一種多孔介質中泡沫穩定性的檢測方法及其專用裝置的製作方法

2023-05-21 05:54:56 2

專利名稱：一種多孔介質中泡沫穩定性的檢測方法及其專用裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫穩定性的檢測裝置及其使用方法，特別涉及一種用於多孔介 質中泡沫穩定性的檢測裝置及其使用方法。
背景技術：
油氣田開發領域經常關注所使用的泡沫體系在多孔介質中的穩定性。目前評價泡 沫穩定性的方法有改進的Bikerman方法、Ross-Miles方法和Waring-Blender方法。其主要操作步驟和表示方法如下1)改進的Bikerman方法是將IOOmL表面活性劑溶液倒入高為50cm的玻璃柱中， 玻璃柱的內徑為2. 5cm。氣體以恆定的流速通過一個玻璃燒結濾板產生泡沫。流動達到平 衡時，穩態的泡沫高度為泡沫外表面到泡沫與溶液界面的距離。停止通入氣體後，測定起泡 劑初始發泡體積至初始發泡體積一半的時間為泡沫半衰期。泡沫的穩定性以泡沫半衰期來表不。2)ROSS-Miles方法該方法是我國日用品和化工產品泡沫檢測和標準方法。採用 2152羅氏泡沫儀(GB/T7162-94 ；IS0696-75)，首先將泡沫儀垂直放置，將管夾套水浴的溫 度穩定在40°C 士0. 5°C。用滴液管注入50mL試液至50mL刻度處此試液預先加熱至40°C。 將滴液管注滿200mL試液，此試液預先加熱至40°C。將滴液管安置到事先預備好的管架上 和刻度管的斷面呈垂直狀，使溶液流到刻度管的中心，滴液管的出口應安置在900mm刻度 線上。打開滴液管的活塞，使溶液流下。當滴液管中的溶液流完時，立即開動秒表，並測定泡 沫高度。同時通過記錄不同時間泡沫的高度，得到泡沫的半衰期，用來表徵泡沫的穩定性。3)Waring-Blender方法是採用一定體積的泡沫劑溶液，加入到Waring-Blender 中，在一定的轉速和時間條件下，攪拌產生泡沫。然後將泡沫轉移到帶有刻度的量筒中，記 錄不同時間，量筒內泡沫體積的變化，得到泡沫的半衰期，表徵泡沫的穩定性。上述改進的Bikerman方法和Ross-Miles方法不能夠測定黏性液體的發泡性能， 而Waring-Blender方法可以對黏性液體的發泡性能進行測定。但是對於Waring-Blender 方法測定的條件對實驗結果影響較大，實驗需要重複測定取平均值。三種方法通過測試泡 沫的半衰期來表徵泡沫的穩定性。但是對於上述不同測定方法，得到的數據結果之間也有 很大的差別。油氣田開發過程中使用的泡沫是存在於多孔介質中，與通常情況下體相泡沫有很 大程度的不同。主要區別在於兩個方面一是在體相泡沫，泡沫中是氣泡與氣泡之間的相互 接觸，而在油藏多孔介質中泡沫除氣泡與氣泡的相互接觸外，還存在氣泡與孔隙壁面的接 觸，氣泡的破滅過程受到孔隙介質的制約；二是在油藏中泡沫的性質受到毛管力的作用，而 體相泡沫不存在毛管力的作用。油藏中泡沫與體相泡沫的區別導致了泡沫特性的不同。而現有的評價方法均沒有考慮油藏孔隙特性對泡沫穩定性的影響，因此評價結果 不能真實地反映多孔介質中泡沫的穩定性。而油氣田開發領域應用的泡沫是在多孔介質中 發揮作用的，需要了解多孔介質中泡沫的穩定性，因此，需要建立能真實準確評價在多孔介質中泡沫穩定性的評價方法和用於該方法的裝置。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於檢測泡沫穩定性的多孔介質模擬裝置。該多孔介質模擬裝置是專用於本發明的多孔介質中泡沫穩定性的檢測裝置，它包 括一柱筒，其中所述柱筒的壁上開設有2對以上的成對插口 ；所述多孔介質模擬裝置還包 括插接在所述成對的插口中的成對電極，每個插口插設一個電極；每對插口或每對電極的 連線經過所述柱筒的圓形橫截面的圓心。上述成對電極有2-6對，優選是5對；所述成對電極在所述柱筒的壁上是上下均勻 分布的。每個插口處的柱筒的壁上設有容納所述電極的保護管。所述柱筒的上端設有可打開的上蓋，所述上蓋上開設有泡沫出口 ；所述柱筒的底 部開設有泡沫進口。述多孔介質中填充粒徑直徑為1 1. 5mm的玻璃微珠。本發明的另一目的在於提供一種檢測多孔介質中的泡沫穩定性的檢測裝置。該檢測裝置包括上述的多孔介質模擬裝置和測定所述多孔介質模擬裝置中的成 對電極之間電阻的電阻測試裝置。上述檢測裝置還包括一平流泵以及與所述柱筒的泡沫進口相連通的泡沫容器；所 述泡沫容器中設置有一能被所述平流泵驅動的活塞，所述平流泵通過驅動所述活塞將所述 泡沫容器中的泡沫輸送到所述柱筒中。上述檢測裝置還包括與所述電阻測試裝置連接的計算機。本發明的又一目的在於提供一種用上述的檢測裝置檢測多孔介質中的泡沫穩定 性的方法。本發明提供的方法包括以下步驟1)打開上述多孔介質模擬裝置的上蓋，向所述多孔介質模擬裝置中填充多孔介 質；向所述泡沫容器內注入待測泡沫；2)啟動上述平流泵將上述步驟1)中的泡沫輸送到所述多孔介質模擬裝置的柱筒 內3)通過上述電阻測試裝置檢測所述多孔介質模擬裝置中不同部位的各成對電極 之間的電阻值；再通過所述計算機將所述電阻測試裝置測定的電阻值數據進行處理分析， 獲得泡沫在所述多孔介質中的穩定性結果。步驟3)中，所述處理分析包括以下步驟採集一段時間內、不同部位的各成對電 極之間的電阻值，然後應用下述公式計算穩定係數Rs ^=^-^><100 公式中，R為某對電極間實時的電阻值，隊為一段時間內不同部位的成對電極間所 測得的最低電阻值，R2為一段時間內不同部位的成對電極間所測得的最高電阻值；當Rs越 接近0或100，說明此處泡沫體系聚集傾向越嚴重，所檢測的泡沫越不穩定；其中，接近0說 明液相聚集，而接近100則說明氣相聚集。本發明的用於檢測泡沫穩定性的多孔介質模擬裝置是專用於本發明泡沫穩定性的檢測裝置的，通過測定上述多孔介質模擬裝置中各成對電極之間的電阻值，從而提供評 價參數，所測定的各成對電極之間的電阻值也即是該對電極處的多孔介質中的該處泡沫的 電阻值。本發明的泡沫穩定性的檢測裝置可測定不同大小及結構的孔隙介質中泡沫的特 性，也可以對常規的泡沫的特性進行測定。本發明的所提供的用於多孔介質中泡沫穩定性 的檢測裝置，適用於石油與天然氣開發及提高採收率過程中的泡沫酸化、泡沫壓裂、泡沫調 剖、泡沫堵水、泡沫驅油過程中使用的泡沫穩定性評價。本發明的評價方法解決了現有方法(上述的Bikerman方法、Ross-Miles方法、 Waring-Blender方法)中均不適用於對多孔介質中泡沫穩定性的檢測技術難題，該方法 通過一定的數據處理方法和評價參數來表徵多孔介質中泡沫的特性，適用於各種液體的泡 沫，並具有較高的穩定性、準確性和真實性。


圖1為本發明實施例1中的多孔介質模擬裝置的結構示意圖。圖2為本發明實施例1中的泡沫穩定性的檢測流程示意圖。圖3為本發明實施例2中的表面活性劑十二烷基硫酸鈉的泡沫在所設定的多孔介 質中的評價結果。圖4為本發明實施例2中的表面活性劑十八烷基三甲基溴化胺的泡沫在所設定的 多孔介質中的評價結果。圖5為本發明實施例2中的表面活性劑烷基聚氧乙烯醚的泡沫在所設定的多孔介 質中的評價結果。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明並不限於以下實施例。下述實施例中，如無特殊說明，均為常規方法。實施例1、用於多孔介質中泡沫穩定性的檢測裝置的製備如圖2所示，一種用於多孔介質中泡沫穩定性的檢測裝置，包括一盛放泡沫的泡 沫容器1、一多孔介質模擬裝置3、一平流泵6，一臺計算機5以及電阻測試裝置4。圖3中的多孔介質模擬裝置3的詳細結構如圖1所示，多孔介質模擬裝置3，包括 一用於容納玻璃微珠和泡沫的柱筒31以及5對成對電極32、33、34、35和36。上述泡沫是 填充於玻璃微珠中的。柱筒31的壁上開設有5對成對插口，每對插口的連線經過柱筒31 的圓形橫截面的圓心；成對電極32、33、34、35和36分別插接在上述成對的插口中。該成對 的插口在柱筒的壁上是上下均勻分布的，即上述成對電極在上述柱筒的壁上也是上下均勻 分布的，在每個插口處的柱筒側壁上均設有容納電極的保護管。電阻測試裝置4可同時檢測5對成對電極32、33、34、35和36間的電阻。柱筒31的上端設有可打開的上蓋，通過該上蓋可將玻璃微珠裝填。該上蓋上開設 有泡沫出口，該泡沫出口可通過管道將泡沫排出。柱筒31的底部還開設有泡沫進口。泡沫容器1的上端設有出口，該出口通過管道與柱筒31的泡沫進口相連通。泡沫 容器1的下端可通過管道與平流泵6連通，泡沫容器1內還設有可上下移動的活塞2，該活塞2可在平流泵6的驅動下向上運動，從而推動泡沫容器1中的泡沫向多孔介質模擬裝置 3的柱筒31中。上述各處連接的管道上均可設置有控制閥。上述計算機5與上述電阻測試裝置4相連，計算機5可對電阻測試裝置4測定的 各對成對電極間的電阻數據進行採集、處理和分析，從而得到泡沫的穩定性。本發明提供的泡沫穩定性的檢測方法，包括以下步驟1)組裝好圖2所示的檢測裝置；2)打開多孔介質模擬裝置3的上蓋，向多孔介質模擬裝置3中填充玻璃微珠；向 泡沫容器1內注入待測泡沫；3)啟動平流泵6將步驟2、中泡沫輸送到多孔介質模擬裝置3的柱筒31內；4)通過電阻測試裝置4檢測多孔介質模擬裝置3中不同部位的各成對電極之間的 電阻值；再通過計算機5將電阻測試裝置4測定的電阻值數據進行處理分析，獲得泡沫在所 述多孔介質中的穩定性結果。步驟4)中，處理分析包括以下步驟採集不同時間、不同部位的各成對電極之間 的電阻值，然後應用下述公式計算穩定係數Rs Rs = H XlOO
K2 ~Κ\公式中，R為某對電極間實時的電阻值，隊為不同時間不同部位的成對電極間所測 得的最低電阻值，R2為不同時間不同部位的成對電極間所測得的最高電阻值；當Rs越接近 0或100，說明此處泡沫體系聚集傾向越嚴重，所檢測的泡沫的越不穩定；其中，接近0說明 液相聚集，而接近100則說明氣相聚集。在檢測過程中，可固定多孔介質填充模型所需的多孔介質，對比測試不同的泡沫 體系；即將填充入多孔介質模擬裝置的多孔介質固定不變，更換不同的泡沫體系進行測試 對比。也可根據不同的測試需求更換不同粒徑的多孔介質。實施例2、多孔介質中泡沫穩定性的評價實驗一、實驗的準備選取3種待檢測液體表面活性劑十二烷基硫酸鈉、十八烷基三甲基溴化胺和烷 基聚氧乙烯醚，其基本性能如表1所示表1表面活性劑基本性能
十二烷基硫十八烷基三烷基聚氧乙
表面活性劑名稱(代號)於從ozr*、由燦，χ*
酸鈉 甲基溴化胺 烯醚表面活性劑類型陰離子型陰離子型陽離子型 有效含量(％) 33 90 70
配製的濃度(wt%)0.250.250.25將上述三種表面活性劑分別配製成質量濃度為0. 25%的溶液，然後測試和評價泡 沫的穩定性。二、多孔介質中泡沫穩定性的檢測及結果分析採用上述實施例1中的泡沫穩定性的檢測裝置，並按照上述實施例1中提供的方 法進行檢測上述步驟一中準備好的三種表面活性劑十二烷基硫酸鈉、十八烷基三甲基溴化胺和烷基聚氧乙烯醚的水溶液形成的泡沫在所設定的多孔介質中的穩定性。本實驗中設定多孔介質時所填充的玻璃微珠粒徑直徑為1 1. 5mm(實驗溫度為 10-40度，壓力不超過IMPa)本實驗中上述實施例1中的泡沫容器中的泡沫是由Waring攪拌器3500轉/min 的條件下攪拌1分鐘獲得的泡沫。整個檢測過程，需測定不同時間段，柱筒內泡沫的不同部位的電阻值，並計算穩定 係數Rs，直至監測到穩定係數Rs趨於0或100 ；所檢測得到的電阻值數據通過計算機根據 實施例1中的評價參數處理模型的公式進行處理分析，並繪製檢測結果圖表。上述評價參 數處理模型中定義泡沫體系的組成中阻值小的流體的相對阻值為0，阻值高的流體的相對 阻值為100 ；當Rs越接近0或100，說明此處泡沫體系聚集傾向越嚴重；其中，接近0說明液 相聚集，而接近100則說明氣相聚集。當Rs開始發生聚集傾向時，則說明所檢測的泡沫的 穩定性開始下降。本發明的多孔介質中泡沫穩定性的評價方法中，可定義穩定係數突變的拐點為多 孔介質中泡沫失去穩定性的節點。定義泡沫注入時刻到泡沫失去穩定性時刻所經歷的時間 為多孔介質中泡沫的有效期。則三種表面活性劑K12、S35和012的檢測結果分別為圖3、圖 4和圖5。圖3-圖5中，A組為成對電極32間的Rs結果，B組為成對電極33間的Rs結果， C組為成對電極34間的Rs結果，D組為成對電極35間的Rs結果，E組為成對電極36間的 Rs結果。本實施例多孔介質模擬裝置中，柱筒31的內徑是56mm，外徑是80mm，高是360mm。 組成每一對電極中的2個電極的水平間距為45mm，每對電極的垂直間距為60mm。如圖3所示，為表面活性劑十二烷基硫酸鈉的泡沫在設定多孔介質中的評價結 果，可見K12在很短時間內就表現出聚集趨勢，並且在垂直方向上梯度分布特徵明顯。如圖4所示，為表面活性劑十八烷基三甲基溴化胺的泡沫在設定多孔介質中的評 價結果，可見穩定性最好，在經歷了 10天測試後只表現出輕微的聚集傾向。如圖5所示，為表面活性劑烷基聚氧乙烯醚的泡沫在設定多孔介質中的評價結 果，可見烷基聚氧乙烯醚大概在1天後開始表現出聚集傾向，但垂直方向上各電極探針測 得的穩定係數變化平緩。評價結果分析如下在多孔介質模型中的不同部位布置的測試電極探針檢測到的 電阻值不同。當泡沫注入後各對電極測試值都驟然降低，然後隨著泡沫放置時間的延長，穩 定性逐漸變化。此時，各對電極測得的穩定係數開始發生變化，由於泡沫破壞後導致氣、液 相分別聚集。氣體聚集的部位，穩定係數會變高，而液體聚集的部位穩定係數降低。通過實 驗數據就可以看到，多孔介質模型的上部氣體聚集程度增加，穩定係數上升，而下部液體聚 集，穩定係數降低。當穩定係數最終趨於平穩後，就標誌著多孔介質中氣體和液體大範圍聚 集，這時候也就可以說多孔介質中的泡沫失效。
權利要求
1.一種用於檢測泡沫穩定性的多孔介質模擬裝置，包括一柱筒，其特徵在於所述柱 筒的壁上開設有2對以上的成對插口；所述多孔介質模擬裝置還包括插接在所述成對的插口中的成對電極，每個插口插設一 個電極；每對插口或每對電極的連線經過所述柱筒的圓形橫截面的圓心。
2.根據權利要求1所述的多孔介質模擬裝置，其特徵在於所述成對電極有2-6對，優 選是5對；所述成對電極在所述柱筒的壁上是上下均勻分布的。
3.根據權利要求1或2所述的多孔介質模擬裝置，其特徵在於每個插口處的柱筒的 壁上設有容納所述電極的保護管。
4.根據權利要求1-3中任一所述的多孔介質模擬裝置，其特徵在於所述柱筒的上端 設有可打開的上蓋，所述上蓋上開設有泡沫出口 ；所述柱筒的底部開設有泡沫進口。
5.根據權利要求1-3中任一所述的多孔介質模擬裝置，其特徵在於所述多孔介質中 填充粒徑直徑為1 1. 5mm的玻璃微珠。
6.一種檢測多孔介質中的泡沫穩定性的檢測裝置，其特徵在於，它包括權利要求1-5 中任一所述的多孔介質模擬裝置和測定所述多孔介質模擬裝置中的成對電極之間電阻的 電阻測試裝置。
7.根據權利要求6所述的檢測裝置，其特徵在於所述檢測裝置還包括一平流泵以及 與所述柱筒的泡沫進口相連通的泡沫容器；所述泡沫容器中設置有一能被所述平流泵驅動 的活塞，所述平流泵通過驅動所述活塞將所述泡沫容器中的泡沫輸送到所述柱筒中。
8.根據權利要求6或7所述的檢測裝置，其特徵在於所述檢測裝置還包括與所述電 阻測試裝置連接的計算機。
9.一種用權利要求6-8中任一所述的檢測裝置檢測多孔介質中的泡沫穩定性的方法， 包括以下步驟1)打開權利要求1-5中任一所述多孔介質模擬裝置的上蓋，向所述多孔介質模擬裝置 中填充多孔介質；向所述泡沫容器內注入待測泡沫；2)啟動權利要求6-8中任一所述平流泵將上述步驟1)中的泡沫輸送到所述多孔介質 模擬裝置的柱筒內；3)通過權利要求6-8中任一所述電阻測試裝置檢測所述多孔介質模擬裝置中不同部 位的各成對電極之間的電阻值；再通過所述計算機將所述電阻測試裝置測定的電阻值數據 進行處理分析，獲得泡沫在所述多孔介質中的穩定性結果。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於步驟3)中，所述處理分析包括以下步驟 採集一段時間內、不同部位的各成對電極之間的電阻值，然後應用下述公式計算穩定係數 Rs R2 ~Rl公式中，R為某對電極間實時的電阻值，R1為一段時間內不同部位的成對電極間所測得 的最低電阻值，R2為一段時間內不同部位的成對電極間所測得的最高電阻值；當Rs越接近 0或100，說明所檢測泡沫聚集傾向越嚴重，所檢測的泡沫越不穩定；其中，接近0說明液相 聚集，而接近100則說明氣相聚集。
全文摘要
本發明公開了一種多孔介質中泡沫穩定性的檢測方法及其專用裝置。本發明的檢測裝置包括多孔介質模擬裝置和測定多孔介質模擬裝置中的成對電極之間電阻的電阻測試裝置。本發明的多孔介質模擬裝置包括一用於容納多孔介質和泡沫的柱筒，和插接在所述不同部位柱筒壁上的成對電極。本發明的泡沫穩定性的檢測裝置和評價方法可測定不同大小及結構的孔隙介質中泡沫的特性，特別適用於石油與天然氣開發及提高採收率過程中的泡沫酸化、泡沫壓裂、泡沫調剖、泡沫堵水、泡沫驅油過程中使用的泡沫穩定性評價。
文檔編號G01N27/07GK102121913SQ20101059360
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者馮國智, 呂鑫, 尤源, 嶽湘安, 張立娟, 楊光, 江建林, 田景文, 高震 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(北京), 中海石油研究中心