專利名稱：一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置及方法，屬于石油化工的技術領域。
背景技術：
泡沫作為一種良好的驅油劑已逐漸為人們所認識，它能夠極大地提高注入流體的視粘度，增加波及面積，對于油水的封堵具有選擇性。影響泡沫封堵能力的因素有多種，除泡沫體系的氣液比、巖石的滲透率、配置泡沫體系的種類及濃度、注入方式、含油飽和度等影響因素之外，氣相飽和度是影響泡沫封堵能力又一重要影響因素，該參數(shù)的大小反應了氣體在巖心中的殘留程度，即氣體占據(jù)了一定的孔隙空間成為束縛氣，從而降低了液相滲透率。泡沫驅過程中不同階段測得的氣相飽和度意義不同注泡沫過程中測得的氣相飽和度的大小反應了氣體在巖心中的駐留狀況，即泡沫的封堵程度；后續(xù)水驅過程中測得的氣相飽和度大小反應了泡沫封堵的有效性。目前對于含油飽和度的測量，以及研究其對泡沫驅的封堵能力影響已經(jīng)有相應的方法和裝置，但是對于單巖心氣相飽和度的測量還沒有相應方法及裝置。
在《石油勘探與開發(fā)》2006年第2期中，記載了由宮俊峰發(fā)表的《高溫復合泡沫體系提高勝利油田稠油熱采開發(fā)效果》一篇文章。該文獻提出了在非穩(wěn)態(tài)條件下測封堵壓差與剩余油飽和度之間的關系。利用高溫巖心流動裝置研究巖心中剩余油飽和度和泡沫阻力因子之間的關系。實驗溫度設為200°C，實驗巖心為線性管式模型。研究表明，當剩余油飽和度較高時，泡沫體系難于形成較高的封堵壓差，當剩余油飽和度低于一定值時，體系的封堵壓差明顯增加。在《石油與天然氣化工》2008年第3期中，記載了由張星發(fā)表的《氮氣泡沫在多孔介質中的封堵特性及其影響因素研究》一篇文章，文章給出了研究含油飽度對泡沫封堵性能影響的實驗裝置及方法，但是并未提及巖心中含氣飽和度的測量方法及其對泡沫封堵性能的影響。巖心中含油飽和度和含氣飽和度的測量方法有較大的差別，且對泡沫封堵性能的影響機理不同，前者影響泡沫的穩(wěn)定性，后者反應泡沫的封堵能力，因此目前的實驗裝置無法測得巖心中氣相飽和度的大小，也無法研究氣相飽和度對泡沫封堵的影響規(guī)律。發(fā)明內容
針對以上的技術不足，本發(fā)明提供一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置。
本發(fā)明還提供一種利用上述裝置測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的方法。
術語解釋
1.氣相飽和度氣相飽和度是除了壓力、分流量、采收率等宏觀量以外的一個深層次參數(shù)，對于理解泡沫滲流機理具有 重要的意義，數(shù)值上等于巖心中所含氣體體積與巖心孔隙體積的比值。
2.段塞是指向巖心中注入泡沫前，注入O.1P疒O. 3PV的起泡劑溶液作為前置處理液，目的是防止開始注入泡沫時巖心發(fā)生氣竄。氣體通過巖心中的起泡劑溶液段塞時，會在巖心中起泡，形成的泡沫可以抑制氣竄的發(fā)生。所述PV的物理含義是注入流體的孔隙體積倍數(shù)，數(shù)值上IPV=IVtl,通常將巖心中的累計注入量換算成PV數(shù)，便于分析，例如巖心的孔V 480 』■隙體積V0=120mL,向巖心中累計注入量為V=480mL,用PV來表示就是= J^= 4PVUa本發(fā)明的技術方案如下
一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置，包括泡沫發(fā)生裝置、盛放地層水的中間容器7、恒溫箱18、巖心管14和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述的巖心管14安裝在所述的恒溫箱 18內；所述的泡沫發(fā)生裝置和盛放地層水的中間容器7分別通過三通閥9與巖心管14的入口相連；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括分別與計算機13相連的壓力傳感器10、壓力傳感器12 和稱重傳感器19，所述的壓力傳感器10安裝在巖心管14的入口，所述的壓力傳感器12安裝在巖心管14的出口，所述稱重傳感器19安裝在所述的巖心管14的底部；所述的壓力傳感器10和12用于監(jiān)測所述巖心管14兩端的壓差，所述的稱重傳感器19用于監(jiān)測所述巖心管內所填裝巖心的重量；
所述巖心管14出口通過回壓閥15與產出液收集器17相連。所述的回壓閥15通過中間容器16與平流泵4相連。所述的回壓閥15受所述中間容器16控制壓力，所述平流泵4用于控制中間容器的壓力。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述泡沫發(fā)生裝置，包括氣瓶I、平流泵2、平流泵3、盛放氣體的中間容器5、盛放起泡劑溶液的中間容器6和泡沫發(fā)生器8 ;所述盛放氣體的中間容器5 和盛放起泡劑溶液的中間容器6的出料端分別與所述的泡沫發(fā)生器8的入口相連，所述平流泵2與盛放氣體的中間容器5底部相連，所述平流泵3分別與盛放起泡劑溶液的中間容器6和盛放地層水的中間容器7的底部相連，所述泡沫發(fā)生器8通過三通閥9與巖心管14 的入口相連。中間容器5由平流泵2來驅替，盛放起泡劑溶液的中間容器6由平流泵3來驅替，自中間容器5、6按一定速度驅替出來的氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器8后形成泡沫。
測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的方法所需條件i在忽略氣體在巖心管14中的質量； 起泡劑溶液的密度與地層水的密度相等。
一種利用上述裝置測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的方法，包括步驟如下
(I)模擬油田地層條件將石英砂按照實驗配比填制巖心管14 ；
(2)利用氣測滲透率儀測量所述巖心管14的滲透率，稱取填砂后的巖心管14干重 m0 ;
(3)將填砂后的巖心管14抽真空，保持4飛小時；
(4)將巖心管14飽和地層水調節(jié)三通閥9，利用號平流泵3將盛放地層水的中間容器7中的地層水驅替至填砂后的巖心管14 ；
(5)關閉平流泵3，稱取填砂后的巖心管14的濕重m' C1，根據(jù)公式①計算所述巖心管14的孔隙體積Vtl樹,-Mt w _ffCn ffCn ,.
V0 = —P
式中，Vtl—填砂后的巖心管14的孔隙體積，mL噸一填砂后的巖心管14干重，g ； Hii C1 一填砂后的巖心管14濕重，g ； P 一地層水的密度，g/cm3 ；
(6)利用恒溫箱18對填砂后的巖心管14進行加熱，恒溫至要模擬地層溫度，待用；
(7)打開平流泵4加壓中間容器16，調節(jié)回壓閥15的壓力至模擬地層壓力；
(8)打開平流泵3，向巖心管14注入起泡劑溶液段塞；
(9)測量得到巖心管14入口壓力為P。；打開氣瓶1，向中間容器5充氣至壓力P0 ；
(10)打開平流泵2驅替中間容器5中的氣體，氣體與起泡劑溶液按體積比1:1混合，經(jīng)過泡沫發(fā)生器8形成泡沫后，經(jīng)過三通閥9，所述泡沫以I飛ml/min的速度注入巖心管 14中，注入泡沫的體積為O. 3~6PV，記錄巖心管14兩端壓差數(shù)據(jù)及重量數(shù)據(jù)；
(11)關閉平流泵2;
(12)打開平流泵3，將地層水按I飛ml/min的速度注入巖心管14，對注入泡沫后的巖心管14進行后續(xù)水驅，記錄巖心管14兩端壓差數(shù)據(jù)及重量數(shù)據(jù)利用入口壓力傳感器10和出口壓力傳感器12分別采集巖心管14內η個時間點h tn所對應的入口端壓力 P1 Pn、出口端壓力P' i'P' n，利用稱重傳感器19記錄巖心管內η個時間點& 、所對應的質量m1-mn；卿,畫JW
(13)計算上述η個時間點的巖心管中的氣相飽和度Sgn : Sgl =m'0-m1/pv0, sg2=m'0-m2/pv0,......sgn=m'0-mn/pv0(n大于等于1)。
利用上述求解出的巖心管中的氣相飽和度Sgn結合時間點對應的注入巖心管中的流體的PVn，其中PVn的物理含義是指注入流體的孔隙體積倍數(shù)繪制關系曲線a，其中= ......,PKt =卞—(η大于等于I),其中V為流體注入流速，mL/min。所述關系曲線a所在的坐標系的橫坐標為注入巖心管中的流體的PVn、縱坐標為氣相飽和度Sgntl
利用巖心管兩端的壓力差ΛPn，其中pv1=t1*v/v0,......,pvn=tn*v/v0 (n大于等于I)結合時間點對應的注入巖心管中的流體的PVn繪制關系曲線b，其中PF1pv1=t1*v/v0,......,pvn=tn*v/v0 (n大于等于1)，其中V為流體注入流速，mL/min。所述關系曲線b所在的坐標系的橫坐標為注入巖心管中的流體的PVn、縱坐標為巖心管兩端的壓力差ΛΡη。其中V為流體注入速度，具體指起泡劑段塞的注入速度、注泡沫速度、后續(xù)水驅速度，上述三者速度都相等。
根據(jù)上述關系曲線a和關系曲線b分析泡沫在單管巖心中的駐留情況。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
利用本發(fā)明所述的裝置，能夠獨立完成實時測量單管巖心泡沫驅替過程中單管巖心的氣相飽和度。通過將不同時間點的單管巖心的質量變化轉化為單管巖心中氣相飽和度的大小，結合流體注入量及單管巖心兩端壓力變化，可以分析單管巖心中不同注入量下泡沫的駐留情況。


圖1本發(fā)明所述測量裝置的結構示意其中，I、氣瓶；2、平流泵；3、平流泵；4、平流泵；5、盛放氣體的中間容器；6、盛放起泡劑溶液的中間容器；7、盛放地層水的中間容器；8、泡沫發(fā)生器；9、三通閥；10、入口壓力傳感器；11、天平；12、出口壓力傳感器；13、計算機；14、巖心管；15、回壓閥；16、中間容器； 17、產出液收集器；18、恒溫箱；19、稱重傳感器。
圖2利用本發(fā)明所述的測量方法，是氣相飽和度和驅替壓差隨注入PV變化曲線其中曲線a為氣相飽和度Sgn和注入巖心管中的流體的PVn的關系曲線，曲線b為巖心管兩端的壓力差APn和注入巖心管中的流體的PVn的關系曲線。
具體實施方式
下面結合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細的說明，但是不限于此。
實施例I、
如圖1所示。
一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置，包括泡沫發(fā)生裝置、盛放地層水的中間容器7、恒溫箱18、巖心管14和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述的巖心管14安裝在所述的恒溫箱 18內；所述的泡沫發(fā)生裝置和盛放地層水的中間容器7分別通過三通閥9與巖心管14的入口相連；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括分別與計算機13相連的壓力傳感器10、壓力傳感器12 和稱重傳感器19，所述的壓力傳感器10安裝在巖心管14的入口，所述的壓力傳感器12安裝在巖心管14的出口，所述稱重傳感器19安裝在所述的巖心管14的底部；所述的壓力傳感器10和12用于監(jiān)測所述巖心管14兩端的壓差，所述的稱重傳感器19用于監(jiān)測所述巖心管內所填裝巖心的重量；
所述巖心管14出口通過回壓閥15與產出液收集器17相連。所述的回壓閥15通過中間容器16與平流泵4相連。所述的回壓閥15受所述中間容器16控制壓力，所述平流泵4用于控制中間容器的壓力。
所述泡沫發(fā)生裝置，包括氣瓶I、平流泵2、平流泵3、盛放氣體的中間容器5、盛放起泡劑溶液的中間容器6和泡沫發(fā)生器8 ;所述盛放氣體的中間容器5和盛放起泡劑溶液的中間容器6的出料端分別與所述的泡沫發(fā)生器8的入口相連，所述平流泵2與盛放氣體的中間容器5底部相連，所述平流泵3分別與盛放起泡劑溶液的中間容器6和盛放地層水的中間容器7的底部相連，所述泡沫發(fā)生器8通過三通閥9與巖心管14的入口相連。中間容器5由平流泵2來驅替，盛放起泡劑溶液的中間容器6由平流泵3來驅替，自中間容器5、 6按一定速度驅替出來的氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器8后形成泡沫。
實施例2、
測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的方法所需條件i在忽略氣體在巖心管14中的質量； 起泡劑溶液的密度與地層水的密度相等。
一種利用實施例I所述裝置測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的方法，包括步驟如下
(I)模擬油田地層條件將石英砂按照實驗配比填制巖心管14 ；
(2)利用氣測滲透率儀測量所述巖心管14的滲透率，稱取填砂后的巖心管14干重m0
本實施例所用的石英砂按質量份數(shù)配比100 120目的石英砂10 20份； 160 180目的石英砂80 90份。所填制處的巖心管14的滲透率為234X 1(Γ3 μ m2，所述巖心管14的干重mQ=5577. Ogo
(3)將填砂后的巖心管14抽真空，保持4飛小時；
(4)將巖心管14飽和地層水調節(jié)三通閥9，利用號平流泵3將盛放地層水的中間容器7中的地層水驅替至填砂后的巖心管14 ；
(5)關閉平流泵3，稱取填砂后的巖心管14的濕重m' f5692. Sg，根據(jù)公式①計算所述巖心管14的孔隙體積Vtl
權利要求
1.一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置，其特征在于，該裝置包括泡沫發(fā)生裝置、盛放地層水的中間容器(7)、恒溫箱(18)、巖心管(14)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述的巖心管(14)安裝在所述的恒溫箱(18)內；所述的泡沫發(fā)生裝置和盛放地層水的中間容器(7)分別通過三通閥(9)與巖心管(14)的入口相連；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括分別與計算機(13)相連的壓力傳感器(10)、壓カ傳感器(12)和稱重傳感器(19)，所述的壓力傳感器(10)安裝在巖心管(14)的入口，所述的壓力傳感器(12)安裝在巖心管(14)的出口，所述稱重傳感器(19)安裝在所述的巖心管(14)的底部；所述的壓力傳感器(10)和(12)用于監(jiān)測所述巖心管(14)兩端的壓差，所述的稱重傳感器(19)用于監(jiān)測所述巖心管內所填裝巖心的重量； 所述巖心管(14)出口通過回壓閥(15)與產出液收集器(17)相連。所述的回壓閥(15)通過中間容器(16)與平流泵(4)相連。所述的回壓閥(15)受所述中間容器(16)控制壓力，所述平流泵(4)用于控制中間容器的壓力。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置，其特征在干，所述泡沫發(fā)生裝置，包括氣瓶(I)、平流泵(2)、平流泵(3)、盛放氣體的中間容器(5)、盛放起泡劑溶液的中間容器(6 )和泡沫發(fā)生器(8 );所述盛放氣體的中間容器(5 )和盛放起泡劑溶液的中間容器(6)的出料端分別與所述的泡沫發(fā)生器(8)的入口相連，所述平流泵(2)與盛放氣體的中間容器(5)底部相連，所述平流泵(3)分別與盛放起泡劑溶液的中間容器(6)和盛放地層水的中間容器(7)的底部相連，所述泡沫發(fā)生器(8)通過三通閥(9)與巖心管(14)的入口相連。中間容器(5)由平流泵(2)來驅替，盛放起泡劑溶液的中間容器(6)由平流泵(3)來驅替，自中間容器(5)、(6)按一定速度驅替出來的氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器(8)后形成泡沫。
3.ー種利用如權利要求I所述裝置測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的方法，其特征在于，該方法包括步驟如下 (1)模擬油田地層條件將石英砂按照實驗配比填制巖心管(14)； (2)利用氣測滲透率儀測量所述巖心管(14)的滲透率，稱取填砂后的巖心管(14)干重m0 ; (3)將填砂后的巖心管(14)抽真空，保持4 5小時； (4)將巖心管(14)飽和地層水調節(jié)三通閥(9)，利用號平流泵(3)將盛放地層水的中間容器(7)中的地層水驅替至填砂后的巖心管(14)； (5)關閉平流泵(3)，稱取填砂后的巖心管(14)的濕重m'0,根據(jù)公式①計算所述巖心管(14)的孔隙體積Vtl .. Hし-Hil.ハ =(IjP 式中，Vtl—填砂后的巖心管14的孔隙體積，mL噸一填砂后的巖心管14干重，g ;m'。一填砂后的巖心管14濕重，g ； P 一地層水的密度，g/cm3 ； (6)利用恒溫箱(18)對填砂后的巖心管(14)進行加熱，恒溫至要模擬地層溫度，待用； (7)打開平流泵(4)加壓中間容器(16)，調節(jié)回壓閥(15)的壓カ至模擬地層壓カ； (8)打開平流泵(3)，向巖心管(14)注入起泡劑溶液段塞； (9)測量得到巖心管(14)入口壓カ為P。；打開氣瓶(1)，向中間容器(5)充氣至壓カP。； (10)打開平流泵(2)驅替中間容器(5)中的氣體，氣體與起泡劑溶液按體積比I:1混合，經(jīng)過泡沫發(fā)生器(8)形成泡沫后，經(jīng)過三通閥(9)，所述泡沫以I飛ml/min的速度注入巖心管(14)，注入泡沫的體積為O. 3飛PV，記錄巖心管(14)兩端壓差數(shù)據(jù)及重量數(shù)據(jù)； (11)關閉平流泵(2); (12)打開平流泵(3)，將地層水按I飛ml/min的速度注入巖心管(14)，對注入泡沫后的巖心管(14)進行后續(xù)水驅，記錄巖心管(14)兩端壓差數(shù)據(jù)及重量數(shù)據(jù)利用入口壓力傳感器(10)和出口壓力傳感器(12)分別采集巖心管(14)內η個時間點& tn所對應的入口端壓力P1 Pn、出口端壓力P/ Pn'，利用稱重傳感器(19)記錄巖心管內η個時間點ti tn所對應的質量Hi1 mn ; m' - in ml - ηι. (13)計算上述η個時間點的巖心管中的氣相飽和度SgnAelSg全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量單管巖心泡沫驅氣相飽和度的裝置，主要包括泡沫發(fā)生裝置、盛放地層水的中間容器、恒溫箱、巖心管和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。泡沫發(fā)生裝置部分主要有氣瓶、中間容器、恒流泵及泡沫發(fā)生器等設備，用于產生驅替巖心的泡沫。恒溫箱內設置有巖心管、壓力表、天平、回壓閥、產出液收集器，在所述的恒溫箱內將注入流體注入巖心，并且測量巖心管質量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括計算機、壓力傳感器、稱重傳感器等設備，主要用于數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明通過將不同時間點的單管巖心的質量變化轉化為但管巖心中氣相飽和度的大小，結合流體注入量及單管巖心兩端壓力變化，可以分析單管巖心中不同注入量下泡沫的駐留情況。
文檔編號G01N5/02GK102980828SQ20121030796
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權日2012年8月27日
發(fā)明者李松巖, 李兆敏, 張東, 李賓飛, 張超 申請人:中國石油大學(華東)