CN202661389U - 基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统，系统由定泡沫稳定性装置、泡沫尺寸分布装置、泡沫运动行为研究装置、泡沫大小变化测量装置以及控制装置五大组成装置进行系统的研究泡沫驱油中泡沫的特性，泡沫尺寸分布装置通过微量注射泵用毛细管产生气泡，泡沫稳定性装置监测泡沫破裂、衰变的过程，泡沫运动行为研究装置确定气泡大小及座标位置，泡沫大小变化测量装置通过照度计模拟输出信号进行采样、存储，控制装置与前四个装置模块连接并对前四个装置进行控制，最终得出较准确的合适的泡沫模型。本实用新型的有益效果是：可为泡沫的耐油性、持久性、低价性起到相当大的作用，对改善泡沫体系性能，推广泡沫驱在矿场中的应用具有非常重要的意义。

Description

基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统

技术领域

 本实用新型涉及研究系统，特别是一种基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统。 

背景技术

泡沫驱是一项重要的三次采油技术，在降低气油比，增加原油产量，提高波及效率等诸多方面具有很大的发展潜力；一直没有在矿场应用中得到推广，泡沫体系的不稳定性是其应用受到限制的根本原因。目前主要用半衰期的概念来表征驱油泡沫的稳定性，半衰期是指一定体积泡沫中析出一半的液体或破灭一半体积的泡沫所用的时间。目前对决定气泡稳定性的内在因素的研究尚少，研究对气泡稳定性起重要作用的气泡膜的剪切弹性模量，将会为后续气泡及泡沫微观研究提供了一定的方法及理论基础。泡沫是相当复杂的体系，目前国内外对于泡沫驱油的研究仍基本处在理论研究阶段，现场应用还正在进行摸索，距大规模的实际应用还有一定的距离。 

实验手段落后对于泡沫在岩石孔道中的生成与破裂的研究，现在所有的研究结果均是建立在1D 模型的基础上。其结果不能准确地反映真实地层岩石中的流动状况。应该考虑多利用CT 等手段对高维度实验模型进行研究。这对于建立准确的泡沫数值模拟模型具有重要的意义。泡沫流动特性理论未成体系泡沫的流变性研究目前已形成系统的主要成果多集中于光滑管道中的泡沫流动，这些结果对于泡沫钻井、固井等施工工艺起到了重要的指导作用。但对于非均质多孔介质中高温高压条件下的流变性研究仍不成熟，没有形成完整系统的理论，在泡沫微观机理的某些方面还存在很大的争议。数学模型仍需完善目前数学模型中总量平衡模型考虑的是最全面的。但有必要在现有工作的基础上明确聚并和生成速度表达式中各变量的物理意义；研究影响聚并临界毛管力的因素；应考虑发展同时顾及高干度和低干度、稳态流和瞬态流的统一的总量平衡模型；研究油相的存在对泡沫的影响，并在数学模型中加以体现。最终从机理研究扩展到大规模的矿场模拟。 

因此需要对对泡沫驱油的流动机理、数学模型研究等方面的技术以及泡沫驱油在机理和现场应用方面存在的问题进行了较为系统的研究和总结，并在此基础上对泡沫驱油提出相关的建议及解决方法，因此，我们主要对气泡膜建立最接近实际的模型，在实验室中解决泡沫的特性，并作出气泡膜剪切弹性模量的研究，从微观机理方面来研究驱油泡沫体系的稳定性。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：系统由定泡沫稳定性装置、泡沫尺寸分布装置、泡沫运动行为研究装置、泡沫大小变化测量装置以及控制装置五大组成装置进行系统的研究泡沫驱油中泡沫的特性，泡沫尺寸分布装置通过微量注射泵用毛细管产生气泡，泡沫稳定性装置监测泡沫破裂、衰变的过程，泡沫运动行为研究装置确定气泡大小及座标位置，泡沫大小变化测量装置通过照度计模拟输出信号进行采样、存储，控制装置与前四个装置模块连接并对前四个装置进行控制，最终得出较准确的合适的泡沫模型。 

泡沫稳定性装置可以得到气泡半径随时间的变化。其是通过光源发出的白光经凹镜和瞄准仪折射后形成准平行光，遮光板上的小孔直径约1cm(不小于10个气泡的直径)，光线通过遮光板后照射到装有泡沫的玻璃容器上，透过泡沫到达光电倍增管，光电流的大小由检流器来记录，再通过单片机电路输到电脑，可以实时监测泡沫破裂、衰变的过程，测量的数据比较准确。 

泡沫尺寸分布装置毛细管法起泡，测量泡沫尺寸对泡沫尺寸和分布研究一般采用毛细管法，分析表面张力、气流速度、毛细管孔径等因素的影响。将微量注射泵用毛细管产生的气泡通过CCD摄像仪拍摄头传给电脑进行处理。 

泡沫运动行为研究装置用摄影一图像分析法对三相流化床中气泡行为的研究实验中用CCD摄像仪拍摄床中的气泡。由于采用了二维床结构，可以认为气泡一般沿床壁向上运动。这样光线可以透过气泡而对于液固相光透过较少，摄影主要目的是为了研究气泡的运动行为，必须采用适当光源强度，既能使光线透过气泡，清晰地成像于底片上。又不使其他摄影用光采用透射光，由于光线经过气泡和液一固相后的强弱变化，在电影负片上得到灰度不同的像。根据图像的灰度等级的不同在图象分析仪进行自动或半自动分析，确定气泡大小及座标位置。 

泡沫大小变化测量装置主要包括光源、气幕模拟器、信号接受以及数据采集装置。光靖由He Ne激光器和激光扩束器组成。He Ne激光器的输出功率大于5mW，波长为632．8nm，扩束器可将激光器发出的光束扩大三倍；气幕模拟器主要由水槽、微孔陶瓷器、气体钢瓶组成，一定压力的N 通过微孔陶瓷管产生试验所需的气幕，产生气幕的气体压力可调，气幕中的气体含量、气泡的大小随气体的压力变化而变化；信号接收装置由照度计及其探头组成，该装置将通过气幕的光信号加以接受，通过其视窗读取信号强度，并可转换为模拟信号输出，数据采集系统由数据栗集卡和计算机组成，该系统可将照度计的模拟输出信号进行采样、存储，并可对其进行程序化处理。 

最终，通过控制装置将四个装置模块连接综合处理，取最优化值和一些特殊情况，最终得到更精确的结果。 

本实用新型的有益效果是：通过将研究泡沫的几个核心装置相连接，取最优化结果进行解决系统所存在的问题，以更接近实际效果的角度出发，解决当前泡沫研究所出现的部分问题，同时从宏观微观两个角度着手，完整的对整个泡沫体系进行了模拟研究，也可以进行多因素分析判断，结合实际图像及反映出的特性，建立最佳模型。具有从实时、无损、非接触地测量气泡膜的剪切弹性模量，可为泡沫的耐油性、持久性、低价性起到相当大的作用，对改善泡沫体系性能，推广泡沫驱在矿场中的应用具有非常重要的意义。 

附图说明

图1为泡沫特性研究系统概图。 

图2为光学法测量泡沫的稳定性装置示意图。 

图3 为毛细管法测量泡沫尺寸分布装置示意图。 

图4为图像分析法测量泡沫的运动行为装置示意图。 

图5 为尾流法测量泡沫的大小装置示意图。 

图6 控制装置示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体结构作进一步说明。 

图1、2、3、4、5、6中，1—凹镜，2—光源，3—玻璃容器，4—检流计，5—单片机，6—光电倍增管，7—遮光板，8—瞄准仪，9—微量注射泵，10—柱形容器，11—CCD摄像仪，12—毛细管，13—液体流量计，14—摄像仪，15—照明灯，16—压差计，17—气体流量计，18—气体压缩机，19—缓冲罐，20—气体分布板，21—流化床，22—自来水进口，23—HeNe激光器，24—气幕模拟器，25—扩束器，26—数据采集器，27—微孔陶瓷器，28—电脑，29—鼠标，30—键盘。 

泡沫稳定性装置中，打开光源2，经过和不经过凹镜1的光经过瞄准仪8折射，形成平行光，再经过遮光板7上的小孔后照射到玻璃容器3上，通过的光经过光电倍增管6产生一部分电子，形成电流经过检流计4检测之后传给单片机5，最终将信号传给电脑28，便可以比较准确地实时监测泡沫破裂、衰变的过程。 

泡沫尺寸分布装置毛细管法起泡，打开微量注射泵9，提供给毛细管12可控制的压力，继而控制气泡的大小和速率，CCD摄像仪11调整到合适位置时，可以将获得气泡的尺寸分布，采用毛细管法测量泡沫尺寸对泡沫尺寸和分布，最终分析表面张力、气流速度、毛细管孔径等因素的影响，并传给电脑28进行处理。 

泡沫运动行为研究装置是通过输入自来水进口22进水，用液体流量计17记录进入流化床的水量，另一侧，用气体压缩机18产生一定的气体给缓冲罐19，用气体流量计17对其进行监测控制，用压差计16进行精确确认，再经过气体分布板20可以使气泡均匀产生在流化床21里，这时在流化床21一侧放置照明灯15，另一侧置摄像仪14拍摄床中的气泡。 

泡沫大小变化测量装置测量中，用微孔陶瓷器27产生一定压力，控制在气幕模拟器24中产生气泡，接着打开HeNe激光器23，使通过的激光进入扩束器25中，将产生的数据传给数据采集器26，最后整理输入到电脑28中。 

最后，将四个装置产生的数据分别进行处理，将结果分析汇总，考虑到一些细小因素，修正之后变可以进行最佳模拟研究。 

本实用新型优势：从多装置多方位角度出发，合理地营造出泡沫驱中泡沫的环境，并经过多方式处理，获取了最佳更高精度模型；整个系统装置同时从宏观和微观两个角度进行把握，进行了多方式、多因素、多环境的考虑，为最佳模型建立了基础；与传统方法（落球法、毛细管法等）相比，本方法可实时、无损、非接触地测量气泡的剪切弹性模量；自主开发的光强分布测定系统具有实时采集、智能分析、二维与三维结合显示等特点，能对图像及数据进行合理的处理；建立起气泡的膜材料模型，通过受力分析，得出了剪切弹性模量的理论公式；依据该实验原理可设计一套数据采集系统，自动采集实验所需数据，编写简易程序对数据自动处理，实现高效、快速的测量，进一步将该验装置体积缩小，可开发出一套系统的测量仪器。 

Claims (5)

1.基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统，其特征是：系统由定泡沫稳定性装置、泡沫尺寸分布装置、泡沫运动行为研究装置、泡沫大小变化测量装置以及控制装置五大组成装置进行系统的研究泡沫驱油中泡沫的特性，泡沫尺寸分布装置通过微量注射泵用毛细管产生气泡，泡沫稳定性装置监测泡沫破裂、衰变的过程，泡沫运动行为研究装置确定气泡大小及座标位置，泡沫大小变化测量装置通过照度计模拟输出信号进行采样、存储，控制装置与前四个装置模块连接并对前四个装置进行控制，最终得出较准确的合适的泡沫模型。

2.根据权利要求1要求所述的基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统，其特征是：泡沫稳定性装置是通过光源发出的白光经凹镜和瞄准仪折射后形成准平行光，光线通过遮光板后照射到装有泡沫的玻璃容器上，透过泡沫到达光电倍增管，光电流的大小由检流器来记录，再通过单片机电路输到电脑，实时监测泡沫破裂、衰变的过程。

3.根据权利要求1要求所述的基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统，其特征是：泡沫尺寸分布装置毛细管法起泡，打开微量注射泵，提供给毛细管可控制的压力，继而控制气泡的大小和速率，CCD摄像仪调整到合适位置时，将获得气泡的尺寸分布，采用毛细管法测量泡沫尺寸对泡沫尺寸和分布，最终分析表面张力、气流速度、毛细管孔径等因素的影响，并传给电脑进行处理。

4.根据权利要求1要求所述的基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统，其特征是：泡沫运动行为研究装置是通过输入自来水进口进水，用气体流量计记录进入流化床的水量，另一侧，用气体压缩机产生一定的气体给缓冲罐，用气体流量计对其进行监测控制，用压差计进行精确确认，再经过气体分布板可以使气泡均匀产生在流化床里，这时在流化床一侧放置照明灯，另一侧置摄像仪拍摄床中的气泡。

5.根据权利要求1要求所述的基于油田开采中泡沫驱泡沫特性的最佳模拟研究系统，其特征是：泡沫大小变化测量装置测量是用微孔陶瓷器产生一定压力，控制在气幕模拟器中产生气泡，接着打开HeNe激光器，使通过的激光进入扩束器中，将产生的数据传给数据采集器，最后整理输入到电脑中。

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