一种高温高压长距离泡沫评价装置及方法与流程

1.本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种高温高压条件下的长距离泡沫评价装置及方法。


背景技术：

2.泡沫是气体在液体中的分散体系，通常其表观粘度高于组成泡沫的各单一流体，是一种气体流度控制手段，此外表面活性剂通过提高洗油效率能进一步提高其提采效果。泡沫驱替是极具前景的三次采油技术，所以对泡沫的评价设计工作十分重要。
3.现有泡沫评价方法大多都是常温常压条件下的泡沫评价方法，《二维可视化学泡沫评价物理模拟系统》(cn104122257a)无法模拟高温高压地层条件下的泡沫驱；《一种用于高温高压下泡沫评价的装置》(cn207020053u)为非原位产生泡沫，通过泡沫发生器产生泡沫来对泡沫高度和半衰期等参数进行测量，与油藏实际情况存在差异。由于泡沫需在地层油藏条件下长距离传播，存在泡沫破灭复生现象，所以建立在高温高压条件下的长距离泡沫评价方法，对于泡沫驱替提高采收率技术，有着十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高温高压长距离泡沫评价装置，该装置依据实验条件设置订制细管压力传感器间隔、观察窗数量和订制细管长度、直径等参数，实现在高温高压地层条件下(70mpa，150℃)原位生成泡沫性能的测试和评价。
5.本发明的另一目的还在于提供利用上述装置进行高温高压长距离泡沫评价的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过高压可视窗观测泡沫在模拟地层条件下的真实状态，解决了泡沫的精准控制和长距离条件下的测试问题，为在地层条件下研究井间长距离泡沫传播的特征和规律提供了有利条件。
6.为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
7.一种高温高压长距离泡沫评价装置，包括泡沫测量系统、压力测量系统、温度控制系统和回压系统。
8.所述泡沫测量系统包括订制细管和高压可视窗；所述压力测量系统包括压力表、压力传感器及计算机；所述温度控制系统包括恒温箱；所述回压系统包括回压阀、驱替泵和中间容器。
9.所述订制细管出入口两端分别装有压力表，每隔1m装有压力传感器；所述高压可视窗两端分别装有阀门，并且设置在订制细管的出入口两端，可使注入泡沫在经过订制细管模拟地层条件后观察到泡沫的流动性和稳定性，从而对泡沫的几何性质进行测定；所述第一订制细管出口处压力表通过管线与第一高压可视窗的入口端阀门相连接，第一高压可视窗出口端阀门与第二订制细管入口处压力表连接，第二订制细管出口处压力表通过管线与第二高压可视窗的入口端阀门连接；所述第二高压可视窗出口端阀门通过管线与回压阀相连接，回压阀的另外两端通过管线与回压泵和出口处管线相连接。
10.所述订制细管可根据实验需求选择订制细管长度、直径、数量和填充的石英砂目数。
11.所述高压可视窗为耐高压容器，前后两侧安装有刻度的蓝宝石玻璃观察窗，可根据实验需求对高压可视窗长度、直径进行选择。
12.所述驱替泵具有驱替体积计量功能，并拥有恒速驱替和恒压驱替两种模式，具体精度可达小数点后四位(0.0001ml)，可根据实验需求进行模式选择。
13.所述气体中间容器、起泡剂中间容器、单向阀、压力表、订制细管和高压可视窗均放置于恒温箱中。
14.所述回压系统包含回压泵和回压阀，通过调节回压泵压力精确控制订制细管出口端压力，用于驱替的泡沫流体经过订制细管和高压可视窗后能够保持稳定压力进入回压阀，并从回压阀所连接的出口管线平稳流出，避免与大气直接连通造成过大压差，保持整个系统压力稳定。
15.利用上述装置进行高温高压长距离泡沫评价的方法，依次包括以下步骤：
16.(1)向气体中间容器中注满气体，使用驱替泵加压至实验所需压力；向起泡剂中间容器中注满起泡剂，使用驱替泵加压至实验所需压力；
17.(2)打开恒温箱升温至实验要求的温度；
18.(3)打开连接回压阀的回压泵，逐渐提高压力至实验要求压力；打开连接气体中间容器的驱替泵，以恒压或恒速驱替模式升高压力至实验要求压力，直到所有订制细管两端的压力表和回压泵压力示数一致时停止驱替；
19.(4)开始泡沫驱替：
20.分别打开连接气体中间容器和起泡剂中间容器的驱替泵，以恒速模式按实验要求的泡沫特征值同时驱替气体和起泡剂，使其同时进入订制细管；气体和起泡剂在一定压力驱替下混合进入第一订制细管中，被其中的石英砂多孔介质剪切形成泡沫混合流体，所述的泡沫混合流体从第一订制细管出口处流出后依次进入第一高压可视窗、第二订制细管和第二高压可视窗，最后经过回压阀出口管线排出进入烧杯；每注入0.1pv(孔隙体积)泡沫混合流体时，记录订制细管两端的压力表示数，压力传感器将订制细管内的流体压力传到计算机；
21.(5)选择不同长度的订制细管，重复以上步骤，根据实验要求注入一定pv体积泡沫混合流体后，绘制压力
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订制细管长度曲线和压差
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订制细管长度曲线，得到泡沫长距离传播特性、破灭复生规律与表观粘度变化；
22.(6)每注入0.1pv体积泡沫混合流体时，测量烧杯收集的溶液中起泡剂浓度c，根据实验要求注入一定pv体积泡沫混合流体后，可以得到收集的溶液中起泡剂浓度c与中间容器中原始起泡剂浓度c0的比值即起泡剂相对浓度c/c0，绘制起泡剂相对浓度c/c0‑
注入体积曲线，得到起泡剂吸附特性曲线，c为每注入0.1pv泡沫混合流体时烧杯中起泡剂浓度，g/ml；c0为中间容器中原始起泡剂浓度，g/ml。
23.根据实验要求改变注入气体、起泡剂种类和浓度、泡沫特征值、驱替速度、订制细管长度、直径和石英砂的物理性质、恒温箱的温度、注入压力和回压阀压力，重复步骤(1)
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(6)，得到不同条件下泡沫的破灭复生规律、长距离传播特性、起泡剂吸附特性和泡沫表观粘度。
24.所述气体选用氮气、二氧化碳、甲烷或空气。
25.所述起泡剂选用表面活性剂、表面活性剂
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纳米颗粒混合分散液或表面活性剂
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聚合物混合分散液。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.相比现有的常温常压评价泡沫的装置而言，泡沫生成的环境可根据实验需求模拟相应的地层环境原位生成泡沫，可根据需求增加和更改订制细管的长度及尺寸，能够更准确地测定不同泡沫在不同地层条件下的破灭复生规律、长距离传播特性、起泡剂吸附特性和泡沫表观粘度，从而达到评价泡沫在不同条件地层中驱替性能的目的。
28.本发明中泡沫采用原位生成，可通过控制驱替泵精确控制气液流量，将气液同时注入订制细管中混合形成泡沫，能够更准确、真实地反应泡沫在地层中的规律和变化情况；通过加装单向阀，防止气液压力不同时产生的倒流现象，提高系统的可靠性；通过控制驱替泵驱替速度控制泡沫在订制细管中所受到的剪切力大小，测试泡沫在订制细管中的表观粘度；通过更换不同长度、尺寸的订制细管，更改订制细管中石英砂物理性质来测试泡沫的破灭复生规律、长距离传播特性、起泡剂吸附特性和泡沫表观粘度，并通过高压可视窗观测泡沫在模拟地层条件下的真实状态，解决了泡沫的精准控制和长距离条件下的测试问题。
附图说明
29.图1为一种高温高压长距离泡沫评价装置结构示意图。
30.其中，1、4
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驱替泵；2
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气体中间容器；3、6
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单向阀；5
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起泡剂中间容器；7
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第一订制细管；8
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第一高压可视窗；9
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第二订制细管；10
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第二高压可视窗；11
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回压阀；12
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回压泵；13
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烧杯；14
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恒温箱；15
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计算机；201
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第一阀门；202
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第二阀门；203
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第三阀门；204
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第四阀门；205
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第五阀门；206
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第六阀门；207
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第七阀门；208
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第八阀门；209
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第九阀门；210
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第十阀门；211
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第十一阀门；212
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第十二阀门；301
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第一压力表；302
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第二压力表；303
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第三压力表；304
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第四压力表。
31.图2为压力
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订制细管长度关系曲线图，反映泡沫长距离传播特性。
32.图3为压差
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订制细管长度关系曲线图，反映泡沫长距离传播破灭复生规律。
33.图4为泡沫表观粘度
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订制细管长度关系曲线图，反映泡沫表观粘度变化规律。
34.图5为注入pv
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泡沫相对浓度c/c0关系曲线图，反映起泡剂吸附特性。
具体实施方式
35.下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
36.一种高温高压长距离泡沫评价装置，包括气体中间容器2、起泡剂中间容器5、第一订制细管7、第一高压可视窗8、第二订制细管9、第二高压可视窗10、回压阀11、回压泵12、烧杯13、恒温箱14和计算机15。
37.所述第一订制细管7的入口端分别通过单向阀3、6连接气体中间容器2、起泡剂中间容器5，气体中间容器、起泡剂中间容器分别连有驱替泵1、4；第一订制细管7的出口端依次连接第一高压可视窗8、第二订制细管9和第二高压可视窗10，第二高压可视窗连接回压
阀11，回压阀分别连接回压泵12和烧杯13，第一订制细管、第二订制细管的两端设置压力表，并间隔设有压力传感器，压力传感器连接计算机15；所述气体中间容器、起泡剂中间容器、第一订制细管、第一高压可视窗、第二订制细管、第二高压可视窗均位于恒温箱14中。
38.所述订制细管，根据实验需求选择订制细管长度、直径、数量和填充的石英砂目数。
39.所述高压可视窗为耐高压容器，两端分别装有阀门，前后两侧分别安装有刻度的蓝宝石玻璃观察窗，根据实验需求对高压可视窗长度、直径进行选择。
40.利用上述装置进行高温高压长距离泡沫评价的方法，包括如下步骤：
41.(1)向装有气体的中间容器2中注满气体，打开第一阀门201并使用驱替泵1加压至实验所需压力，关闭驱替泵1和第一阀门201；向装起泡剂的中间容器5加满起泡剂，打开第四阀门204并使用驱替泵4加压至实验所需压力，关闭驱替泵4和第四阀门204。
42.(2)根据实验要求选用合适长度、直径、数量和石英砂目数的订制细管7和9，选用合适长度、直径和数量的高压可视窗8和10，并按顺序依次连好；打开恒温箱14升温至实验要求的温度。
43.(3)打开连接回压阀11的驱替泵12和第十二阀门212，逐渐提高压力至实验要求压力；同时打开第一阀门201、第二阀门202、第三阀门203、第七阀门207、第八阀门208、第九阀门209、第十阀门210、第十一阀门211和第十二阀门212，打开连接装有气体中间容器2的驱替泵1，以恒速驱替模式升高压力至实验要求压力，直到第一压力表301、第二压力表302、第三压力表303、第四压力表304和连接回压阀11的回压泵12上压力示数一致时停止驱替，关闭第三阀门203。
44.(4)开始泡沫驱替：
45.打开连接装有气体中间容器2和装有起泡剂中间容器6的驱替泵1和4，以恒速模式按实验要求的泡沫特征值同时驱替气体和起泡剂使其同时进入订制细管7和9；气体和起泡剂在一定压力驱替下混合进入第一订制细管7中，被其中的石英砂多孔介质高速剪切形成泡沫混合流体，所述的泡沫混合流体从第一订制细管7出口处流出后依次进入第一高压可视窗8、第二订制细管9和第二高压可视窗10，最后经过回压阀11出口管线排出进入烧杯13；每注入0.1pv体积泡沫混合流体时记录所述的压力表示数，待第一压力表301、第二压力表302、第三压力表303、第四压力表示304数稳定后，读取并记录第一压力表301、第二压力表302、第三压力表303、第四压力表示数304，关闭连接装有气体中间容器2和装有起泡剂中间容器5的驱替泵1和4，并从传感器所连接电脑处取得流体压力数据，从而绘制压力
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订制细管长度曲线和压差
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订制细管长度曲线，从而得到泡沫长距离传播特性和破灭复生规律与表观粘度变化。
46.打开连接装有气体中间容器2和装有起泡剂中间容器5的驱替泵1和4，以恒速模式按实验要求的泡沫特征值同时驱替气液使其同时进入订制细管7和9；气体和起泡剂在一定压力驱替下混合进入第一订制细管7中，被其中的石英砂多孔介质高速剪切形成泡沫混合流体，所述的泡沫流体从第一订制细管7出口处流出后依次进入第一高压可视窗8、第二订制细管9和第二高压可视窗10，最后经过回压阀11出口管线排出进入烧杯13；每注入0.1pv体积泡沫混合流体时测量烧杯13中收集流体的起泡剂浓度c，根据实验要求注入一定pv体积泡沫混合流体后绘制c/c0‑
注入体积曲线，得到起泡剂吸附特征曲线，c：每注入0.1pv泡
沫流体时烧杯中流体的起泡剂浓度，g/ml；c0：中间容器中原始起泡剂浓度，g/ml。
47.(5)清洗订制细管；
48.装有起泡剂的中间容器换装纯水与石油醚混合流体，打开第四阀门204、第五阀门205、第六阀门206、第七阀门207、第八阀门208、第九阀门209、第十阀门210、第十一阀门211和第十二阀门212，关闭其余阀门，开启连接装有纯水与石油醚混合流体中间容器的驱替泵4，使用恒速模式驱替纯水进入第一订制细管7、第一高压可视窗8、第二订制细管9和第二高压可视窗10，直至洗净。
49.实施例1
50.起泡剂为α
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烯基磺酸钠(aos)，气体为氮气，实验温度为73℃，质量分数为0.2％，设置驱替泵1和4以恒速模式驱替，总流量为0.25ml/min，回压阀12设定压力6mpa。表1为实例订制细管8和10的物性参数，表2为实例中泡沫流动情况，表3为不同泡沫特征值情况下订制细管内传感器压力数值。
51.表1实例1中订制细管物性参数
[0052][0053]
表2气液总流量为0.25ml/min时，氮气与起泡剂分别的驱替速度
[0054]
泡沫特征值气体流速，ml/min液体流速，ml/min0.80.20000.05000.90.22500.02500.970.24250.0075
[0055]
表3不同泡沫特征值情况下订制细管内传感器压力数值
[0056][0057][0058]
本发明可在各类地层条件下对各类起泡剂在不同泡沫特征值的情况下进行泡沫长距离传播特性、泡沫破灭浮生规律和起泡剂吸附特性的测量。
[0059]
本发明在泡沫原位生成后，在没有条件改变的情况下，通过高压可视窗可直接观察泡沫状态，通过对订制细管间隔加装压力传感器可直接得到订制细管各段流动压差大小，从而测得泡沫传播特性和和表观粘度，通过测量出口处烧杯中液体的起泡剂浓度得到泡沫在模拟地层条件中的吸附特性，准确得到泡沫在模拟地层条件中的相关数据。