專利名稱：高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐酸泡沫發(fā)生和高溫(177°C )高壓(70MPa)泡沫液體動態(tài)性能評價裝置。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣的勘探開發(fā)中，低壓氣井普遍存在，泡沫液體的應(yīng)用逐漸增加，如泡沫酸化、泡沫壓裂、泡沫洗井、泡沫沖砂、泡沫壓井等。目前國內(nèi)外測試泡沫液體性能的設(shè)備主要是毛細(xì)管粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、振動式粘度計(jì)可以測試泡沫液體流變性；地層流體分析儀可以測試泡沫的穩(wěn)定性，而在模擬井底條件的高溫高壓下測試泡沫液體泡沫粒徑分布、半衰期等和動態(tài)濾失、泡沫液體傷害、酸化效果等性能的設(shè)備未見報(bào)道，更沒有聯(lián)合測量上述泡沫性能的設(shè)備。國內(nèi)外對泡沫流體的研究由來已久，但是大部分只是針對常溫常壓下泡沫流體的性能進(jìn)行研究，考慮高溫高壓條件下泡沫性能的研究報(bào)道不多，僅是尚存爭議的泡沫流變性能。專利US6807849，泡沫發(fā)生器和粘度計(jì)泡沫發(fā)生器是泵入定量的液氣，并保持一定的壓力進(jìn)入混合器，混合器產(chǎn)生性能一致的泡沫，在混合器中溫度可控，通過改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測量其在溫度、壓力條件下的粘性和流變性；中國專利《泄流型多點(diǎn)管式粘度計(jì)測定泡沫流變性的方法》，采用定容積發(fā)泡筒的泄流式流動，分段、多點(diǎn)測量泡沫沿泄流管路的流動壓差及溫度，適用于測定在不同的高溫高壓條件下泡沫的流變性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套一種耐酸泡沫發(fā)生和高溫(177°C )高壓(70MPa)泡沫液體動態(tài)性能評價裝置，模擬地層條件，能夠單獨(dú)評價地層溫度、壓力下泡沫液體的流變性、 泡沫質(zhì)量、泡沫傷害等性能，準(zhǔn)確的表征泡沫液體在地層條件下的真實(shí)特性；也可以聯(lián)合測試高溫高壓下泡沫的流變、泡沫質(zhì)量、粒徑分布、半衰期等和動態(tài)濾失、泡沫液體傷害、酸化效果等性能，得到泡沫液體體系對碳酸巖及砂巖地層的增產(chǎn)效果、泡沫液體體系在多孔介質(zhì)中的流體力學(xué)行為等。本發(fā)明所提出的“高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生和動態(tài)評價裝置”將泡沫發(fā)生、動態(tài)評價與地層傷害/酸化評價系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，(1)是一臺可按比例控制液體和氣體的注入量的設(shè)備；( 可以在線測定高溫高壓下泡沫液體泡沫質(zhì)量、泡沫密度、半衰期等性能， 同時測定泡沫液體的流變性、濾失傷害性能的設(shè)備；C3)本發(fā)明裝置分為三套測試系統(tǒng)泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)(最高測試溫度能達(dá)到177°C，最高測試壓力35MPa)、地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)(最高測試溫度能達(dá)到177°C，最高測試壓力70MPa)。本發(fā)明所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置發(fā)生穩(wěn)定泡沫的設(shè)備是泡沫發(fā)生器和循環(huán)泵；測試泡沫液體流變性能的設(shè)備是毛細(xì)管粘度計(jì)；測試泡沫密度、泡沫液體溫度、流量的設(shè)備是流量溫度密度儀；測試泡沫半衰期和泡沫粒徑分布的主要設(shè)備是顯微鏡和攝像頭；測試泡沫濾失、泡沫液體傷害性能的設(shè)備是巖心夾持器和壓力、壓差傳
3感器。上述測試系統(tǒng)中液罐、管線、閥門等均采用哈氏合金，耐酸腐蝕。上述泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)包括帶加熱套儲液罐A、高壓容積式柱塞泵、泡沫發(fā)生器、氮?dú)夤庋b置A和液態(tài)二氧化碳供氣裝置、氮?dú)庠鰤罕谩⒍趸几邏喝莘e式柱塞泵、循環(huán)泵、盤管加熱爐、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、流量溫度密度儀，壓差傳感器A和清洗系統(tǒng)；帶加熱套儲液罐A通過閥門經(jīng)由高壓容積式柱塞泵與泡沫發(fā)生器連通；氮?dú)夤庋b置A通過流量計(jì)，氮?dú)庠鰤罕?、三向閥與泡沫發(fā)生器連接；液態(tài)二氧化碳供氣裝置經(jīng)由二氧化碳高壓容積式柱塞泵三向閥與泡沫發(fā)生器連接；泡沫發(fā)生器與循環(huán)泵連通，循環(huán)泵與盤管加熱爐連接，盤管加熱爐上設(shè)有觀察窗，觀察窗外連接顯微鏡和攝像頭組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；盤管加熱爐與流量溫度密度儀，壓差傳感器A和清洗系統(tǒng)連接。上述地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)包括帶加熱套儲液罐A、高壓容積式柱塞泵相、帶加熱套儲液罐B、流量溫度密度儀、帶加熱套的巖心夾持器和壓差傳感器、圍壓系統(tǒng)和回壓系統(tǒng)；帶加熱套儲液罐A通過閥門，經(jīng)由高壓容積式柱塞泵與帶加熱套儲液罐B相連接后與流量溫度密度儀連接，經(jīng)由閥門與帶加熱裝置的巖心夾持器連接；帶加熱裝置的巖心夾持器和圍壓系統(tǒng)、回壓系統(tǒng)、壓差傳感器A ；壓差傳感器B、壓差傳感器C、壓差傳感器D相連接。聯(lián)合評價系統(tǒng)包括泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)和地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)。上述系統(tǒng)中用于模擬地層環(huán)境溫度的溫控系統(tǒng)包括液罐加熱套、巖心夾持器加熱套、加熱爐、管路加熱套、溫控儀組成，溫度可在常溫 177°C調(diào)節(jié)。上述系統(tǒng)中用于模擬地層環(huán)境壓力的是高壓容積式柱塞泵、氣體增壓泵和調(diào)壓閥等組成，壓力可在常壓 70ΜΙ^調(diào)節(jié)。上述系統(tǒng)中流量溫度密度儀用于實(shí)時在線測定泡沫液體流量、溫度和密度。上述系統(tǒng)中顯微鏡和攝像頭用于測試泡沫半衰期和泡沫粒徑分布。上述系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理均由軟件系統(tǒng)完成，所有高溫高壓及泡沫粒徑和半衰期的測試均由計(jì)算機(jī)的流程圖控制操作，窗口流程圖擊活、輸入、控制、更改操作簡單自動。每一步操作均會彈出提示窗提示，所有數(shù)據(jù)可以被OFFICE軟件調(diào)用。上述系統(tǒng)中控制軟件安裝于計(jì)算機(jī)中，是直觀的操作界面。泡沫液體發(fā)生和動態(tài)性能評價系統(tǒng)控制軟件可以控制液體和氣體的注入量，形成實(shí)驗(yàn)所需要的泡沫質(zhì)量，在軟件上設(shè)置試驗(yàn)溫度，在線測試泡沫流量、溫度、密度等泡沫性能；并可以控制攝像頭拍攝照片，傳輸數(shù)據(jù)，對圖片進(jìn)行分析，從而得到泡沫粒徑分布規(guī)律。軟件測試和分析的數(shù)據(jù)均存儲為 Microsoft Excel 格式。(1)泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)可以單獨(dú)測定在不同的高溫高壓條件下泡沫粒徑分布、泡沫質(zhì)量、泡沫密度，泡沫半衰期、泡沫粘度、流變等性能；( 地層傷害/酸化系統(tǒng)可對不同流體通過巖芯前后的滲透率進(jìn)行測定，從而得到不同流體對地層滲透率的傷害程度； (3)兩套系統(tǒng)聯(lián)合使用，可以評價泡沫類液體在不同的高溫高壓條件下的泡沫粒徑分布、泡沫質(zhì)量、泡沫密度，泡沫半衰期、流變性能和巖心傷害性能。該發(fā)明可以模擬地層條件下的溫度壓力，不僅可以測試泡沫液體的流變性能和粘度，還可以測試泡沫液體的泡沫質(zhì)量、粒徑分布、半衰期等和動態(tài)濾失、泡沫液體傷害、酸化效果等性能。


圖1高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、帶加熱套儲液罐A ;2、氮?dú)夤庋b置A ;3、液態(tài)二氧化碳供氣裝置；4、二氧化碳高壓容積式柱塞泵；5、高壓容積式柱塞泵；6、流量計(jì)；7、氣體增壓泵；8、三向閥；9、 流量溫度密度儀A ;10、泡沫發(fā)生器；11、盤管加熱爐；12、循環(huán)泵；13、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；14、觀察窗；15、壓差傳感器A ;16、壓差傳感器B ;17、壓差傳感器C ;18、壓差傳感器D ;19、流量溫度密度儀B ；20、帶加熱套儲液罐B ；21、氣動液壓泵；22、氮?dú)夤庋b置B ;23、回壓系統(tǒng)；24、 帶加熱套的巖心夾持器；25、圍壓系統(tǒng)；26、清洗系統(tǒng)。圖2泡沫液體溫度、密度、流變性能和半衰期測試流程圖。圖3泡沫液體粒徑分布測試分析流程圖。具體實(shí)施方法實(shí)施例1所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置由泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)和地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成；泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)包括帶加熱套儲液罐Al、高壓容積式柱塞泵5、泡沫發(fā)生器10、氮?dú)夤庋b置A2和液態(tài)二氧化碳供氣裝置3、氣體增壓泵7、二氧化碳高壓容積式柱塞泵4、循環(huán)泵12、盤管加熱爐11、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13、流量溫度密度儀9，壓差傳感器A15 和清洗系統(tǒng)26 ；帶加熱套儲液罐Al通過閥門經(jīng)由高壓容積式柱塞泵5與泡沫發(fā)生器10連通；氮?dú)夤庋b置A2通過流量計(jì)6，氣體增壓泵7、三向閥8與泡沫發(fā)生器10連接；液態(tài)二氧化碳供氣裝置3經(jīng)由二氧化碳高壓容積式柱塞泵4、三向閥8與泡沫發(fā)生器10連接；泡沫發(fā)生器 10與循環(huán)泵12連通，循環(huán)泵12與盤管加熱爐11連接，盤管加熱爐11上設(shè)有觀察窗14，觀察窗外連接顯微鏡和攝像頭組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13 ；盤管加熱爐11與流量溫度密度儀9， 壓差傳感器A15和清洗系統(tǒng)沈連接。上述地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)包括帶加熱套儲液罐Al、高壓容積式柱塞泵相5、帶加熱套儲液罐B20、流量溫度密度儀19、帶加熱套的巖心夾持器對和壓差傳感器、圍壓系統(tǒng)25和回壓系統(tǒng)23 ；帶加熱套儲液罐Al通過閥門，經(jīng)由高壓容積式柱塞泵5與帶加熱套儲液罐B20相連接后與流量溫度密度儀19連接，經(jīng)由閥門與帶加熱裝置的巖心夾持器對連接；帶加熱套的巖心夾持器和圍壓系統(tǒng)25、回壓系統(tǒng)23、壓差傳感器A15 ；壓差傳感器B16、壓差傳感器 C17、壓差傳感器D18相連接。測試介質(zhì)泡沫酸，配方20 %鹽酸+1 %緩蝕劑+1 %鐵離子穩(wěn)定劑+5 %起泡劑 +2%穩(wěn)泡劑。1、高溫高壓泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)測試(1)將待測液體裝入帶加熱套儲液罐Al，同時利用溫度控制系統(tǒng)加熱到預(yù)設(shè)溫度并恒溫，通過高壓容積式柱塞泵5將液體注滿整個系統(tǒng)管線，再用高壓容積式柱塞泵5將整個系統(tǒng)壓力增加到預(yù)設(shè)壓力值；(2)三向閥8選擇氮?dú)?，將氮?dú)饨?jīng)由流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入增壓泵7注入泡沫發(fā)生器10 ；(3)在注入氮?dú)獾耐瑫r開啟泡沫發(fā)生器10、循環(huán)泵12發(fā)泡，直至由顯微鏡觀測到上下一致的均勻泡沫，且經(jīng)過流量溫度密度儀9時密度顯示達(dá)到預(yù)設(shè)值，則完成發(fā)泡工作；(4)在軟件上設(shè)置盤管加熱爐11溫度為測試值，加熱，泡沫發(fā)生器10和循環(huán)泵12 始終運(yùn)行，保證泡沫的穩(wěn)定性得以動態(tài)維持；(5)當(dāng)溫度達(dá)到測試值時，此時系統(tǒng)壓力達(dá)到測試值，由觀察窗外連接顯微鏡和攝像頭組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13采集測試泡沫流變、泡沫質(zhì)量、泡沫密度，泡沫半衰期、泡沫粘度的泡沫性能。2、地層傷害/酸化評價系統(tǒng)測試(1)將標(biāo)準(zhǔn)鹽水和酸液分別放入帶加熱套儲液罐Al、帶加熱套儲液罐B20中，并預(yù)熱。(2)將1寸巖心裝入帶加熱套的巖心夾持器M中；(3)打開軟件，通過高壓容積式柱塞泵5先將鹽水注入系統(tǒng)，排空帶加熱套的巖心夾持器M兩旁管線；(4)升溫到測試值，輸入環(huán)壓，回壓，正方向注入鹽水，測試巖芯初始滲透率；(5)待測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，在軟件上點(diǎn)擊反向注入酸液，通過泵速計(jì)算注入巖芯酸液的體積；(6)待酸化完成后點(diǎn)擊正向注入鹽水，測試酸化后的滲透率，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，停止試驗(yàn)，得到注酸前后滲透率變化值，即是酸液體系的酸化效果。(7)整個測試過程始終是帶加熱套的巖心夾持器加熱套直接加熱巖心，由軟件控制系統(tǒng)操作。3、泡沫發(fā)生和地層傷害聯(lián)合評價系統(tǒng)測試(1)將標(biāo)準(zhǔn)鹽水放入帶加熱套儲液罐Al中，將1寸巖心裝入帶加熱套的巖心夾持器M中；(2)通過容積式注射泵5先將鹽水注入系統(tǒng)，排空巖心夾持器M兩旁管線；(3)升溫到測試值，輸入環(huán)壓，回壓，正方向注入鹽水，測試巖芯初始滲透率；(4)將泡沫酸液體裝入儲液罐Al中，通過高壓容積式柱塞泵5將液體注滿整個系統(tǒng)管線，再用泵將整個系統(tǒng)壓力增加到預(yù)定值；(5)三向閥8選擇二氧化碳?xì)怏w，通過二氧化碳高壓容積式柱塞泵4將(X)2注入系統(tǒng)；同時開泡沫發(fā)生器10、循環(huán)泵12發(fā)泡，直至由顯微鏡觀測到上下一致的均勻泡沫，且經(jīng)過流量溫度密度儀9時密度顯示達(dá)到預(yù)設(shè)值，則完成發(fā)泡工作；(6)設(shè)置盤管加熱爐11溫度為測試值，加熱，泡沫發(fā)生器10和循環(huán)泵12始終運(yùn)行，保證泡沫的穩(wěn)定性得以動態(tài)維持；(7)當(dāng)溫度達(dá)到測試值時，此時系統(tǒng)壓力達(dá)到測試值，測定泡沫酸的泡沫質(zhì)量、泡沫密度，泡沫半衰期、泡沫粘度等泡沫性能；(8)穩(wěn)定的泡沫酸反方向注入巖心，計(jì)量注入體積為巖心10倍孔隙體積時，停止注入；(9)待酸化完成后點(diǎn)擊正向注入鹽水，測試酸化后的滲透率，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，停止試驗(yàn)，得到注酸前后滲透率變化值，即是泡沫酸體系的酸化效果。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置，其特征在于包括泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)，測試溫度常溫一177°C，測試壓力常壓一35Mpa ；地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)，測試溫度常溫一177°C，測試壓力常壓--70MPa ；泡沫發(fā)生與動態(tài)評價系統(tǒng)包括帶加熱套儲液罐A、高壓容積式柱塞泵、泡沫發(fā)生器、 氮?dú)夤庋b置A和液態(tài)二氧化碳供氣裝置、氣體增壓泵、二氧化碳高壓容積式柱塞泵、循環(huán)泵、盤管加熱爐、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、流量溫度密度儀，壓差傳感器A和清洗系統(tǒng)；帶加熱套儲液罐A通過閥門經(jīng)由高壓容積式柱塞泵與泡沫發(fā)生器連通；氮?dú)夤庋b置 A通過流量計(jì)，氣體增壓泵、三向閥與泡沫發(fā)生器連接；液態(tài)二氧化碳供氣裝置經(jīng)由二氧化碳高壓容積式柱塞泵三向閥與泡沫發(fā)生器連接；泡沫發(fā)生器與循環(huán)泵連通，循環(huán)泵與盤管加熱爐連接，盤管加熱爐上設(shè)有觀察窗，觀察窗外連接顯微鏡和攝像頭組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；盤管加熱爐與流量溫度密度儀，壓差傳感器A和清洗系統(tǒng)連接；上述地層傷害/酸化評價試驗(yàn)系統(tǒng)包括帶加熱套儲液罐A、高壓容積式柱塞泵相、帶加熱套儲液罐B、流量溫度密度儀、帶加熱套的巖心夾持器和壓差傳感器、圍壓系統(tǒng)和回壓系統(tǒng)；帶加熱套儲液罐A通過閥門，經(jīng)由高壓容積式柱塞泵與帶加熱套儲液罐B相連接后與流量溫度密度儀連接，經(jīng)由閥門與帶加熱裝置的巖心夾持器連接；帶加熱裝置的巖心夾持器和圍壓系統(tǒng)、回壓系統(tǒng)、壓差傳感器A ；壓差傳感器B、壓差傳感器C、壓差傳感器D相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置，其特征在于上述系統(tǒng)中用于模擬地層環(huán)境溫度的溫控系統(tǒng)包括液罐加熱套、巖心夾持器加熱套、加熱爐、管路加熱套、溫控儀，溫度可在常溫 177°C調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置，其特征在于上述系統(tǒng)中用于模擬地層環(huán)境壓力的是高壓容積式柱塞泵、氣體增壓泵和調(diào)壓閥，壓力可在常壓 70ΜΙ^調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置，其特征在于上述系統(tǒng)中流量溫度密度儀用于實(shí)時在線測定泡沫液體流量、溫度和密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置，其特征在于上述系統(tǒng)所有的泡沫液體流量、溫度和密度在線測定、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理均由軟件系統(tǒng)完成，所有高溫高壓的操作均由計(jì)算機(jī)的流程圖控制操作，窗口流程圖擊活、輸入、控制、更改操作自動，每一步操作均會彈出提示窗提示，所有數(shù)據(jù)被OFFICE軟件調(diào)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置，其特征在于上述系統(tǒng)所述泡沫粒徑分布在線測定、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理均由軟件系統(tǒng)完成，所有操作均由計(jì)算機(jī)的流程圖控制操作，窗口流程圖擊活、輸入、控制、更改操作自動，每一步操作均會彈出提示窗提示，所有數(shù)據(jù)被OFFICE軟件調(diào)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫高壓耐酸型泡沫發(fā)生與動態(tài)評價裝置；帶加熱套儲液罐A與泡沫發(fā)生器連通；氮?dú)夤庋b置A與泡沫發(fā)生器連接；液態(tài)二氧化碳供氣裝置與泡沫發(fā)生器連接；泡沫發(fā)生器與盤管加熱爐連接，盤管加熱爐上設(shè)有觀察窗，觀察窗外連接顯微鏡和攝像頭組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；盤管加熱爐與流量溫度密度儀，壓差傳感器A和清洗系統(tǒng)連接；帶加熱套儲液罐A與帶加熱套儲液罐B相連接后與帶加熱裝置的巖心夾持器連接；帶加熱裝置的巖心夾持器和圍壓系統(tǒng)、回壓系統(tǒng)、壓差傳感器相連接；該發(fā)明可以模擬地層條件下的溫度壓力，測試泡沫液體的流變性能和粘度，測試泡沫液體的泡沫質(zhì)量、粒徑分布、半衰期和動態(tài)濾失、泡沫液體傷害、酸化效果等性能。
文檔編號G01N21/84GK102192864SQ201010130488
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者劉友權(quán), 唐永帆, 張永國, 張燕, 王小紅, 石曉松, 陳鵬飛 申請人:中國石油天然氣股份有限公司