CN102866082A - 一种测量泡沫油流变性的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量泡沫油流变性的装置，其包括恒温箱，在所述的恒温箱内设置有配样筒，所述配样筒通过管道依次与回压阀A、泡沫油发生器、毛细管、回压阀B、微观模型夹持器和产出液收集器相连；在所述的毛细管的两端之间设置有压力传感器，所述压力传感器通过数据线与计算机相连，在所述的微观模型夹持器的上方设置有摄像头，所述摄像头通过数据线与计算机相连。本发明将含有溶解气的稠油从配样筒导入到泡沫油发生器，实现了一定温度和压力条件下泡沫油的生成。通过测试不同流速下泡沫油经过毛细管两端压差，结合幂律流体流变方程，得到泡沫油流变特性。通过摄像头采集微观模型夹持器内泡沫油图片，可以进一步判断是否形成稳定的泡沫油状态。

Description

一种测量泡沫油流变性的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量泡沫油流变性的装置及其测量方法，属于测量原油装置的技术领域。

背景技术

泡沫油是在特定条件下稠油冷采溶解气驱过程中形成的一种现象，稠油油藏溶解气驱开发过程中，当压力下降到泡点压力以后，溶解气从原油中分离后形成微小的气泡，受到原油粘度及操作条件的影响，小气泡被滞留在原油中，形成油包气的乳状液，即泡沫油。泡沫油的流变特性非常复杂，它涉及到气泡的生成、运移、破灭、再生等过程，泡沫油流变特性的测试，对于稠油冷采油藏开发方案设计、调整等具有意义。目前对于脱气原油和饱和溶解气原油的流变性测试有相应的方法和装置，但是对于泡沫油流变性的测量还没有相应方法及装置。

在《西南石油学院》2002年期中，记载了由党卫中发表的《高温高压泡沫流变性测试***研究》一篇文章，该文献是针对高温高压泡沫流变性测试***研究，而未对泡沫油流变性测试***进行任何描述和记载。目前对于泡沫流变性的测量已经具有相应的测试***，但是对于泡沫油这种油包气型乳状液流变性的测试还没有相应的装置和方法，泡沫油与泡沫的性质差别较大，泡沫油中气体体积分数较少，分散体系为油相，而泡沫中的气体体积分数较多，分散体系为水相，因此泡沫流变性的测试***和方法无法满足泡沫油流变性的测试需求。

发明内容

针对以上的技术不足，本发明提供一种测量泡沫油流变性的装置。

本发明还提供一种利用上述装置测量泡沫油流变性的方法。

术语解释：

泡沫油流变性：是指泡沫油在外力作用下的变形和流动性质,主要指加工过程中应力形变形变速率和粘度之间的联系，其包括泡沫油的流动指数、稠度系数和泡沫油在圆管内层流动时的视粘度。

本发明的技术方案如下：

一种测量泡沫油流变性的装置，其包括恒温箱，在所述的恒温箱内设置有配样筒，所述配样筒通过管道依次与回压阀A、泡沫油发生器、毛细管、回压阀B、微观模型夹持器和产出液收集器相连；在所述的毛细管的两端之间设置有压力传感器，所述压力传感器通过数据线与计算机相连，在所述的微观模型夹持器的上方设置有摄像头，所述摄像头通过数据线与计算机相连。

根据本发明优选的，所述的配样筒通过管道与平流泵相连。

一种利用上述装置测量泡沫油流变性的方法，包括步骤如下：

（1）将恒温箱温度升至要模拟油藏的温度，并恒温4h后再对泡沫油流变性进行测量；

（2）根据要模拟油藏中含气稠油的温度、泡点压力和溶解汽油比，在所述的配样筒中配置与上述参数相同的含气稠油样品，待用；调节回压阀A压力，使其压力高于含气稠油样品泡点压力；该步骤是在一定的温度和压力条件下，在配样筒中配制待测量的含气稠油样品，本步骤中的温度和压力要根据实际油藏条件而确定，要与实际油藏条件相同，以保证测量的准确性；为了使气体处于溶解状态，回压阀A压力要高于含气稠油样品泡点压力；

(3)调节回压阀B的压力，使其压力低于含气稠油样品泡点压力；

(4)设置平流泵流速v，所述平流泵流速的设置范围：0-9.99ml/min，使含气稠油样品由配样筒进入泡沫油发生器形成泡沫油；由于含气稠油样品进入泡沫油发生器后压力低于泡点压力，气体会由稠油中析出，稠油和气体经过泡沫油发生器内石英砂的充分混合，形成稳定的泡沫油状态；

(5)步骤(4)产出的泡沫油流经毛细管和微观模型夹持器；当压力传感器的压力恒定时，观察摄像头采集到的微观模型夹持器内泡沫油图片：当所述泡沫油图片呈现分布均匀的点状气泡时，测量并记录泡沫油经过毛细管两端压降Δp；

(6)由低到高逐渐增加平流泵的流速，每次增加流速后分别进行步骤(5)；

(7)将所述泡沫油采用幂律模型来研究，所述泡沫油在毛细管内层流流动时，忽略固体边界滑移的影响，根据流变方程①

$\frac{\mathrm{\ΔpD}}{4L}=K{\left(\frac{8V}{D}\frac{1+3n}{4n}\right)}^n$ ①

对所述流变方程①两边取对数得公式②

$\lg \left(\frac{\mathrm{\ΔpD}}{4L}\right)=\lg \left[K{\left(\frac{1+3n}{4n}\right)}^n\right]+\mathrm{nlg}\left(\frac{8V}{D}\right)$ ②

在流变方程①和公式②中，Δp为泡沫油在毛细管中的压降；D为毛细管的直径；L为毛细管的长度；K为泡沫油的稠度系数；n为泡沫油的流动指数；V为所述平流泵的流速v与毛细管截面积的比值；8V/D为泡沫油在毛细管中的剪切速率；

将实际测量到的压降Δp和平流泵的流速v带入公式②，在双对数坐标上将公式②整理成

的关系曲线，其形成直线的斜率就是流变指数n’；截距就是流变系数k’，

则所述泡沫油流变性：流动指数、稠度系数和泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度分别为：

流动指数n＝n’；

稠度系数 $K=K^{\′}/{\left(\frac{3n+1}{4n}\right)}^n;$

泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度

步骤(5)中所述的微观模型夹持器是现有夹持器，如中国专利CN201273903所记载的夹持器相同。

本发明的优点在于：

本发明提供了一种测量泡沫油流变性的装置和方法，本发明的优点是将含有溶解气的稠油从配样筒导入到泡沫油发生器，实现了一定温度和压力条件下泡沫油的生成。通过测试不同流速下泡沫油经过毛细管两端压差，结合幂律流体流变方程，得到泡沫油流变特性。通过摄像头采集微观模型夹持器内泡沫油图片，可以进一步判断是否形成稳定的泡沫油状态。

附图说明

图1本发明所述测量装置的结构示意图；

图2是具有分布均匀的点状气泡的泡沫油图片；

图3是本发明实施例2中在双对数坐标上将公式②整理成

的关系曲线；

其中，1、平流泵；2、阀门；3、配样筒；4、回压阀A；5、泡沫油发生器；6、毛细管；7、回压阀B；8、压力传感器；9、计算机；10、微观模型夹持器；11、摄像头；12、产出液收集器；13、恒温箱。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但是不限于此。

实施例1、

如图1所示。

一种测量泡沫油流变性的装置，其包括恒温箱13，在所述的恒温箱13内设置有配样筒3，所述配样筒3通过管道依次与回压阀A、泡沫油发生器5、毛细管6、回压阀B、微观模型夹持器10和产出液收集器12相连；在所述的毛细管6的两端之间设置有压力传感器8，所述压力传感器8通过数据线与计算机9相连，在所述的微观模型夹持器10的上方设置有摄像头11，所述摄像头11通过数据线与计算机9相连。

根据本发明优选的，所述的配样筒3通过管道与平流泵1相连。

实施例2、

一种如实施例1所述装置测量泡沫油流变性的方法，包括步骤如下：

（1）将恒温箱13温度升至要模拟油藏的温度，并恒温4h后再对泡沫油流变性进行测量；

（2）根据要模拟油藏中含气稠油的温度、泡点压力和溶解汽油比，在所述的配样筒3中配置与上述参数相同的含气稠油样品，待用；调节回压阀A压力，使其压力高于含气稠油样品泡点压力；

（3）调节回压阀B的压力，使其压力低于含气稠油样品泡点压力；

（4）设置平流泵1流速v1为5ml/min，使含气稠油样品由配样筒3进入泡沫油发生器5形成泡沫油；由于含气稠油样品进入泡沫油发生器5后压力低于泡点压力，气体会由稠油中析出，稠油和气体经过泡沫油发生器5内石英砂的充分混合，形成稳定的泡沫油状态；

（5）步骤（4）产出的泡沫油流经毛细管6和微观模型夹持器10；当压力传感器8的压力恒定时，观察摄像头11采集到的微观模型夹持器10内泡沫油图片：当所述泡沫油图片呈现分布均匀的点状气泡时，测量并记录泡沫油经过毛细管6两端压降Δp ₁为0.027MPa；

（6）由低到高逐渐增加平流泵的流速，每次增加流速后分别进行步骤（5）：

设置平流泵流速v2为10ml/min时，测量并记录泡沫油经过毛细管两端压降Δp₂为0.042MPa

设置平流泵流速v3为15ml/min时，测量并记录泡沫油经过毛细管两端压降Δp ₃为0.054MPa

设置平流泵流速v4为20ml/min时，测量并记录泡沫油经过毛细管两端压降Δp₄为0.071MPa

设置平流泵流速v5为25ml/min时，测量并记录泡沫油经过毛细管两端压降Δp₅为O.086MPa：

(7)将所述泡沫油采用幂律模型来研究，所述泡沫油在毛细管内层流流动时，忽略固体边界滑移的影响，根据流变方程①

$\frac{\mathrm{\ΔpD}}{4L}=K{\left(\frac{8V}{D}\frac{1+3n}{4n}\right)}^n$ ①

对所述流变方程①两边取对数得公式②

$\lg \left(\frac{\mathrm{\ΔpD}}{4L}\right)=\lg \left[K{\left(\frac{1+3n}{4n}\right)}^n\right]+\mathrm{nlg}\left(\frac{8V}{D}\right)$ ②

在流变方程①和公式②中，Δp为泡沫油在毛细管中的压降；D为毛细管的直径；L为毛细管的长度；K为泡沫油的稠度系数；n为泡沫油的流动指数；V为所述平流泵的流速；V为所述平流泵的流速v与毛细管截面积的比值；8V/D为泡沫油在毛细管中的剪切速率；

将实际测量到的压降Δp_l～Δp₅和平流泵的流速v1-v5带入公式②，在双对数坐标上将公式②整理成

的关系曲线，所述5个点连成直线斜率就是流变指数n’；截距就是流变系数k’，如图3所示，该直线的斜率为0.7219；

则所述泡沫油流变性：流动指数、稠度系数和泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度分别为：

流动指数n＝n’＝0.7219；

稠度系数 $K=K^{\′}/{\left(\frac{3n+1}{4n}\right)}^n=12.17;$

泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度

不同流速v下泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度如表l所示：

表1：不同流速v下泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度

Claims (3)

1.一种测量泡沫油流变性的装置，其特征在于，其包括恒温箱，在所述的恒温箱内设置有配样筒，所述配样筒通过管道依次与回压阀A、泡沫油发生器、毛细管、回压阀B、微观模型夹持器和产出液收集器相连；在所述的毛细管的两端之间设置有压力传感器，所述压力传感器通过数据线与计算机相连，在所述的微观模型夹持器的上方设置有摄像头，所述摄像头通过数据线与计算机相连。

2.根据权利要求l所述的一种测量泡沫油流变性的装置，其特征在于，所述的配样筒通过管道与平流泵相连。

3.利用如权利要求l所述一种测量泡沫油流变性的装置测量泡沫油流变性的方法，其特征在于，其包括步骤如下：

(1)将恒温箱温度升至要模拟油藏的温度，并恒温4h后再对泡沫油流变性进行测量；

(2)根据要模拟油藏中含气稠油的温度、泡点压力和溶解汽油比，在所述的配样筒中配置与上述参数相同的含气稠油样品，待用；调节回压阀A压力，使其压力高于含气稠油样品泡点压力；

(3)调节回压阀B的压力，使其压力低于含气稠油样品泡点压力；

(4)设置平流泵流速v，所述平流泵流速的设置范围：0-9.99ml/min，使含气稠油样品由配样筒进入泡沫油发生器形成泡沫油；

(5)步骤(4)产出的泡沫油流经毛细管和微观模型夹持器；当压力传感器的压力恒定时，观察摄像头采集到的微观模型夹持器内泡沫油图片：当所述泡沫油图片呈现分布均匀的点状气泡时，测量并记录泡沫油经过毛细管两端压降Δp；

(6)由低到高逐渐增加平流泵的流速，每次增加流速后分别进行步骤(5)；

(7)将所述泡沫油采用幂律模型来研究，所述泡沫油在毛细管内层流流动时，忽略固体边界滑移的影响，根据流变方程①

$\frac{\mathrm{\ΔpD}}{4L}=K{\left(\frac{8V}{D}\frac{1+3n}{4n}\right)}^n$ ①

对所述流变方程①两边取对数得公式②

$\lg \left(\frac{\mathrm{\ΔpD}}{4L}\right)=\lg \left[K{\left(\frac{1+3n}{4n}\right)}^n\right]+\mathrm{nlg}\left(\frac{8V}{D}\right)$ ②

在流变方程①和公式②中，Δp为泡沫油在毛细管中的压降；D为毛细管的直径；L为毛细管的长度；K为泡沫油的稠度系数；n为泡沫油的流动指数；  V为所述干流泵的流速v与毛细管截面积的比值；8V/D为泡沫油在毛细管中的剪切速率；

将实际测量到的压降Δp和平流泵的流速v带入公式②，在双对数坐标上将公式②整理成的关系曲线，其形成直线的斜率就是流变指数n’；截距就是流变系数k’，

则所述泡沫油流变性：流动指数、稠度系数和泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度分别为：

流动指数n=n’；

稠度系数 $K=K^{\′}/{\left(\frac{3n+1}{4n}\right)}^n;$

泡沫油在毛细管内层流动时的视粘度

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