CN110412221A - 一种模拟储层原位状态的泡沫凝胶制备评价装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种能够模拟地层原位条件的泡沫凝胶制备评价装置及其使用方法。所述泡沫凝胶制备装置包括反应***、加压***、加热***、搅拌***、釜内检测***、取样***、减压阀、六通阀、气体流量计、数据采集***。本发明还提供了所述泡沫凝胶制备评价装置的使用方法。该评价装置整体结构紧凑，实现了在室内模拟地层原位条件下进行泡沫凝胶的制备与评价较好地还原了泡沫凝胶在地层中的动态成胶过程，方法简单，操作方便。

Description

一种模拟储层原位状态的泡沫凝胶制备评价装置及其使用 方法

技术领域

本发明涉及一种模拟储层原位状态的泡沫凝胶制备评价装置及其使用方法，属于油田开发技术领域，适用于油田调剖堵水用外加气源泡沫凝胶和自生气泡沫凝胶的制备评价。

技术背景

泡沫凝胶是一种新堵水剂，具有凝胶与泡沫的两种特性。在交联剂反应之前，泡沫凝胶具有水泡沫的特点，气泡通过狭小孔隙喉道时产生贾敏效应，起到封堵作用；由于泡沫具有在流动中破裂后重新起泡的能力，因此泡沫可以用来进行深度调剖。在交联剂反应后，泡沫凝胶的连续外相是凝胶，凝胶为气泡提供了较高的机械稳定性，同时，由于凝胶内含有大量均匀分布的气体，也降低了凝胶渗入小孔隙的可能性。在液流驱替了泡沫凝胶内的气体，导致泡沫凝胶完全破裂后，残留在孔隙喉道中的凝胶残余物仍然对流体起到一定的阻碍作用。

我国大部分油田地层原生及次生的非均质性严重、流体流度差异较大，造成油井出水及注水开发过程中的水窜、水锥、指进现象比较普遍。目前各大油田区块含水呈上升趋势，部分单井含水率已达90％以上，严重影响油田的正常生产，导致原油产量降低，开发成本增加。调剖堵水是水驱油田应用最广泛的控水稳油措施，是提高储层产能的重要方法。通过机械或化学调堵的方法对油井高渗水流通道进行封堵，达到调整吸水剖面、降低油井出水、提升油井产量的目的，实现改善油田水驱开发效果、提高油田注水采收率的目标。目前边底水油藏常用的堵调方法是采用大剂量多段塞调堵或打人工隔板抑制底水上升，这势必会陷入堵剂用量大、工艺成本高的困局。泡沫凝胶可以有效减少堵剂的使用量。泡沫凝胶体系中，泡沫的连续外相是凝胶，凝胶内部含有大量的均匀液体。利用泡沫凝胶处理地层时，其具有用液量少、效率高、有一定弹性、机械强度好、滤失量少及对地层伤害小等特点。同时自生泡沫凝胶能够在地层中自发产生气体，使得施工工艺简单。泡沫凝胶中气体体积与凝胶体积的比值会对体系的强度产生明显影响。当地层的深度不同时，地层压力与地层温度是变化的，压力温度的变化会影响泡沫凝胶的性能。所以模拟不同压力温度进行泡沫凝胶的制备显得尤为重要。尤其对于高温高压油藏，实验室难以模拟油藏条件进行泡沫凝胶的制备评价。

CN104407103B公开了一种化学反应装置，包括反应釜本体、传动装置和推进式搅拌器。本发明能使反应釜中物料反应过程中将一些废气和杂质进行分离，通过管道排放出去，传热板能加快物料的反应速度，大大提高了工作效率。然而，该装置无法控制反应釜内压力恒定且无法测得排出气体的体积，限制了其使用范围。

CN103837638A公开了一种测量自生气化学剂反应效率受反应物浓度影响的方法，该方法能快速测试出自生气化学剂反应效率受反应物浓度的影响，且测试结果准确，但该方法需要定时测量反应产生气体的体积，且是在常压下进行实验，无法在高压下实时得到产生气体的速率。

CN106867486 A公开了一种与堵水联作的泡沫凝胶修井增产方法及其应用，在修井时，让低密度泡沫凝胶在正压差下自发侵入近井地带中高渗层，在储层漏失处形成有效暂堵，使修井作业得以顺利完成。在修井结束后，撤去压力，使低密度泡沫凝胶继续以堵水剂的形式发挥作用，起到选择性堵水的功效。该方法协同发挥修井暂堵与凝胶堵水两种技术优势，最大化地提高高含水低压油井修井后的产能。

CN106990225 A公开了一种凝胶调剖剂强度测试装置及测试方法，该装置结构简单、设计合理，其孔喉结构能够充分模拟凝胶调剖剂在储层孔隙中的受力状况，采用该装置测试凝胶调剖剂强度，能够反映凝胶调剖剂在地层中的受力状况，是一种准确、方便、快捷的凝胶调剖剂强度评价方法。测试结果类比性强，测试成本低廉，测试时间短，操作简便。

发明内容

本发明的目的是为了克服高温高压下泡沫凝胶难以制备、储层原位条件下自生气体系产气体积难以测量的问题，针对现有技术的不足，提供一种调剖堵水用外加气源泡沫凝胶及自生气泡沫凝胶制备评价装置。

一种模拟储层原位状态的泡沫凝胶制备评价装置，包括反应***、加压***、加热***、搅拌***、釜内检测***、取样***、气体控制测量***、数据采集***；所述加压***、反应***、取样***、气体控制测量***依次贯通。

所述反应***为所述泡沫凝胶制备评价提供场所；所述加压***用于给反应釜提供反应所需的压力、作为外加气源以及反应后液体助排；所述加热***控制反应釜内温度；所述搅拌***可以在反应釜内带动反应液体流动；所述釜内检测***用于采集所述反应釜内温度、压力；所述取样***可以获得反应釜内反应进行中或反应完成后的样品；所述气体控制测量***用于保持反应釜内的压力不随反应产生的气体而改变，并对产生的气体体积进行测量；所述数据采集***用于整理计算采集到的所述反应釜内和气体流量计的实验数据。

优选的，所述反应***包括反应釜、活塞主体，所述反应釜的侧面设有管线接口，所述反应釜内设有活塞主体，活塞主体将反应釜分为两个腔体。

优选的，所述反应釜容积1500-3000mL，额定工作压力0-50MPa，耐温300℃以上；

优选的，所述加压***包括气瓶、中间容器、精密高压泵，所述中间容器顶端有两个粗管线接口，中间容器底端有一个粗管线接口，所述顶端的两个粗管线接口一个通过高压阀连接气瓶，另一个通过六通阀连接所述反应釜，所述底端的粗管线接口通过高压阀连接所述精密高压泵；

优选的，所述加热***包括电加热套，温度传感器，所述电加热套包括螺旋加热管及套在所述螺旋加热管上的保温套，所述螺旋加热管连接所述温度传感器；

优选的，所述搅拌***包括转子，磁力搅拌器，所述转子位于所述反应釜内部；所述磁力搅拌器位于所述反应釜外部底端；

优选的，所述磁力搅拌器搅拌速率范围为0～5000r/min；

优选的，所述取样***包括手摇式高压阀与取样器，所述取样器通过所述手摇式高压阀连接在所述反应釜下部；

优选的，所述釜内检测***包括斧内温度传感器和压力传感器，所述斧内温度传感器和压力传感器连接所述数据采集***；

优选的，所述气体控制测量***包括减压阀和气体流量计，所述减压阀入口端连通所述反应釜被所述活塞主体分隔而成的上部腔体，所述减压阀出口端连接所述气体流量计；

所述数据采集***包括采集控制处理软件、工控机、打印机、控制柜。所述采集控制处理软件在Win7或Win10条件下运行，采用VB编程。

上述泡沫凝胶制备评价装置制备自生气泡沫凝胶的工作方法，具体步骤包括：

(1)配制自生泡沫凝胶溶液，将所述自生泡沫凝胶溶液，装入反应釜下部腔体，密封好，打开所述数据采集***；

(2)打开所述压力控制***，调节反应釜上部腔体压力，使之与真实地层压力相当；

(3)设置减压阀恒定减压压力为地层压力，开启气体流量计；

(4)打开所述加热控制***，调节温度，使之与地层温度相当；

(5)打开所述磁力搅拌器，调节磁力搅拌器转动速率，模拟液体流动；

(6)通过所述釜内检测***实时采集所述反应釜内压力、温度，通过所述气体流量计实时采集通过所述减压阀的气体的流量；

(7)将步骤(6)采集的数据信息传输至所述数据采集***，得到气体产生速率、气体产生体积等数据；

(8)打所述连接在反应釜上的取样器，对所取样品进行后续分析实验。

上述泡沫凝胶制备装置制备外加气源泡沫凝胶的工作方法，具体步骤包括：

(1)配制凝胶溶液，将所述凝胶溶液，装入反应釜，密封好，打开所述数据采集***；

(2)打开所述加热控制***，调节温度，使之与地层温度相当；

(3)打开磁力搅拌器，调节磁力搅拌器转动速率，模拟液体流动；

(4)关闭减压阀，打开压力控制***，以一定速率向反应釜下部腔体注入氮气，从而形成外加气源的泡沫凝胶；

(5)打所述连接在反应釜上的取样器，对所取样品进行后续分析实验。

所述外加气源是利用气瓶中的气体(不添加自生气体系)来制备泡沫凝胶，此时气瓶起到控制压力和使溶液起泡(向溶液中注入固定体积的气体)两种作用；所述内加气源是在溶液中添加自生气体系，溶液可以自发地产生形成泡沫所需要的气体。

本发明的有益效果：

本发明可以满足外加气源和自生气两种泡沫凝胶的制备评价要求，通过所述加压***与加热***对反应釜增压加温来模拟地层的原位条件，所述加压***还能作为外加气源来制备泡沫凝胶。通过所述气体控制测量***来维持反应釜内的压力恒定，模拟了地层的恒压条件，通过所述搅拌***带动反应釜内液体流动，模拟自生泡沫凝胶溶液在地层中的流动，能够较好还原凝胶在地层中的动态成胶过程，填补了室内无法模拟地层条件进行自生泡沫凝胶制备实验的空白。同时，本装置能够实时监测反应釜内的压力、温度变化情况，对自生气体系进行评价，并通过取样器可以获得样品进行进一步分析，结构简单，模拟效果好。

附图说明

图1是本发明泡沫凝胶制备评价装置的结构框图；其中：1、反应釜，2、电加热套，3、磁力搅拌器，4、减压阀，5、压力传感器，6、温度传感器，7、中间容器，8、六通阀，9、气体流量计，10、精密高压泵，11、压力传感器，12、氮气瓶，13、数据采集***，14、取样器。

图2是自生气泡沫凝胶的性能进行评价图。

具体实施方式

下面结合说明附图和实施例对本发明做进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种泡沫凝胶制备评价装置，如图1所示，包括反应***、加压***、加热***、搅拌***、釜内检测***、取样***、气体控制测量***、数据采集***；加压***、反应***、取样***、气体控制测量***依次贯通。

反应***为泡沫凝胶的制备评价提供场所；加压***用于给反应釜提供反应所需的压力、作为外加气源以及反应后液体助排；加热***控制反应釜内温度；搅拌***带动反应釜内液体流动，模拟凝胶的动态成胶过程；釜内检测***用于采集所述反应釜内温度、压力；所述取样***可以获得反应釜内反应进行中或反应完成后的样品；气体控制测量***用于保持反应釜内的压力不随反应产生的气体而改变，并对产生的气体体积进行测量；数据采集***用于整理计算采集到的所述反应釜内和气体流量计的实验数据。

反应***包括反应釜1、活塞主体，反应釜1的侧面设有连通至所述箱体内的管线接口，反应釜1内设有活塞主体，活塞主体将反应釜分为两个腔体。

反应釜1容积2000mL，额定工作压力50MPa，耐温300℃，通过活塞主体分隔而成的反应釜的两个腔体通过管线连接六通阀8；

加压***包括氮气瓶12、中间容器7、精密高压泵10，中间容器7顶端有两个、底端有一个连通至中间容器内的粗管线接口，顶端的两个粗管线接口一个通过高压阀连接氮气瓶12，另一个六通阀8连接反应釜1，底端粗管线接口通过高压阀连,精密高压泵10；精密高压泵10的额定流量2.5L/h，最高排压50MPa，泵头内孔采用F4衬底，柱塞采用哈氏合金。中间容器7的容积为2L，采用金属罐容器。

加热***包括电加热套2，温度传感器6，电加热套2包括螺旋加热管及套在螺旋加热管上的保温套，螺旋加热管连接温度传感器6；电加热套2的温控精度为±0.5℃。

温度传感器6检测范围均为室温～350℃，控温精度±0.5℃，带RS232接口，可实现与计算机的联网。

搅拌***包括转子，磁力搅拌器3，转子位于反应釜内部；磁力搅拌器3位于所述反应釜外部底端；磁力搅拌器搅拌速率0～1000r/min；转子材料为四氟，长度为60mm

釜内检测***包括压力传感器5和斧内温度传感器，压力传感器5和斧内温度传感器连接数据采集***13；

压力传感器5量程为50MPa，精度为1％FS，附带压力数显二次仪表。压力数显二次仪表为四位半，带RS232接口，可实现与计算机联网。

取样***包括取样器14和手摇式高压阀。取样器14容积15mL，最大承压50MPa。手摇式高压阀方便在高压条件下开启和关闭，材料为哈氏合金。

气体控制测量***包括减压阀4和气体流量计9，减压阀入4口端连通反应釜1被所述活塞主体分隔而成的上部腔体，所述减压阀出口端连接气体流量计9；

减压阀工作温度0-300℃，气体流量计9选用全四氟流量计，管道口径为Φ5mm，流量1.5L/h，工作压力0～50MPa，工作温度：-10°～300℃，精确度为±0.5％，壳体材质为不锈钢，供电电源：内电源3v，外电5v～24v，输出信号为脉冲信号4～20mA。

六通阀8采用哈氏合金，可承受工作温度下的酸碱腐蚀，反应釜1的两个腔体、压力传感器5、中间容器7通过六通阀8连接。

管阀件***包括所有的管线和高压阀。管线外径为5mm。阀门最大承压为50MPa。阀门采用哈氏合金，可承受工作温度下的酸碱腐蚀。

实施例2

实施例1所述装置进行自生气泡沫凝胶的评价方法，具体步骤包括：

(1)配制自生气泡沫凝胶溶液，将自生泡沫凝胶溶液，装入反应釜1的一个腔体，密封好，打开数据采集***13；

(2)打开氮气瓶12与精密高压泵10，调节反应釜上部腔体压力，使之与地层压力相当；

(3)设置减压阀4恒定减压压力为地层压力，开启气体流量计9，反应釜内压力高于减压阀4设定压力时，减压阀4自动打开，气体流量计9计量通过减压阀排出的气体；

(4)打开电加热套2，调节电加热套2的温度至所需实验温度，使之与地层温度相当；

(5)打开磁力搅拌器3，调节磁力搅拌器转动速率，模拟液体流动；

(6)通过温度传感器5和压力传感器6实时采集所述反应釜内压力、温度，通过气体流量计9实时采集通过减压阀4的气体的流量；

(7)将步骤(6)采集的数据信息传输至所述数据采集***13，得到气体产生速率、气体产生体积等数据；

(8)打开取样器14上与反应釜相连的高压阀，取样后关闭，对样品进行进一步分析实验。

自生气泡沫凝胶的性能进行评价，其评价方法如下：

利用质量分数分别为3％和2.5％的NH₄Cl和NaNO₃作为自生气体系，质量分数为0.5％聚丙烯酰胺作为凝胶主剂，质量分数为0.4％的Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₃作为交联剂，溶剂为蒸馏水。将配制好的500mL自生气凝胶溶液按照实施例2所述方法进行自生气泡沫凝胶的制备，调节电加热套2的温度为80℃，设置减压阀4压力为1MPa，磁力搅拌器3转数为100r/min。气体流量计9得到的实验结果如图2所示。

由图2可知，该体系在10到18小时之间产生气体的速率最快，最终产生气体的体积约为5000mL。

实施例3

实施例1所述装置进行外加气源泡沫凝胶的评价方法，具体步骤包括：

(1)配制凝胶溶液，将凝胶溶液装入反应釜1的一个腔体，密封好，打开数据采集***13；

(2)打开电加热套2，调节温度，使之与地层温度相当；

(3)打开磁力搅拌器3，调节磁力搅拌器转动速率，模拟液体流动；

(4)关闭减压阀4，打开氮气瓶12与精密高压泵10，，以一定速率向反应釜腔体注入氮气，从而使凝胶液与氮气形成外加气源的泡沫凝胶；

(5)打开取样器14上与反应釜相连的高压阀，取样后关闭，对样品进行进一步分析实验。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种调剖堵水用泡沫凝胶制备评价装置，其特征在于，包括反应***、加压***、加热***、搅拌***、釜内检测***、取样***、气体控制测量***、数据采集***；所述加压***、反应***、取样***、气体控制测量***依次贯通；

所述反应***为所述泡沫凝胶制备评价提供场所，所述加压***用于给反应釜提供反应所需的压力以及反应后液体助排，所述加热***控制反应釜内温度，所述搅拌***可以在反应釜内带动反应液体流动，所述取样***可以获得反应釜内反应进行中或反应完成后的样品，所述气体控制测量***用于保持反应釜内的压力不随反应产生的气体而改变，并对产生的气体体积进行测量，所述数据采集***用于整理计算采集到的所述反应釜内和气体流量计的实验数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应***包括反应釜、活塞主体，所述反应釜的侧面设有管线接口，所述反应釜内设有活塞主体，所述活塞主体将反应釜分为两个腔体。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应釜容积1500-3000mL，额定工作压力0.1-50MPa，耐温300℃以上。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述搅拌***包括转子，磁力搅拌器，所述转子位于所述反应釜内部，所述磁力搅拌器位于所述反应釜外部底端，所述磁力搅拌器搅拌速率范围为0～5000r/min。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加压***包括气瓶、中间容器、精密高压泵，所述中间容器顶端有两个粗管线接口，底端有一个粗管线接口，所述顶端的两个粗管线接口一个通过高压阀连接所述气瓶，另一个通过六通阀连接所述反应釜，所述底端粗管线接口通过高压阀连接所述精密高压泵；

所述加热***包括电加热套，温度传感器，所述电加热套包括螺旋加热管及套在所述螺旋加热管上的保温套，所述螺旋加热管连接所述温度传感器；

所述取样***包括手摇式高压阀与取样器，所述取样器通过所述手摇式高压阀连接在所述反应釜下部；

所述釜内检测***包括斧内温度传感器和压力传感器，所述斧内温度传感器和压力传感器连接所述数据采集***。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体控制测量***包括减压阀和气体流量计，所述减压阀入口端连通所述反应釜被所述活塞主体分隔而成的上部腔体，所述减压阀出口端连接所述气体流量计。

7.利用权利要求1-6任一项所述装置进行自生气泡沫凝胶制备评价的方法，具体步骤包括：

(1)配制自生泡沫凝胶溶液，将所述自生泡沫凝胶溶液，装入反应釜底部腔体，密封好，打开所述数据采集***；

(2)打开所述压力控制***，调节反应釜另一个腔体的压力，使之与地层压力相当；

(3)设置减压阀恒定减压压力为地层压力，开启气体流量计；

(4)打开所述加热控制***，调节温度，使之与地层温度相当；

(5)打开磁力搅拌器，调节磁力搅拌器转动速率，模拟液体流动；

(6)通过所述釜内检测***实时采集所述反应釜内压力、温度，通过所述气体流量计实时采集通过所述减压阀的气体的流量；

(7)将步骤(6)采集的数据信息传输至所述数据采集***，得到气体产生速率、气体产生体积等数据；

(8)打开取样器上与反应釜相连的高压阀，取样后关闭，对样品进行进一步分析实验。

8.如权利要求1-6任一项所述装置进行外加气源泡沫凝胶制备评价的方法，包括以下步骤：

(1)配制凝胶溶液，将所述凝胶溶液，装入反应釜，密封好，打开所述数据采集***；

(2)打开所述加热控制***，调节温度，使之与地层温度相当；

(3)打开磁力搅拌器，调节磁力搅拌器转动速率，模拟液体流动；

(4)关闭减压阀，打开压力控制***，以一定速率向反应釜下部腔体注入氮气，从而形成外加气源的泡沫凝胶；

(5)打开取样器上与反应釜相连的高压阀，取样后关闭，对样品进行进一步分析实验。