化學驅油用起泡劑體系的泡沫性能測量裝置及其定量評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種化學驅油用起泡劑體系的泡沫性能測量裝置及使用方法，本發(fā)明還公開了一種化學驅油用起泡劑體系泡沫性能的定量評價方法、一種評價起泡劑體系起泡體積衰減情況的方法及一種評價起泡劑體系泡沫攜液穩(wěn)定性的方法。以上方法均用到該泡沫性能測量裝置得到的數據，進而進行評價。本發(fā)明的評價方法適用于起泡劑體系泡沫性能的分析和篩選，通過定量的方式對其進行全面的評定，且該方法簡單、客觀、準確，重復性好，誤差小，具有很好的操作性和實用性，為起泡劑體系的確定提供了科學的理論依據。該評價方法中相關的計算參數可根據實際應用情況進行調整和改變，以適應更多領域的起泡劑體系。
【專利說明】化學驅油用起泡劑體系的泡沬性能測量裝置及其定量評價 方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及化學及化工領域，特別涉及化學驅油用起泡劑體系的泡沫性能測量裝 置及其定量評價方法。

【背景技術】
[0002] 隨著表面活性劑開發(fā)和研究的不斷深入，其應用領域也越來越廣泛。表面活性劑 獨特的泡沫性能被廣泛應用于洗滌劑、化妝品、紡織、礦物浮選及石油天然氣開采等不同領 域。由于泡沫在多孔介質內具有滲流特性，即泡沫堵大不堵小、堵水不堵油的作用，導致泡 沫在高、低滲透層內能均勻推進，因此泡沫具有調剖和驅油作用；同時，泡沫還具有一定的 降低界面張力的作用，因此泡沫能夠提高采收率。近幾年對用于石油原油開采過程中的起 泡劑體系的泡沫性能研究引起了廣大科研人員的關注。
[0003] 評價起泡劑體系的泡沫性能有幾個最為重要的指標：起泡體積、泡沫穩(wěn)定性、泡沫 攜液量和泡沫攜液穩(wěn)定性等。目前泡沫性能的評價方法主要有：傾斜法、攪拌法、氣流法或 振蕩法等，每種方法有對應的評價裝置。這些評價方法雖簡單易行，適用場所廣泛，但這些 評價方法都是定性評價，且評價裝置產生泡沫的方式與泡沫在石油開采過程中的地下儲層 中實際形成方式具有較大差距，評價篩選出來的起泡劑體系很可能不適合泡沫驅油應用。 同時這些裝置存在人為操作及讀數誤差，重復性差，準確度不高等方面的不足，實際指導意 義不大。
[0004] 如今，大部分關于起泡劑體系泡沫性能定量評價的報道中，僅用上述評價方法測 定了泡沫的起泡性和穩(wěn)泡性，其評價結果也僅由兩個指標分別給出。可是，在對比和篩選不 同起泡劑體系的泡沫性能時，還需考察泡沫攜液量及攜液穩(wěn)定性等參數，這就需要同時對 比分析這四個指標，目前的各種評價方法很難同時兼顧到這四個不同指標的綜合效果，這 也是導致現有評價方法準確度不高的原因之一。
[0005] 因此，有必要探究一種能夠更真實地模擬地下儲層中起泡劑體系并測量其泡沫性 能的裝置。同時，為了方便和簡化泡沫性能的表征方法，也有必要開發(fā)一種能夠同時綜合起 泡劑體系更多參數定量評價泡沫性能的方法。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，提供一種自動化程度、準確度 及重復性都高的用于化學驅油用起泡劑體系的泡沫性能測量裝置，包括一控溫箱和計算 機，所述控溫箱內包括通過增壓泵分別與透明泡沫計量容器上端和氣體活塞容器上端相連 的氣體容器；底部分別連有恒速恒壓泵，上部依次通過單向閥、四通、閥門連有多孔介質和 超聲波均化器的氣體活塞容器、起泡劑活塞容器和油活塞容器；還包括用來照射透明泡沫 計量容器中泡沫的兩個光源、用來定時拍攝泡沫和起泡劑溶液圖像的攝像機和用來定時拍 攝泡沫微觀結構的高倍放大攝像機；所述多孔介質和超聲波均化器均與所述透明泡沫計量 容器底部相連，所述透明泡沫計量容器、氣體活塞容器、氣體容器、氣體活塞容器、起泡劑活 塞容器、油活塞容器、多孔介質、超聲波均化器、增壓泵、恒速恒壓泵、光源、控溫箱、攝像機 和高倍放大攝像機都與所述計算機電連接。
[0007] 所述透明泡沫計量容器底部有兩根高出底面的第一電極，側壁間隔設置有用于測 量不同高度泡沫攜液量的第二電極。
[0008] 所述多孔介質中的介質為天然巖心、人造巖心、不同含油飽和度的天然巖心或不 同含油飽和度的人造巖心。
[0009] 本發(fā)明還有一個目的在于提供一種使用上述泡沫性能測量裝置定量評價化學驅 油用起泡劑體系泡沫性能的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)設定控溫箱的溫度，用計算機控制增壓泵向透明泡沫計量容器和氣體活塞容 器中加壓，向起泡劑活塞容器中加入起泡劑溶液；向油活塞容器中加入原油；
[0011] (2)用計算機控制恒速恒壓泵的流速或壓力，使氣體、起泡劑溶液和油分別通過單 向閥，在四通處初步混合形成氣液混合物，該氣液混合物進入多孔介質、或超聲波均化器、 或依次通過多孔介質和超聲波均化器產生泡沫；
[0012] (3)步驟⑵產生的泡沫在透明泡沫計量容器累積，泡沫中攜帶的起泡劑溶液在 透明泡沫計量容器底部析出，通過計算機控制攝像機定時拍攝泡沫和起泡劑溶液的圖像， 通過計算機計算泡沫和起泡劑溶液的體積，然后記錄起泡體積和泡沫攜液量隨時間的變 化。
[0013] (4)步驟⑵產生的泡沫在透明泡沫計量容器累積，通過計算機控制高倍放大攝 像機定時拍攝泡沫的微觀圖像，記錄泡沫的微觀結構及其隨時間的變化。
[0014] 所述恒速恒壓泵的壓力范圍為0_20MPa，流速為0-200mL/min。
[0015] 本發(fā)明還有一個目的在于提供一種化學驅油用起泡劑體系泡沫性能的定量評價 方法，包括以下步驟：
[0016]1)、用權利要求4或5所述泡沫性能測量裝置的使用方法測量出起泡劑體系的起 泡體積隨時間的變化關系，作出泡沫穩(wěn)定性曲線，用多項式對曲線進行擬合，對擬合曲線多 項式進行積分得到泡沫穩(wěn)定指數FSI;
[0017]2)、用權利要求4或5所述泡沫性能測量裝置的使用方法測量出起泡劑體系的泡 沫攜液量隨時間的變化關系，作出泡沫攜液穩(wěn)定性曲線，用多項式對曲線進行擬合，對擬合 曲線多項式進行積分得到泡沫攜液穩(wěn)定指數FLSI;
[0018]3)、根據步驟1)得到泡沫穩(wěn)定指數FSI及步驟2)得到的泡沫攜液穩(wěn)定指數FLSI 按下式計算得出泡沫綜合指數FCI，
[0019]FCI=FSIXFLSI或FCI=(FSIXa) +[FLSIX(1-a)]
[0020] 其中，a為權重系數，取值范圍為〇-1 ;
[0021]FCI越大，起泡劑體系的泡沫性能越好；FCI越小，起泡劑體系的泡沫性能越差。
[0022] 步驟1)中所述泡沫穩(wěn)定性曲線擬合的多項式為：FS(t) =A+Bit+B2t2+?Bntn， 其中n值可以選取1-7之間的整數，以使該泡沫穩(wěn)定性曲線的擬合相關系數大于0. 995 ; 所述泡沫穩(wěn)定指數（FSI)的積分計算方法選用下式中的一種：

【權利要求】
1. 一種化學驅油用起泡劑體系的泡沫性能測量裝置，其特征在于，包括一控溫箱和計 算機，所述控溫箱內包括通過增壓泵分別與透明泡沫計量容器上端和氣體活塞容器上端相 連的氣體容器；底部分別連有恒速恒壓泵，上部依次通過單向閥、四通、閥門連有多孔介質 和超聲波均化器的氣體活塞容器、起泡劑活塞容器和油活塞容器；還包括用來照射透明泡 沫計量容器中泡沫的兩個光源、用來定時拍攝泡沫和起泡劑溶液圖像的攝像機和用來定時 拍攝泡沫微觀結構的高倍放大攝像機；所述多孔介質和超聲波均化器均與所述透明泡沫計 量容器底部相連，所述透明泡沫計量容器、氣體活塞容器、氣體容器、氣體活塞容器、起泡劑 活塞容器、油活塞容器、多孔介質、超聲波均化器、增壓泵、恒速恒壓泵、光源、控溫箱、攝像 機和高倍放大攝像機都與所述計算機電連接。
2. 根據權利要求1所述泡沫性能測量裝置，其特征在于，所述透明泡沫計量容器底部 有兩根高出底面的第一電極，側壁間隔設置有用于測量不同高度泡沫攜液量的第二電極。
3. 根據權利要求1或2所述泡沫性能測量裝置，其特征在于，多孔介質中的介質為天然 巖心、人造巖心、不同含油飽和度的天然巖心或不同含油飽和度的人造巖心。
4. 權利要求1-3任一所述泡沫性能測量裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 設定控溫箱的溫度，用計算機控制增壓泵向透明泡沫計量容器和氣體活塞容器中 加壓，向起泡劑活塞容器中加入起泡劑溶液；向油活塞容器中加入原油； (2) 用計算機控制恒速恒壓泵的流速或壓力，使氣體、起泡劑溶液和油分別通過單向 閥，在四通處初步混合形成氣液混合物，該氣液混合物進入多孔介質、或超聲波均化器、或 依次通過多孔介質和超聲波均化器產生泡沫； (3) 步驟（2)產生的泡沫在透明泡沫計量容器累積，泡沫中攜帶的起泡劑溶液在透明 泡沫計量容器底部析出，通過計算機控制攝像機定時拍攝泡沫和起泡劑溶液的圖像，通過 計算機計算泡沫和起泡劑溶液的體積，然后記錄起泡體積和泡沫攜液量隨時間的變化。 (4) 步驟（2)產生的泡沫在透明泡沫計量容器累積，通過計算機控制高倍放大攝像機 定時拍攝泡沫的微觀圖像，記錄泡沫的微觀結構及其隨時間的變化。
5. 根據權利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述恒速恒壓泵的壓力范圍為 0-20MPa，流速為 0-200mL/min。
6. -種化學驅油用起泡劑體系泡沫性能的定量評價方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 、用權利要求4或5所述泡沫性能測量裝置的使用方法測量出起泡劑體系的起泡體 積隨時間的變化關系，作出泡沫穩(wěn)定性曲線，用多項式對曲線進行擬合，對擬合曲線多項式 進行積分得到泡沫穩(wěn)定指數FSI ; 2) 、用權利要求4或5所述泡沫性能測量裝置的使用方法測量出起泡劑體系的泡沫攜 液量隨時間的變化關系，作出泡沫攜液穩(wěn)定性曲線，用多項式對曲線進行擬合，對擬合曲線 多項式進行積分得到泡沫攜液穩(wěn)定指數FLSI ; 3) 、根據步驟1)得到泡沫穩(wěn)定指數FSI及步驟2)得到的泡沫攜液穩(wěn)定指數FLSI按下 式計算得出泡沫綜合指數FCI， FCI = FSI X FLSI 或 FCI = (FSI X a ) + [FLSI X (I- a )] 其中，a為權重系數，取值范圍為0-1; FCI越大，起泡劑體系的泡沫性能越好；FCI越小，起泡劑體系的泡沫性能越差。
7. 根據權利要求6所述定量評價方法，其特征在于，步驟1)中所述泡沫穩(wěn)定性曲線擬 合的多項式為：FS(t) = A+Bit+BZ+w^tn，其中n值可以選取1-7之間的整數，以使該泡沫 穩(wěn)定性曲線的擬合相關系數大于0.995 ;所述泡沫穩(wěn)定指數（FSI)的積分計算方法選用下
泡沫穩(wěn)定性時間，可根據實際需要選用衰減至1/5、1/4/、1/3、1/2、2/3、3/4、4/5等的起泡 體積對應的時間。
8. 根據權利要求6所述定量評價方法，其特征在于，步驟2)中所述泡沫攜液穩(wěn) 定性曲線擬合的多項式為：FLS (t) = A+Bit+Bj2+"* Bntn，其中n值可以選取1-7之 間的整數，以使該泡沫攜液穩(wěn)定性曲線的擬合相關系數大于0.995;所述泡沫攜液
實際需要選用衰減至1/5、1/4/、1/3、1/2、2/3、3/4、4/5等的泡沫攜液量對應的時間。
9. 一種評價起泡劑體系起泡體積衰減情況的方法，其特征在于，對權利要求7所述的 泡沫穩(wěn)定性曲線求一階導數FS(t)'，以FS(t)'為縱坐標，以時間為橫坐標作圖，得到起 泡體積衰減曲線，根據曲線變化趨勢分析泡沫體積在一段時間內破裂速度快慢；所述起泡 體積衰減曲線越平緩，起泡劑體系起泡體積衰減越緩慢，所述起泡體積衰減曲線起伏越大， 起泡劑體系起泡體積衰減越迅速。
10. -種評價起泡劑體系泡沫攜液穩(wěn)定性的方法，其特征在于，對權利要求8所述的 泡沫攜液穩(wěn)定性曲線求一階導數FLS(t)'，以FLS(tV為縱坐標，以時間為橫坐標作圖， 得到泡沫攜液量衰減曲線，根據曲線變化趨勢分析泡沫攜液量在一段時間內的衰減速度快 慢；所述泡沫攜液量衰減曲線越平緩，起泡劑體系的泡沫攜液量衰減速度越慢，泡沫攜液穩(wěn) 定性越高，所述泡沫攜液量衰減曲線起伏越大，起泡劑體系的泡沫攜液量衰減速度越快，泡 沫攜液穩(wěn)定性越低。
【文檔編號】G01N21/84GK104330409SQ201410612751
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】劉宏生, 韓培慧, 陳廣宇, 孫剛, 陳國 , 高淑玲, 楊莉, 潘峰, 崔長玉, 魏長清 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 大慶油田有限責任公司