專利名稱：一種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)氣相飽和度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)氣相飽和度的裝置及方法，屬于石油化工的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泡沫作為一種良好的驅(qū)油劑已逐漸為人們所認(rèn)識(shí)，它能夠極大地提高注入流體的視粘度，增加波及面積，對(duì)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(yīng)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(qū)過程中不同階段測(cè)得的氣相飽和度意義不同注泡沫過程中測(cè)得的氣相飽和度的大小反應(yīng)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(qū)過程中測(cè)得的氣相飽和度大小反應(yīng)了泡沫封堵的有效性。目前對(duì)于含油飽和度的測(cè)量，以及研究其對(duì)泡沫驅(qū)的封堵能力影響已經(jīng)有相應(yīng)的方法和裝置，但是對(duì)于單巖心氣相飽和度的測(cè)量還沒有相應(yīng)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(fù)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(xiàn)提出了在非穩(wěn)態(tài)條件下測(cè)封堵壓差與剩余油飽和度之間的關(guān)系。利用高溫巖心流動(dòng)裝置研究巖心中剩余油飽和度和泡沫阻力因子之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)為200°C，實(shí)驗(yàn)巖心為線性管式模型。研究表明，當(dāng)剩余油飽和度較高時(shí)，泡沫體系難于形成較高的封堵壓差，當(dāng)剩余油飽和度低于一定值時(shí)，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?dú)馀菽诙嗫捉橘|(zhì)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(duì)泡沫封堵性能影響的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，但是并未提及巖心中含氣飽和度的測(cè)量方法及其對(duì)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(cè)量方法有較大的差別，且對(duì)泡沫封堵性能的影響機(jī)理不同，前者影響泡沫的穩(wěn)定性，后者反應(yīng)泡沫的封堵能力，因此目前的實(shí)驗(yàn)裝置無法測(cè)得巖心中氣相飽和度的大小，也無法研究氣相飽和度對(duì)泡沫封堵的影響規(guī)律。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)氣相飽和度的裝置。
本發(fā)明還提供一種利用上述裝置測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)氣相飽和度的方法。
術(shù)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(gè)深層次參數(shù)，對(duì)于理解泡沫滲流機(jī)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(shí)巖心發(fā)生氣竄。氣體通過巖心中的起泡劑溶液段塞時(shí)，會(huì)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(jì)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(jì)注入量為V=480mL,用PV來表示就是= J^= 4PVUa本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(nèi)；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(jì)算機(jī)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(cè)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(cè)所述巖心管內(nèi)所填裝巖心的重量；
所述巖心管14出口通過回壓閥15與產(chǎn)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(qū)替，盛放起泡劑溶液的中間容器6由平流泵3來驅(qū)替，自中間容器5、6按一定速度驅(qū)替出來的氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器8后形成泡沫。
測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(zhì)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(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(shí)驗(yàn)配比填制巖心管14 ；
(2)利用氣測(cè)滲透率儀測(cè)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(shí)；
(4)將巖心管14飽和地層水調(diào)節(jié)三通閥9，利用號(hào)平流泵3將盛放地層水的中間容器7中的地層水驅(qū)替至填砂后的巖心管14 ；
(5)關(guān)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(jì)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(duì)填砂后的巖心管14進(jìn)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(diào)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(cè)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(qū)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(guān)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(duì)注入泡沫后的巖心管14進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，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(nèi)η個(gè)時(shí)間點(diǎn)h tn所對(duì)應(yīng)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(nèi)η個(gè)時(shí)間點(diǎn)& 、所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量m1-mn；卿,畫JW
(13)計(jì)算上述η個(gè)時(shí)間點(diǎn)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(jié)合時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(guān)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(guān)系曲線a所在的坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)為注入巖心管中的流體的PVn、縱坐標(biāo)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(jié)合時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的注入巖心管中的流體的PVn繪制關(guān)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(guān)系曲線b所在的坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)為注入巖心管中的流體的PVn、縱坐標(biāo)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(qū)速度，上述三者速度都相等。
根據(jù)上述關(guān)系曲線a和關(guān)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(diǎn)在于
利用本發(fā)明所述的裝置，能夠獨(dú)立完成實(shí)時(shí)測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)替過程中單管巖心的氣相飽和度。通過將不同時(shí)間點(diǎn)的單管巖心的質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為單管巖心中氣相飽和度的大小，結(jié)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(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)；14、巖心管；15、回壓閥；16、中間容器； 17、產(chǎn)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(cè)量方法，是氣相飽和度和驅(qū)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(guān)系曲線，曲線b為巖心管兩端的壓力差A(yù)Pn和注入巖心管中的流體的PVn的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但是不限于此。
實(shí)施例I、
如圖1所示。
一種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(nèi)；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(jì)算機(jī)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(cè)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(cè)所述巖心管內(nèi)所填裝巖心的重量；
所述巖心管14出口通過回壓閥15與產(chǎn)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(qū)替，盛放起泡劑溶液的中間容器6由平流泵3來驅(qū)替，自中間容器5、 6按一定速度驅(qū)替出來的氣液經(jīng)過泡沫發(fā)生器8后形成泡沫。
實(shí)施例2、
測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(zhì)量； 起泡劑溶液的密度與地層水的密度相等。
一種利用實(shí)施例I所述裝置測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(shí)驗(yàn)配比填制巖心管14 ；
(2)利用氣測(cè)滲透率儀測(cè)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(shí)施例所用的石英砂按質(zhì)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(shí)；
(4)將巖心管14飽和地層水調(diào)節(jié)三通閥9，利用號(hào)平流泵3將盛放地層水的中間容器7中的地層水驅(qū)替至填砂后的巖心管14 ；
(5)關(guān)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(jì)算所述巖心管14的孔隙體積Vtl
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(nèi)；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(jì)算機(jī)(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(cè)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(cè)所述巖心管內(nèi)所填裝巖心的重量； 所述巖心管(14)出口通過回壓閥(15)與產(chǎn)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(quán)利要求I所述的ー種測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(qū)替，盛放起泡劑溶液的中間容器(6)由平流泵(3)來驅(qū)替，自中間容器(5)、(6)按一定速度驅(qū)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(quán)利要求I所述裝置測(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(shí)驗(yàn)配比填制巖心管(14)； (2)利用氣測(cè)滲透率儀測(cè)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(shí)； (4)將巖心管(14)飽和地層水調(diào)節(jié)三通閥(9)，利用號(hào)平流泵(3)將盛放地層水的中間容器(7)中的地層水驅(qū)替至填砂后的巖心管(14)； (5)關(guān)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(jì)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(duì)填砂后的巖心管(14)進(jìn)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(diào)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(cè)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(qū)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(guān)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(duì)注入泡沫后的巖心管(14)進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，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(nèi)η個(gè)時(shí)間點(diǎn)& tn所對(duì)應(yīng)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(nèi)η個(gè)時(shí)間點(diǎn)ti tn所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量Hi1 mn ; m' - in ml - ηι. (13)計(jì)算上述η個(gè)時(shí)間點(diǎn)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(cè)量單管巖心泡沫驅(qū)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(shè)備，用于產(chǎn)生驅(qū)替巖心的泡沫。恒溫箱內(nèi)設(shè)置有巖心管、壓力表、天平、回壓閥、產(chǎn)出液收集器，在所述的恒溫箱內(nèi)將注入流體注入巖心，并且測(cè)量巖心管質(zhì)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、壓力傳感器、稱重傳感器等設(shè)備，主要用于數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明通過將不同時(shí)間點(diǎn)的單管巖心的質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為但管巖心中氣相飽和度的大小，結(jié)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(hào)G01N5/02GK102980828SQ20121030796
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)