升泡儀及其使用方法與流程
2023-09-09 16:38:30 2
本發明涉及油氣田開發領域，是指一種用於測試油氣最小混相壓力的裝置及其使用方法，具體是一種能輔助脫離氣泡的升泡儀及其使用方法。
背景技術：
近年來，隨著CO2混相驅油技術的不斷發展，油氣最小混相壓力(MMP)的測量技術改進也備受關注，該值是油田現場實施CO2驅油技術及油藏方案制定的關鍵參數之一，精確而快速地獲取該值是石油科技工作者解決諸多驅油技術難題的關鍵。目前，獲得油氣最小混相壓力(MMP)值的測試方法包括：細管測試法、界面張力測試法和升泡儀法，其中的細管測試法普遍應用於各大石油公司及科研院所，但是細管測試法在使用過程中存在耗時長(約5周)、成本高、實驗模型標準化程度低等缺點，而界面張力法因其存在受人為因素影響嚴重、使用受限的不足而使用較少，升泡儀法具有耗時短、符合油藏內部CO2驅過程、屬於油氣多次接觸等優點，通常測試一個樣品可在幾個小時內完成，因此，升泡儀法具有相當廣闊的應用前景。
升泡儀法的測試原理為：將一個垂直向上不鏽鋼針管插入玻璃筒的底部，玻璃筒內預先充入原油，通過針尖向玻璃筒內注入一個小氣泡(通常為氮氣(N2)、二氧化碳(CO2)或天然氣(NG))，利用攝像系統觀察氣泡在原油中的運動特徵；最後根據運動特點和行程來確定油氣最小混相壓力(MMP)。
然而，在實驗測試過程中發現，氣體通過針管後並從針尖出來時，經常掛在針尖處，不易脫落，而且繼續注入氣體後，導致針尖處氣泡不斷增大後才能脫離，每次氣泡大小不一造成實驗誤差較大，測試不準確，因此，如何使氣泡容易且及時地脫落，並以均勻的大小脫落成為目前迫切需要解決的難題。
有鑑於上述現有技術存在的問題，本發明人結合相關製造領域多年的設計及使用經驗，輔以過強的專業知識，對現有的結構進行優化設計，提供一種升泡儀及其使用方法，來克服上述缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種升泡儀，其能使氣泡及時脫落，且氣泡大小一致，能實現油氣最小混相壓力的測試，實驗準確性高、可重複性好。
本發明的另一目的是提供一種升泡儀的使用方法，其能使氣泡及時脫落，且氣泡大小一致，能實現油氣最小混相壓力的測試，實驗準確性高、可重複性好。
本發明的上述目的可採用下列技術方案來實現：
本發明提供一種升泡儀，其中，所述升泡儀包括：金屬釜，其一側沿豎直方向設有多個攝像頭，其另一側設有與多個所述攝像頭相對的光源體；玻璃筒，其位於所述金屬釜內，所述玻璃筒的上端固設於所述金屬釜的頂壁並與第一泵相連，所述玻璃筒的下端為開口，所述玻璃筒通過所述開口與所述金屬釜相連通；氣體注入針管，其針尾端與第二泵相連，其針頭端穿過所述金屬釜的底壁伸入所述玻璃筒內；兩個電磁線圈，所述電磁線圈與控制器相連，兩個所述電磁線圈位於所述金屬釜內並對稱地設於所述玻璃筒的兩側，所述電磁線圈與所述氣體注入針管的針頭端水平相對。
在優選的實施方式中，所述金屬釜的頂壁設有密封端蓋，所述玻璃筒固設於所述密封端蓋，所述玻璃筒通過所述密封端蓋與所述第一泵相連。
在優選的實施方式中，所述氣體注入針管與所述金屬釜的底壁之間設有密封絲堵。
在優選的實施方式中，所述電磁線圈為半圓形。
在優選的實施方式中，所述電磁線圈外包覆防水層。
本發明還提供一種如上所述的升泡儀的使用方法，其中，所述升泡儀的使用方法包括如下步驟：
步驟a：通過第一泵向金屬釜內充滿水直至所述金屬釜內的壓力為第一設定壓力，再通過所述第一泵以第二設定壓力向玻璃筒內注入原油，並在所述玻璃筒內形成油水界面，所述第二設定壓力大於所述第一設定壓力；
步驟b：通過第二泵以第三設定壓力向氣體注入針管泵入氣體，所述第三設定壓力大於所述第一設定壓力且小於所述第二設定壓力；
步驟c：開通控制器，使兩個電磁線圈產生交替電磁場，直至所述氣體注入針管的針頭端產生的氣泡在交替電磁場的作用下脫離所述針頭端，再開啟攝像頭進行記錄。
優選的，在所述步驟a中，所述油水界面位於所述氣體注入針管的針頭端的上方。
優選的，在所述步驟a中，所述第二設定壓力比所述第一設定壓力高0.05Mpa。
優選的，在所述步驟b中，所述第三設定壓力比所述第一設定壓力高0.02Mpa。
優選的，在所述步驟b與所述步驟c之間還包括步驟b1，當所述氣體注入針管的針頭端出現肉眼可見的氣泡時，停止所述第二泵。
本發明的升泡儀及其使用方法的特點及優點是：
1、通過第一泵為流體注入提供動力，其以第一設定壓力向金屬釜內注入水，使金屬釜提供高壓環境，並通過第一泵以高於第一設定壓力的第二設定壓力向玻璃筒內注入原油，使原油與水在玻璃筒內生成油水界面，為油氣混相的分析提供模擬環境；
2、通過第二泵以高於第一設定壓力且低於第二設定壓力的第三設定壓力向氣體注入針管中注入氣體，直至氣體注入針管的針頭端出現肉眼可見的氣泡，保證氣泡大小的一致性，使氣泡在原油中走過的行程基本相同，方便進行定量分析；
3、通過在玻璃筒的兩側對稱的設置電磁線圈，使兩個電磁線圈之間產生交替電磁場作用於針頭端，使針頭端發生震蕩，進而控制氣泡脫落，使氣泡脫落受控，保證大小一致的氣泡及時、順利地進入玻璃筒內的原油中，並通過攝像頭進行拍照記錄，以實現氣泡在原油中形態變化的分析，確定油氣最小混相壓力(MMP)的值；
本發明實現了在不同溫度和壓力下，使氣體注入針管的針頭端的氣泡及時地脫落進入玻璃筒內的原油中進行上升，保證氣泡大小一致，氣泡脫落受控，保證了試驗的一致性和可重複性，提高了測試精度，排除了人為誤差，解決了升泡過程中氣泡大小不一導致計算結果變化較大的難題，縮短了測量時間，能為油氣混相驅油方式在油田的大規模應用提供了強有力的技術支持和參考數據，進而提高石油採收率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的升泡儀的結構示意圖；
圖2為本發明的升泡儀的使用方法的流程圖。
附圖標號說明：
1光源體，2金屬釜，3玻璃筒，4原油，5水，6油水界面，7第一密封絲堵，8第一電磁線圈，9第三密封絲堵，10第二泵，11密封端蓋，12第一泵，13攝像頭，14第二密封絲堵，15第二電磁線圈，16氣泡，17氣體注入針管，18控制器，19電線，20管柱。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施方式一：
如圖1所示，本發明提供一種升泡儀，其中，所述升泡儀包括：金屬釜2，其一側沿豎直方向設有多個攝像頭13，其另一側設有與多個所述攝像頭13相對的光源體1；玻璃筒3，其位於所述金屬釜2內，所述玻璃筒3的上端固設於所述金屬釜2的頂壁並與第一泵12相連，所述玻璃筒3的下端為開口，所述玻璃筒3通過所述開口與所述金屬釜2相連通；氣體注入針管17，其針尾端與第二泵10相連，其針頭端穿過所述金屬釜2的底壁伸入所述玻璃筒3內；兩個電磁線圈，所述電磁線圈與控制器18相連，兩個所述電磁線圈位於所述金屬釜2內並對稱地設於所述玻璃筒3的兩側，所述電磁線圈與所述氣體注入針管17的針頭端水平相對。
具體的，金屬釜2可為圓筒形或長方體形等，玻璃筒3為圓筒形，且金屬釜2和玻璃筒3均為是透明的，以提供觀察氣泡形態變化的可視區域，通過位於金屬釜2外的光源體1能照明位於金屬釜2內的玻璃筒3，進而為攝像頭13記錄玻璃筒3內氣泡16的移動提供透射光源，其中的光源體1可以為一個，也可以為沿豎直方向設置的多個，且多個光源體1可與多個攝像頭13一一對應設置，以提供更加充分的照明效果，攝像頭13也可以根據攝像記錄的需要設置其數量，在此不做限制；在一實施例中，本發明的氣泡儀可放置於恆溫空氣浴裝置內，以為試驗提供所需的溫度條件。
進一步的，所述金屬釜2的頂壁設有密封端蓋11，所述玻璃筒3固設於所述密封端蓋11，所述玻璃筒3通過所述密封端蓋11與所述第一泵12相連，具體的，金屬釜2為密閉的，密封端蓋11緊設於金屬釜2的頂壁的中央，以保證金屬釜2的密封，密封端蓋11上插設管柱20，管柱20的一端與位於金屬釜2外的第一泵12相連，管柱20的另一端與連接於密封端蓋11下方的玻璃筒3內腔相連通，以實現通過玻璃筒3間接向金屬釜2內注入水5，實現金屬釜2內的高壓環境，同時通過第一泵12直接向浸入在高壓環境中的玻璃筒3內注入原油4，當然管柱20也可設有分支管柱，以通過分支管柱直接與金屬釜2內腔相連通，在此不做限制。
進一步的，所述電磁線圈為半圓形，即每個電磁線圈包括一個半圓形邊和一個敞口，兩個電磁線圈分別為第一電磁線圈8和第二電磁線圈15，第一電磁線圈8的敞口與第二電磁線圈15的敞口相對地設置在玻璃筒3的兩側，並同時與氣體注入針管17的針頭端相對，第一電磁線圈8的半圓形邊的中央處連接有電線19，電線19穿出金屬釜2的側壁而連接於控制器18，同時第二電磁線圈15也通過電線19穿出金屬釜2的側壁而連接於控制器18，使控制器18可交替地單獨控制兩個電磁線圈而產生交替電磁場，以使第一電磁線圈8和第二電磁線圈15之間形成的交替電磁場作用於針頭端，使針頭端發生震蕩，進而使針頭端的氣泡16脫離；其中，所述電磁線圈外包覆防水層，該防水層可為特氟龍塗層，當然也可對電磁線圈進行其他防水處理，以防止電磁線圈在金屬釜2內的水中發生漏電現象，同時浸入金屬釜2內的電線19也可作防水處理，例如包覆有防水層。
進一步的，所述氣體注入針管17與所述金屬釜2的底壁之間設有第三密封絲堵9，以保證氣體注入針管17與金屬釜2的接觸處不會發生洩漏，同時，連接第一電磁線圈8與控制器18的電線19在穿過金屬釜2時套設有第一密封絲堵7，連接第二電磁線圈15與控制器18的電線19在穿過金屬釜2時套設有第二密封絲堵14，以實現密封，保證金屬釜2內的高壓環境，避免金屬釜2內的水發生洩漏，造成氣泡16上升過程中的行程不同，使油氣最小混相壓力測試不準確。
本發明實現了在不同溫度和壓力下，使氣體注入針管17的針頭端的氣泡16按照要求的大小進行脫離，脫離受控，且氣泡的大小一致，保持實驗的一致性和可重複性，測試精度高。
實施方式二：
本發明提供一種如實施方式一所述的升泡儀的使用方法，該實施方式中的升泡儀與實施方式一的結構、工作原理和有益效果相同，在此不再贅述。如圖2所示，所述升泡儀的使用方法包括如下步驟：
步驟a：通過第一泵12向金屬釜2內充滿水5直至所述金屬釜2內的壓力為第一設定壓力，再通過所述第一泵12以第二設定壓力向玻璃筒3內注入原油4，並在所述玻璃筒3內形成油水界面6，所述第二設定壓力大於所述第一設定壓力；
步驟b：通過第二泵10以第三設定壓力向氣體注入針管17泵入氣體，所述第三設定壓力大於所述第一設定壓力且小於所述第二設定壓力；
步驟c：開通控制器18，使兩個電磁線圈產生交替電磁場，直至所述氣體注入針管17的針頭端產生的氣泡16在交替電磁場的作用下脫離所述針頭端，再開啟攝像頭13進行記錄。
具體的，在試驗開始前，即在所述步驟a之前，將所有設備的電源接通，通過升泡儀外部設置的恆溫空氣浴裝置設置需要的試驗溫度，然後將第一泵12的工作介質設置為水，通過第一泵12向金屬釜2內注入水5至金屬釜2內的壓力達到第一設定壓力，再將第一泵12的工作介質更換為原油，並將第一泵12設定為恆壓模式，使第一泵12以高於第一設定壓力的第二設定壓力向玻璃筒3內注入原油4至油水界面6，停止第一泵12向金屬釜2內的注入，接著開啟第二泵10，使第二泵10以第三設定壓力向氣體注入針管17內注入氣體，例如CO2或N2，接著開通控制器18，使第一電磁線圈8和第二電磁線圈15產生交替的電磁場，並作用於針頭端使其震蕩，使針頭端的氣泡16在振動中脫落，停止控制器18，當然，如果氣泡16沒有脫落，可以通過調整控制器18，以增加第一電磁線圈8和第二電磁線圈15的磁場強度，直至針頭端的氣泡16脫離再停止控制器18，之後立即開啟攝像頭13，實時採集氣泡16的上升直至消失的圖像，可以通過多次試驗記錄多個氣泡16的上升，通過記錄的多個氣泡16的形態變化，確定油氣最小混相壓力(MMP)。
進一步的，在所述步驟a中，所述油水界面6位於所述氣體注入針管17的針頭端的上方，避免原油4的高壓阻礙氣泡16的脫出，也避免氣泡16剛剛從針頭端脫下時的不穩定而造成試驗不準確。
進一步的，所述第二設定壓力比所述第一設定壓力高0.05Mpa，以保證原油能順利注入具有高壓的玻璃筒3中，且使原油4隻存在於玻璃筒3中，而不會從玻璃筒3的下端開口流出；更進一步的，在所述步驟b中，所述第三設定壓力比所述第一設定壓力高0.02Mpa，且比第二設定壓力低0.03Mpa，使氣體注入針管17中的氣體既不會因金屬釜2內高壓環境而無法進入玻璃筒3，也不會因氣體注入針管17與金屬釜2內太大的壓差而造成氣體迅速地進入玻璃筒3，更不會對氣泡16在原油4中的上升過程產生上升動力，使氣體注入針管17中的氣體在針頭端產生的氣泡16脫出受控，且氣泡16在原油4中上升時行程基本一致，保證了試驗數據的一致性和可重複性。
進一步的，在所述步驟b與所述步驟c之間還包括步驟b1，當所述氣體注入針管17的針頭端出現肉眼可見的氣泡16時，停止所述第二泵10，使試驗過程中的產生的氣泡16大小一致，避免第二泵10一直開啟而向氣體注入針管17內一直注入氣體造成氣泡16變大，進而造成試驗中的氣泡16大小不一，影響測試精度和準確性。
本發明的升泡儀及其使用方法的特點及優點是：
1、通過第一泵12為流體注入提供動力，其以第一設定壓力向金屬釜2內注入水5，使金屬釜2提供高壓環境，並通過第一泵12以高於第一設定壓力的第二設定壓力向玻璃筒3內注入原油，使原油4與水5在玻璃筒3內生成油水界面6，為油氣混相的分析提供模擬環境；
2、通過第二泵10以高於第一設定壓力且低於第二設定壓力的第三設定壓力向氣體注入針管17中注入氣體，直至氣體注入針管17的針頭端出現肉眼可見的氣泡16，保證氣泡16大小的一致性，使氣泡16在原油4中走過的行程基本相同，方便進行定量分析；
3、通過在玻璃筒3的兩側對稱的設置電磁線圈，使兩個電磁線圈之間產生交替電磁場作用於針頭端，使針頭端發生震蕩，進而控制氣泡16脫落，使氣泡16脫落受控，保證大小一致的氣泡16及時、順利地進入玻璃筒3內的原油4中，並通過攝像頭13進行拍照記錄，以實現氣泡16在原油中形態變化的分析，確定油氣最小混相壓力(MMP)的值；
本發明實現了在不同溫度和壓力下，使氣體注入針管17的針頭端的氣泡16及時地脫落進入玻璃筒3內的原油中進行上升，保證氣泡16大小一致，氣泡16脫落受控，保證了試驗的一致性和可重複性，提高了測試精度，排除了人為誤差，解決了升泡過程中氣泡16大小不一導致計算結果變化較大的難題，縮短了測量時間，能為油氣混相驅油方式在油田的大規模應用提供了強有力的技術支持和參考數據，進而提高石油採收率。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。