，所述硫化氢反应容器的出气口通过右连通管与硫化氢存储器相连；所述左连通管上设有盐酸控制阀，所述右连通管上设有硫化氢控制阀。
优选的，所述阀门上带有筛网，用于过筛硫化钠固体。
优选的，所述盐酸容器及硫化氢存储器均为活塞式储能器。
优选的，所述硫化氢存储器通过连接管与高温流体黏度测定系统相连，所述连接管通过旋转阀门与高温流体黏度测定系统的旋转轴转动相连 。
优选的，所述气体浓度检测系统包括两个与计算机相连的气体浓度检测仪，一个气体浓度检测仪设置于连接管上，另一个气体浓度检测仪设置于高温流体黏度测定系统中。
优选的，所述高温流体黏度测定系统包括透明箱体和若干个透明的黏度测量容器，若干个黏度测量容器内部盛装不同的流体来模拟不同调剖堵水体系，若干个黏度测量容器两两对称、左右并列设置于中空的旋转轴上，所述黏度测量容器的开口端与旋转轴的内腔连通，所述旋转轴的一端穿过箱体侧壁与旋转阀门转动配合 、另一端与转动部件相连，所述转动部件与计算机相连；所述黏度测量容器内填充凝胶型流体，用于模拟调剖堵水体系；所述黏度测量容器的两侧分别设有与计算机相连的激光发射器和激光接收器；所述黏度测量容器内设有防腐蚀的落球，所述转动部件驱动旋转轴及黏度测量容器旋转。
优选的，所述水浴加热系统包括输送泵、温度控制器和水浴加热容器，所述温度控制器用于控制加热水浴加热容器内的液体温度；所述水浴加热容器与箱体底部连通，通过水浴加热容器内的输送泵实现液体在箱体与水浴加热容器之间循环。
本发明还提供一种基于硫化氢环境的凝胶测量方法，包括以下步骤：
组装上述基于硫化氢环境的凝胶测量；
启动水浴加热系统将高温流体黏度测定系统内温度调节至实验所需温度；
制备硫化氢气体：通过硫化氢生成系统制备硫化氢气体，并储存于硫化氢存储器内；
将硫化氢存储器内的硫化氢气体输送至高温流体黏度测定系统中；
流体粘度测定：高温流体粘度测定系统的箱体内部设有若干个黏度测量容器盛装凝胶型流体，黏度测量容器两侧分别设有与计算机相连的激光发射器和激光接收器；打开高温流体粘度测定系统的转动部件，若干个黏度测量容器在测量过程中反复转动，黏度测量容器内的落球在转动过程中向下运动，通过测量落球中断激光信号时间判断时间来计算流体黏度。
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，本发明通过硫化氢生成系统制备硫化氢气体，并储存在硫化氢存储器内，利用水浴加热系统对高温流体黏度测定系统进行加热确保实验温度与地层温度一致，硫化氢存储器排出的硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统进行流体黏度测量，利用气体浓度检测系统检测进入高温流体黏度测定系统前后的硫化氢气体浓度。采用该方案能够模拟实际地层中硫化氢环境下的凝胶，利用高温流体黏度测定系统在密闭环境中对凝胶性能进行试验，实验操作简便。
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基于硫化氢环境的凝胶测量装置的结构示意图；
图2是是图1中黏度测量容器及其两侧激光发射器、激光接收器在箱体内的布置示意图；
图中：1-硫化氢生成系统，2-盐酸容器，3-硫化钠添加容器，4-硫化氢反应生成容器，5-左连通管，6-盐酸入口阀门，7-带筛网的阀门，8-阀门，9-右连通管，10-硫化氢存储器，11-气体浓度检测仪，12-旋转阀门，13-温度控制器，14-转动部件，15-黏度测量容器，16-硫化氢气体检测口，17-旋转轴，18-落球，19-计算机，20-激光发射器，21-激光接收器，22-箱体，23--水浴加热容器。
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。
为了研究硫化氢对油气田开发中调剖堵水的影响，将其技术进一步地完善，准确的描述地层里面流体的流动能力，也就是说测量流体粘度，研发了本发明一种处于硫化氢气体环境下的凝胶测量装置及方法，为含硫化氢油气田的高效开发提供一些技术支撑，模拟实际地层中含硫化氢环境下凝胶的性能评价。
参见图1，本发明提供的一种基于硫化氢环境的凝胶测量装置包括硫化氢生成系统1、硫化氢存储器10、水浴加热系统、气体浓度检测系统以及高温流体黏度测定系统，所述硫化氢生成系统1产生的硫化氢气体储存在硫化氢存储器10内，所述硫化氢存储器10排出的硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统对处于硫化氢气体环境下流体的黏度进行测量，所述高温流体黏度测定系统与水浴加热系统相连；所述气体浓度检测系统与计算机19相连，能够检测进入高温流体黏度测定系统前后硫化氢气体的浓度。采用该方案能够模拟实际地层中在硫化氢环境下的凝胶，利用高温流体黏度测定系统在密闭环境中对凝胶性能进行试验，实验操作简便，进一步地完善了凝胶在硫化氢环境下试验技术的完善，为含硫化氢油气田的高效开发提供一些技术支撑。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述硫化氢生成系统1包括盐酸容器2、硫化钠添加容器3和硫化氢反应容器4，所述盐酸容器2通过左连通管5与硫化氢反应容器4相连，所述硫化钠添加容器3通过阀门7与硫化氢反应容器4相连，所述硫化氢反应容器4的出气口通过右连通管9与硫化氢存储器10相连；所述左连通管5上设有盐酸控制阀6，所述右连通管9上设有硫化氢控制阀8。其中，所述阀门7上带有筛网，用于过筛硫化钠固体；阀门7通过漏斗状玻璃管与硫化氢反应容器4连通，使添加的硫化钠与盐酸可以更好地反应，生成所需的硫化氢气体。通过盐酸控制阀6控制盐酸的流出以及方便后续硫化氢气体浓度不够时添加盐酸用量；通过硫化氢控制阀8能够控制硫化氢气体进入硫化氢反应容器4。
采用该结构的硫化氢生成系统，在硫化氢气体浓度不够时，可以添加药品，获取所需的硫化氢气体；同时保证在密闭环境下生成硫化氢气体，防止硫化氢气体流出时会中毒。
具体设计时，所述盐酸容器2及硫化氢存储器10均选用活塞式储能器，操作方便快捷，同时可以吸收液压冲击，消除脉动，降低噪声。具有存储能量和回收能量以及给系统进行能量补偿等作用。硫化氢存储器10用于存放生成的硫化氢气体，为排出一定量的硫化氢气体做准备。其中，所述硫化氢存储器10通过连接管与高温流体黏度测定系统相连，所述连接管通过旋转阀门12与高温流体黏度测定系统的旋转轴17转动相连 。其中，旋转轴17为中空轴。通过旋转阀门12控制硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统。
作为一种优选结构，所述气体浓度检测系统包括两个与计算机相连的气体浓度检测仪11，一个气体浓度检测仪11设置于连接管上，另一个气体浓度检测仪（图中未画出）设置于高温流体黏度测定系统中的黏度测量容器15侧面，可以测定黏度测量容器15中的硫化氢气体浓度。气体浓度检测仪选用便携式气体浓度检测仪，使用更方便。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述高温流体黏度测定系统包括透明箱体22和若干个透明的黏度测量容器15，若干个黏度测量容器15内部盛装不同的流体来模拟不同调剖堵水体系，若干个黏度测量容器15两两对称、左右并列设置于中空的旋转轴17上，所述黏度测量容器15的开口端与旋转轴17的内腔连通，实现硫化氢气体与黏度测量容器15内流体接触的目的；所述旋转轴17的一端穿过箱体22侧壁与旋转阀门12转动配合 、另一端与转动部件14相连，所述转动部件14与计算机19相连；所述黏度测量容器15内填充凝胶型流体，用于模拟调剖堵水体系；所述黏度测量容器15的两侧分别设有与计算机19相连的激光发射器20和激光接收器21；所述黏度测量容器15内设有防腐蚀的落球18，所述转动部件14驱动旋转轴17及黏度测量容器15旋转，旋转轴17在旋转过程中带动若干个黏度测量容器15同时旋转。其中，转动部件14可采用电机。
其中，旋转轴17的侧壁上设有硫化氢气体检测口16，硫化氢气体检测口16设置于两两相对的两个黏度测量容器15之间。便携式气体浓度检测仪11与硫化氢气体检测口16相连，可以测定黏度测量容器15中的硫化氢气体浓度。
鉴于黏度测量容器15为透明材质，在落球18降低至底部指定位置时，两侧激光信号中断，在不同黏度测量容器15内盛装不同性能的凝胶流体来模拟不同调剖堵水体系，通过测量激光中断时间判断不同调剖堵水体系的流动能力，当所有测试样品中的落球18均下落至指定位置时，则旋转轴17再次转动，多次实验，测定落球下落时间的变化。
采用上述结构的高温流体黏度测定系统，使凝胶流体的测量可以在密闭的硫化氢环境下进行；通过落球18以及激光发射器20及激光接收器21来测量落球时间，通过落球时间结合以下公式（1）计算流体黏度。
式中：n为流体黏度，mPa·s；ρ为落球密度，kg/m3；ρ0为测量流体密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；L为反应容器长度，cm；d为容器直径，cm；t为时间s。
采用上述公式能够定量表征含硫化氢气体条件下调剖堵水体系的流动特征。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述水浴加热系统包括输送泵（图中未画出）、温度控制器13和水浴加热容器23，所述温度控制器13能够控制加热水浴加热容器23内的液体温度；所述水浴加热容器23与箱体22底部连通，通过水浴加热容器23内的输送泵实现液体在箱体22与水浴加热容器23之间循环。采用该结构的水浴加热系统可对高温流体黏度测定系统内部温度进行控制，确保若干个黏度测量容器15内凝胶的温度一致，受热更加均匀。
本发明还提供一种基于硫化氢环境的凝胶测量方法，包括以下步骤：
组装上述基于硫化氢环境的凝胶测量；
打开温度控制器13，将温度调节至实验所需温度。
制备硫化氢气体：将实验所需盐酸、硫化钠分别装入盐酸容器2、硫化钠添加容器3，打开带筛网的阀门7，硫化钠添加容器3中的硫化钠通过带筛网的阀门7流到硫化氢反应容器4内；同时打开盐酸控制阀6，添加盐酸溶液到硫化氢反应容器4内，两者反应生出硫化氢气体。
打开硫化氢控制阀8，将生成的硫化氢气体储存于硫化氢存储器10内，储存一定量的硫化氢气体，为下一步制造密闭的硫化氢环境提供条件。
打开硫化氢存储器10右侧连接管上的旋转阀门12，硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统中，同时使用便携式气体浓度检测仪11检测进入黏度测量容器15前硫化氢气体的浓度。若硫化氢气体浓度不够，可以通过硫化氢生成系统1增加盐酸和硫化钠的用量，产生更多的硫化氢气体。
流体粘度测定：打开高温流体粘度测定系统，高温流体粘度测定系统存在若干个盛装凝胶型流体、且内放落球的黏度测量容器15，用于模拟调剖堵水体系；黏度测量容器15两侧分别设有与计算机19相连的激光发射器20和激光接收器21；打开高温流体粘度测定系统的转动部件，若干个黏度测量容器15在测量过程中随旋转轴17反复转动，黏度测量容器15内的落球18在转动过程中的离心力作用下向黏度测量容器15封堵端运动，通过测量落球中断激光信号时间判断时间来计算流体黏度。
在落球18降低至底部指定位置时，两侧激光信号中断，测量通过测量激光中断时间判断不同调剖堵水体系的流动能力，当所有测试样品中的落球18均下落至指定位置时，则旋转轴17再次转动，多次实验，测定落球18下落时间的变化。
达到实验所需的环境下，再对所测的凝胶进行检测，查看其在硫化氢气体环境下的性能数据。通过上述公式1即可计算流体黏度。
综上所述，本发明具有结构简单、成本低、可重复性高、操作简单、耗能少的优点；整个装置在含硫化氢气体的密闭环境中对凝胶性能进行试验，实验操作简便。采用本发明能够有效降低实际油气田开发中，硫化氢气体对调剖堵水的影响，准确的或者是定量的描述地层里面流体的流动状态还有调堵的性能。
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)
1.一种基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：包括硫化氢生成系统、硫化氢存储器、水浴加热系统、气体浓度检测系统以及高温流体黏度测定系统，所述硫化氢生成系统产生的硫化氢气体储存在硫化氢存储器内，所述硫化氢存储器排出的硫化氢气体进入高温流体黏度测定系统进行流体黏度测量，所述高温流体黏度测定系统与水浴加热系统相连；所述气体浓度检测系统与计算机相连，能够检测进入高温流体黏度测定系统前后硫化氢气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述硫化氢生成系统包括盐酸容器、硫化钠添加容器和硫化氢反应容器，所述盐酸容器通过左连通管与硫化氢反应容器相连，所述硫化钠添加容器通过阀门与硫化氢反应容器相连，所述硫化氢反应容器的出气口通过右连通管与硫化氢存储器相连；所述左连通管上设有盐酸控制阀，所述右连通管上设有硫化氢控制阀。
3.根据权利要求2所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述阀门上带有筛网，用于过筛硫化钠固体。
4.根据权利要求2所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述盐酸容器及硫化氢存储器均为活塞式储能器。
5.根据权利要求1所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述硫化氢存储器通过连接管与高温流体黏度测定系统相连，所述连接管通过旋转阀门与高温流体黏度测定系统的旋转轴转动相连 。
6.根据权利要求5所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述气体浓度检测系统包括两个与计算机相连的气体浓度检测仪，一个气体浓度检测仪设置于连接管上，另一个气体浓度检测仪设置于高温流体黏度测定系统中。
7.根据权利要求5所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述高温流体黏度测定系统包括透明箱体和若干个透明的黏度测量容器，若干个黏度测量容器内部盛装不同的流体来模拟不同调剖堵水体系，若干个黏度测量容器两两对称、左右并列设置于中空的旋转轴上，所述黏度测量容器的开口端与旋转轴的内腔连通，所述旋转轴的一端穿过箱体侧壁与旋转阀门转动配合 、另一端与转动部件相连，所述转动部件与计算机相连；所述黏度测量容器内填充凝胶型流体，用于模拟调剖堵水体系；所述黏度测量容器的两侧分别设有与计算机相连的激光发射器和激光接收器；所述黏度测量容器内设有落球，所述转动部件驱动旋转轴及黏度测量容器旋转。
8.根据权利要求7所述的基于硫化氢环境的凝胶测量装置，其特征在于：所述水浴加热系统包括输送泵、温度控制器和水浴加热容器，所述温度控制器用于控制加热水浴加热容器内的液体温度；所述水浴加热容器与箱体底部连通，通过水浴加热容器内的输送泵实现液体在箱体与水浴加热容器之间循环。
9.一种基于硫化氢环境的凝胶测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
组装如权利要求1-8任一项所述的基于硫化氢环境的凝胶测量；
启动水浴加热系统将高温流体黏度测定系统内温度调节至实验所需温度；
制备硫化氢气体：通过硫化氢生成系统制备硫化氢气体，并储存于硫化氢存储器内；
将硫化氢存储器内的硫化氢气体输送至高温流体黏度测定系统中；
流体粘度测定：高温流体粘度测定系统的箱体内部设有若干个黏度测量容器盛装凝胶型流体，黏度测量容器两侧分别设有与计算机相连的激光发射器和激光接收器；打开高温流体粘度测定系统的转动部件，若干个黏度测量容器在测量过程中反复转动，黏度测量容器内的落球在转动过程中向下运动，通过测量落球中断激光信号时间判断时间来计算流体黏度。
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