CN217542768U - 一种可视化泡沫驱替实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可视化泡沫驱替实验装置，包括依次连接的流体注入系统、岩心物理模型系统、回压控制系统以及分离计量系统；所述流体注入系统包括气体注入部分、液体注入部分以及分别与气体注入部分、液体注入部分连接的发泡器；所述岩心物理模型系统为填砂管物理模型或岩心夹持器物理模型；还包括泡沫观察系统，所述泡沫观察系统设于发泡器的出口及岩心物理模型系统的出口；还包括压力采集系统，所述压力采集系统位于发泡器的出口的泡沫观察系统与岩心物理模型系统之间。本实用新型具有模拟地层高压、观察窗口视野范围大、检测位点多的特点，为进一步筛选起泡剂种类、优选发泡方式、优化注入参数等提供依据。

Description

一种可视化泡沫驱替实验装置

技术领域

本实用新型专利属于三次采油技术领域，涉及泡沫驱室内实验技术，具体为带有可视化观察窗口的泡沫驱替实验装置。

背景技术

泡沫驱是一种改善不利流度比、同时提高波及效率和驱油效率的三次采油技术，能够大幅提高原油采收率。研究表明，泡沫与岩石孔隙结构相匹配能够提高泡沫的封堵能力，而泡径过大或过小均不能形成较强的贾敏效应，造成泡沫的封堵能力较差；泡沫大小越均匀，越能有效降低泡沫之间的聚并衰变，有利于提高泡沫的稳定性而增加泡沫驱的有效作用距离。因此，可视化泡沫驱替实验装置是研究泡沫驱效果的关键技术，特别是泡沫形态、泡径大小及其分布特征是表征泡沫性能的重要参数，不仅为揭示泡沫与岩石孔隙结构的匹配关系、泡沫在多孔介质中生成、运移、破灭、再生的渗流机理以及泡沫驱油效果提供理论支撑，还可根据泡沫性能及其形态进一步筛选起泡剂种类、优选发泡方式、优化注入参数等。

目前，室内主要有两种可视化的实验装置用来开展泡沫驱过程中的泡沫形态、泡径大小及其分布特征研究。一是普通泡沫驱替装置与显微镜联用，在发泡器的出口或岩心驱替物理模型的出口获取泡沫样本，再转移至显微镜下，通过照相技术统计得到驱替过程中的泡沫形态、泡径及其分布，该方法具有取样方便、观察及时的技术特点。但由于泡沫样本是在大气压条件下获得，不能真实反映地层高压条件下的泡沫形态、泡径大小及其分布。二是具有耐高压可视化观察窗的泡沫驱替装置，该装置能够模拟地层高压条件并具备在线检测功能，但仍存在两个方面的技术问题。一方面，由于现有的可视化泡沫驱替装置的观察窗口视野范围小，所观察到的泡沫样本总量少，造成实验结果的系统误差较大。另一方面，由于现有的可视化泡沫驱替装置的检测位点少，只有一个设于岩心驱替物理模型出口的观察窗口，除不能得到上游发泡器所形成的泡沫形态、泡径大小及其分布特征，还无法揭示经过岩心驱替物理模型扰动前和扰动后的泡沫渗流规律以及泡沫与岩石孔隙结构的匹配关系等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种可视化泡沫驱替实验装置，该装置具有模拟地层高压、观察窗口视野范围大、检测位点多的特点。

本实用新型的技术方案如下：

一种可视化泡沫驱替实验装置，包括依次连接的流体注入系统、岩心物理模型系统、回压控制系统以及分离计量系统；其中，

所述流体注入系统包括气体注入部分、液体注入部分以及分别与气体注入部分、液体注入部分连接的发泡器；

所述岩心物理模型系统为填砂管物理模型或岩心夹持器物理模型；

还包括泡沫观察系统，所述泡沫观察系统设于发泡器的出口及岩心物理模型系统的出口；

还包括压力采集系统，所述压力采集系统位于发泡器的出口的泡沫观察系统与岩心物理模型系统之间。

优选地，所述气体注入部分包括高压气瓶及气体质量流量计；高压气瓶盛放的气体为空气或氮气或二氧化碳或甲烷等气体中的一种；

所述液体注入部分包括第一活塞容器、第二活塞容器及第三活塞容器；第一活塞容器用于盛放工作液，工作液为单一起泡剂或聚合物强化泡沫体系或其他复配泡沫体系中的一种或多种组合；第二活塞容器用于盛放地层水或模拟地层水，第三活塞容器用于盛放原油或模拟油；第一活塞容器、第二活塞容器及第三活塞容器的入口端连接有注入泵；第一活塞容器的出口端连接至发泡器的入口端；第二活塞容器及第三活塞容器的出口端连接至发泡器与岩心物理模型系统之间的连接管路；

所述发泡器为筛网发泡器或填砂管发泡器；通过改变所述发泡器的参数而形成不同泡径大小的泡沫，用于评价发泡器形成泡沫效果，研究泡沫经过所述岩心物理模型系统扰动前和扰动后的渗流规律变化以及泡沫与岩心孔隙结构的匹配关系。

优选地，泡沫观察系统包括第一泡沫观察系统及第二泡沫观察系统；第一泡沫观察系统包括第一观察窗口及第一显微镜，用于观察所述发泡器形成的泡沫形态、泡径大小及其分布特征；第二泡沫观察系统包括第二观察窗口及第二显微镜，用于观察所述岩心物理模型系统形成的泡沫形态、泡径大小及其分布特征；

其中，第一观察窗口/第二观察窗口包括上部观察窗口和下部观察窗口；上部观察窗口包括上部钢结构主体及设置于上部钢结构主体中的上部耐压玻璃；下部观察窗口包括下部钢结构主体及设置于下部钢结构主体中的下部耐压玻璃；上部钢结构主体和下部钢结构主体连接；下部钢结构主体的一侧侧壁上设有入口端连接管线，对侧侧壁上设有出口端连接管线；上部观察窗口和下部观察窗口均设有匹配的螺栓孔，上部观察窗口和下部观察窗口之间通过螺栓固定；还包括密封装置，所述密封装置包括位于上部观察窗的密封圈卡槽和下部观察窗口的密封圈；所述上部耐压玻璃固定在上部钢结构主体中心位置的上部固定支架内，下部耐压玻璃固定在下部钢结构主体中心位置的下部固定支架内；所述密封圈卡槽位于上部钢结构主体的螺栓孔和上部耐压玻璃之间；密封圈位于下部钢结构主体的螺栓孔和下部耐压玻璃之间。

优选地，所述压力采集系统为压力传感器，用于采集实验过程中的压力数据；所述回压控制系统包括依次连接的回压阀以及手摇泵；所述回压阀一端连接至位于岩心物理模型系统出口的泡沫观察系统；另一端连接至分离计量系统。所述分离计量系统包括电子天平和量筒，用于记录实验过程中产量数据，所述产量数据包括产油量数据及产液量数据。

优选地，还包括计算机，所述第一显微镜、第二显微镜及压力传感器均与计算机连接，用于存储和处理第一显微镜、第二显微镜及压力传感器反馈的信息。

优选地，所述注入泵与第一活塞容器、第二活塞容器及第三活塞容器的入口之间通过第一六通阀连接，第二活塞容器及第三活塞容器的出口、第一观察窗口的出口与岩心物理模型系统的入口端之间通过第二六通阀连接。所述上部耐压玻璃/下部耐压玻璃为圆角方形，其边长不小于60mm、厚度不小于10mm，上部观察窗口和下部观察窗口之间的间隙不大于0.2mm，上部观察窗口/下部观察窗口耐压不小于15MPa。

本实用新型的技术效果如下：

1、该装置能够模拟地层高压条件，可观察地层压力条件下的泡径及其分布特征；

2、该装置的观察窗口视野范围大，统计的泡沫样本总量多，减少系统误差；

3、该装置的观察窗口检测位点多，能够观察发泡器和岩心驱替物理模型所形成的泡沫形态、泡径大小及其分布特征，可进行泡沫生成、运移、破灭、再生的渗流机理研究和孔隙结构匹配关系研究，拓展了研究泡沫驱渗流机理的方法；

4、该装置可获得泡沫驱油过程中压力、产量以及泡径大小及其分布等数据，能够进一步筛选起泡剂种类、优选发泡方式、优化注入参数等；

5、该装置可于不同气体、工作液、发泡器以及岩心物理模型的泡沫驱实验。

附图说明

图1为本实用新型的各系统连接的示意图。

图2为下部观察窗口的俯视图。

图3为上部观察窗口的俯视图。

图4为下部观察窗口的剖面图。

图5为上部观察窗口的剖面图。

图6为上部观察窗口/下部观察窗口的剖面图。

附图标记：1、注入泵；2、第一六通阀；3、第一活塞容器；4、第二活塞容器；5、第三活塞容器；6、第一观察窗口；7、第一显微镜；8、发泡器；9、气体质量流量计；10、高压气瓶；11、第二六通阀；12、岩心物理模型系统；13、压力传感器；14、第二观察窗口；15、第二显微镜；16、手摇泵；17、回压阀；18、分离计量系统；61、入口端连接管线；62、螺栓孔；63、密封圈；64、钢结构主体入口端；65、下部耐压玻璃；66、下部固定支架；67、钢结构主体出口端；68、出口端连接管线；69、密封圈卡槽；610、上部耐压玻璃；611、上部固定支架；612、螺栓。

具体实施方式

为更进一步了解本实用新型的发明内容，下面结合具体实施例以及附图进行说明本实用新型。

实施例1

一种可视化泡沫驱替实验装置，包括依次连接的流体注入系统、岩心物理模型系统12、回压控制系统以及分离计量系统18；其中，所述流体注入系统包括气体注入部分、液体注入部分以及分别与气体注入部分、液体注入部分连接的发泡器8；所述岩心物理模型系统12为填砂管物理模型或岩心夹持器物理模型；还包括泡沫观察系统，所述泡沫观察系统设于发泡器8的出口及岩心物理模型系统12的出口；还包括压力采集系统，所述压力采集系统位于发泡器8的出口的泡沫观察系统与岩心物理模型系统12之间。

实施例2

在实施例1的基础上，还包括：

所述气体注入部分包括高压气瓶10及气体质量流量计9；高压气瓶10盛放的气体为空气或氮气或二氧化碳或甲烷等气体中的一种；

所述液体注入部分包括第一活塞容器3、第二活塞容器4及第三活塞容器5；第一活塞容器3用于盛放工作液，工作液为单一起泡剂或聚合物强化泡沫体系或其他复配泡沫体系中的一种或多种组合；第二活塞容器4用于盛放地层水或模拟地层水，第三活塞容器5用于盛放原油或模拟油；第一活塞容器3、第二活塞容器4及第三活塞容器5的入口端连接有注入泵1；第一活塞容器3的出口端连接至发泡器8的入口端；第二活塞容器4及第三活塞容器5的出口端连接至发泡器8与岩心物理模型系统12之间的连接管路；

所述发泡器8为筛网发泡器8或填砂管发泡器8；通过改变所述发泡器8的参数而形成不同泡径大小的泡沫，用于评价发泡器8形成泡沫效果，研究泡沫经过所述岩心物理模型系统12扰动前和扰动后的渗流规律变化以及泡沫与岩心孔隙结构的匹配关系。

实施例3

在实施例2的基础上，还包括：

泡沫观察系统包括第一泡沫观察系统及第二泡沫观察系统；第一泡沫观察系统包括第一观察窗口6及第一显微镜7，用于观察所述发泡器8形成的泡沫形态、泡径大小及其分布特征；第二泡沫观察系统包括第二观察窗口14及第二显微镜15，用于观察所述岩心物理模型系统12形成的泡沫形态、泡径大小及其分布特征；

其中，第一观察窗口6/第二观察窗口14包括上部观察窗口和下部观察窗口；上部观察窗口包括上部钢结构主体及设置于上部钢结构主体中的上部耐压玻璃610；下部观察窗口包括下部钢结构主体及设置于下部钢结构主体中的下部耐压玻璃65；上部钢结构主体和下部钢结构主体连接；下部钢结构主体的一侧侧壁上设有钢结构主体入口端64，且钢结构主体入口端64连接有入口端连接管线61，对侧侧壁上设有钢结构主体出口端67，且钢结构主体出口端67连接有出口端连接管线68；上部观察窗口和下部观察窗口均设有匹配的螺栓孔62，上部观察窗口和下部观察窗口之间通过螺栓612固定；还包括密封装置，所述密封装置包括位于上部观察窗的密封圈63卡槽和下部观察窗口的密封圈63；所述上部耐压玻璃610固定在上部钢结构主体中心位置的上部固定支架611内，下部耐压玻璃65固定在下部钢结构主体中心位置的下部固定支架66内；所述密封圈63卡槽位于上部钢结构主体的螺栓孔62和上部耐压玻璃610之间；密封圈63位于下部钢结构主体的螺栓孔62和下部耐压玻璃65之间。

实施例4

在实施例3的基础上，还包括：

所述压力采集系统为压力传感器13，用于采集实验过程中的压力数据；所述回压控制系统包括依次连接的回压阀17以及手摇泵16；所述回压阀17一端连接至位于岩心物理模型系统12出口的泡沫观察系统；另一端连接至分离计量系统18。所述分离计量系统18包括电子天平和量筒，用于记录实验过程中产量数据，所述产量数据包括产油量数据及产液量数据。还包括计算机，所述第一显微镜7、第二显微镜15及压力传感器13均与计算机连接，用于存储和处理第一显微镜7、第二显微镜15及压力传感器13反馈的信息。

实施例5

在实施例4的基础上，还包括：

所述注入泵1与第一活塞容器3、第二活塞容器4及第三活塞容器5的入口之间通过第一六通阀2连接，第二活塞容器4及第三活塞容器5的出口、第一观察窗口6的出口与岩心物理模型系统12的入口端之间通过第二六通阀11连接。所述上部耐压玻璃610/下部耐压玻璃65为圆角方形，其边长不小于60mm、厚度不小于10mm，上部观察窗口和下部观察窗口之间的间隙不大于0.2mm，上部观察窗口/下部观察窗口耐压不小于15MPa。

具体应用例1--岩心物理模型系统12为无油系统

1、先确定岩心物理模型系统12中岩心的物性参数，按照图1连接，第二活塞容器4和第三活塞容器5不接入；检查密封性，并对回压阀17加压至设定值以模拟地层压力；

2、打开注入泵1，将第一活塞容器3内的工作液注入到实验流程中，使得实验流程充满工作液，再调整注入泵1的流量为设定值注入工作液，打开高压气瓶10按照设定流量值注入高压气体，使得工作液与气体在发泡器8内混合形成泡沫；

3、泡沫流经第一观察窗口6、岩心物理模型系统12、第二观察窗口14以及回压阀17，最后进入分离计量系统18；使用第一显微镜7、第二显微镜15观察泡沫，拍照后存储至计算机并利用软件进行分析；使用压力传感器13记录实验压力参数；

4、根据实验设计，可以更改注入流量参数、岩心物性参数、发泡器8类型等，通过第一观察窗口6及第二观察窗口14观察泡沫，拍照后存储至计算机并利用软件进行分析，结合压参数力，研究不同参数条件下的泡沫生成、运移、破灭、再生的渗流机理研究以及孔隙结构匹配关系研究。

具体应用例2--岩心物理模型系统12为含油系统

1、先确定岩心物理模型系统12中岩心的物性参数，按照图1连接，接入第二活塞容器4和第三活塞容器5；检查密封性，并对回压阀17加压至设定值以模拟地层压力；

2、打开注入泵1按流量设定值注入工作液，打开高压气瓶10按流量设定值注入高压气体，在发泡器8中混合形成泡沫；

3、泡沫流经第一观察窗口6、岩心物理模型系统12、第二观察窗口14以及回压阀17，最后进入分离计量系统18；使用第一显微镜7、第二显微镜15观察泡沫，拍照后存储至计算机并利用软件进行分析；使用压力传感器13记录实验压力参数；使用分离计量系统18记录产油量和产液量；

4、根据实验设计，可以更改工作液种类、发泡器8类型、注入流量参数等，通过第一观察窗口6及第二观察窗口14观察泡沫，拍照后存储至计算机并利用软件进行分析，结合泡沫驱油过程的压力和产量参数，筛选起泡剂种类、优选发泡方式、优化注入参数等。 本领域技术人员不难理解，本实用新型包括上述说明内容和具体实施方式部分以及附图所示的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而未将不同组合构成的各种方案一一描述。根据本实用新型的精神和原则之内，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所做的任何修改、替换、改进等，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种可视化泡沫驱替实验装置，包括依次连接的流体注入系统、岩心物理模型系统(12)、回压控制系统以及分离计量系统(18)；其特征在于：

所述流体注入系统包括气体注入部分、液体注入部分以及分别与气体注入部分、液体注入部分连接的发泡器(8)；

所述岩心物理模型系统(12)为填砂管物理模型或岩心夹持器物理模型；

还包括泡沫观察系统，所述泡沫观察系统设于发泡器(8)的出口及岩心物理模型系统(12)的出口；

还包括压力采集系统，所述压力采集系统位于发泡器(8)的出口的泡沫观察系统与岩心物理模型系统(12)之间。

2.根据权利要求1所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：

所述气体注入部分包括高压气瓶(10)及气体质量流量计(9)；

所述液体注入部分包括第一活塞容器(3)、第二活塞容器(4)及第三活塞容器(5)；第一活塞容器(3)、第二活塞容器(4)及第三活塞容器(5)的入口端连接有注入泵(1)；第一活塞容器(3)的出口端连接至发泡器(8)的入口端；第二活塞容器(4)及第三活塞容器(5)的出口端连接至发泡器(8)与岩心物理模型系统(12)之间的连接管路；

所述发泡器(8)为筛网发泡器(8)或填砂管发泡器(8)。

3.根据权利要求2所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述泡沫观察系统包括第一泡沫观察系统及第二泡沫观察系统；第一泡沫观察系统包括第一观察窗口(6)及第一显微镜(7)；第二泡沫观察系统包括第二观察窗口(14)及第二显微镜(15)；

其中，第一观察窗口(6)/第二观察窗口(14)包括上部观察窗口和下部观察窗口；上部观察窗口包括上部钢结构主体及设置于上部钢结构主体中的上部耐压玻璃(610)；下部观察窗口包括下部钢结构主体及设置于下部钢结构主体中的下部耐压玻璃(65)；上部钢结构主体和下部钢结构主体连接；下部钢结构主体的一侧侧壁上设有入口端连接管线(61)，对侧侧壁上设有出口端连接管线(68)；上部观察窗口和下部观察窗口均设有匹配的螺栓孔(62)，上部观察窗口和下部观察窗口之间通过螺栓(612)固定；还包括密封装置，所述密封装置包括位于上部观察窗的密封圈(63)卡槽和下部观察窗口的密封圈(63)。

4.根据权利要求3所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述上部耐压玻璃(610)固定在上部钢结构主体中心位置的上部固定支架(611)内，下部耐压玻璃(65)固定在下部钢结构主体中心位置的下部固定支架(66)内；所述密封圈(63)卡槽位于上部钢结构主体的螺栓孔(62)和上部耐压玻璃(610)之间；密封圈(63)位于下部钢结构主体的螺栓孔(62)和下部耐压玻璃(65)之间。

5.根据权利要求4所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述压力采集系统为压力传感器(13)。

6.根据权利要求5所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述回压控制系统包括依次连接的回压阀(17)以及手摇泵(16)；所述回压阀(17)一端连接至位于岩心物理模型系统(12)出口的泡沫观察系统；另一端连接至分离计量系统(18)。

7.根据权利要求6所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述分离计量系统(18)包括电子天平和量筒。

8.根据权利要求7所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：还包括计算机，所述第一显微镜(7)、第二显微镜(15)及压力传感器(13)均与计算机连接。

9.根据权利要求8所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述注入泵(1)与第一活塞容器(3)、第二活塞容器(4)及第三活塞容器(5)的入口之间通过第一六通阀(2)连接，第二活塞容器(4)及第三活塞容器(5)的出口、第一观察窗口(6)的出口与岩心物理模型系统(12)的入口端之间通过第二六通阀(11)连接。

10.根据权利要求9所述可视化泡沫驱替实验装置，其特征在于：所述上部耐压玻璃(610)/下部耐压玻璃(65)为圆角方形，其边长不小于60mm、厚度不小于10mm，上部观察窗口和下部观察窗口之间的间隙不大于0.2mm，上部观察窗口/下部观察窗口耐压不小于15MPa。

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