泡沫驅(qū)替模擬實驗裝置的研制

左光遠 曲本權(quán) 趙希春 朱江泉

(山東中石大石儀科技有限公司 山東東營)

泡沫驅(qū)替模擬實驗裝置的研制

左光遠 曲本權(quán) 趙希春 朱江泉

(山東中石大石儀科技有限公司 山東東營)

隨著石油開采量的增加,其開采難度越來越大,開采技術(shù)應(yīng)不斷提高,而近幾年興起的泡沫驅(qū)油技術(shù)已被各油田所廣泛應(yīng)用,但其泡沫驅(qū)油的實驗室設(shè)備在我國還剛剛起步,我們在通過調(diào)研國內(nèi)的部分泡驅(qū)替設(shè)備后,研制了一套較為完善的泡沫驅(qū)替實驗裝置。文章較為詳細的介紹了設(shè)備的實驗流程和設(shè)計特點。實現(xiàn)了在實驗流程中智能控制氣、液的輸入比,引入了顯微攝像系統(tǒng),用來觀察泡沫的均勻程度、測量泡沫尺寸,并配備了可視在線取樣器可在等溫等壓狀態(tài)下進行取樣。因此,可在取樣器內(nèi)計量泡沫的半衰期,泡沫質(zhì)量,泡沫密度。

泡沫驅(qū)油;顯微攝像;在線取樣

0 引 言

目前,氣體以泡沫形式注入油藏來提高采收率的方法已被全國各個油田所采用。有關(guān)泡沫提高采收率技術(shù)和泡沫酸化技術(shù)的室內(nèi)實驗研究在大部分油田已經(jīng)開展,對現(xiàn)場施工具有很大的指導(dǎo)意義,但經(jīng)過調(diào)研國內(nèi)現(xiàn)有的實驗設(shè)備,發(fā)現(xiàn)還不夠完善,主要存在以下幾個問題:1)形成泡沫的活性水和氣體的體積比值無法調(diào)節(jié)。2)對形成泡沫后進入流程的流體不能在線觀察與在線取樣。3)對進入驅(qū)替模型的泡沫的特性參數(shù)無法獲得。4)設(shè)備功能普遍比較單一,對泡沫作用機理的研究只局限某個方面。針對以上問題,我們研制了這套泡沫驅(qū)替實驗裝置。

1 裝置計量原理

泡沫驅(qū)替實驗為多項流模擬實驗,其主要任務(wù)是按照工程技術(shù)人員設(shè)定的實驗參數(shù)自動調(diào)節(jié)氣、液比或?qū)嶒瀴毫?通過泡沫發(fā)生器形成泡沫后注入實驗?zāi)Ｐ椭?利用泡沫的特有性質(zhì)來驅(qū)替實驗?zāi)Ｐ椭械臍堄嘤?根據(jù)提高采收率的狀況,為現(xiàn)場施工提供理論依據(jù)。該項工作包含以下幾項內(nèi)容:1)利用氣體在線流量計和氣體在線流量控制器有效而又精確的控制氣、液(生成泡沫的活性劑)輸入比。2)利用在線取樣器取出的泡沫樣品計量泡沫半衰期。3)通過在線顯微攝像系統(tǒng)觀察泡沫均勻度;大致度量泡沫尺寸;泡沫密度。4)精確計量并記錄實驗場的實驗壓力。5)估算提高采收率情況。

2 裝置系統(tǒng)

裝置由氣、液輸入比控制模塊,顯微攝像模塊,泡沫生成及在線取樣模塊,流程抽空系統(tǒng),壓力傳感器組梯度計量模塊,出口計量模塊,儲液系統(tǒng),填砂模型系統(tǒng)組成,其組成方框圖如1所示。

圖1 裝置組成框圖

2.1 氣、液輸入比控制模塊

氣體流量控制模塊由氣瓶、增壓器、壓力調(diào)節(jié)器、氣體流量控制器和氣體流量計組成,其連接方式詳見流程圖,工作過程為:氣瓶內(nèi)的實驗氣體通過氣體增壓器增壓,再經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)器調(diào)壓到實驗壓力,計算機通過對氣體流量計的采集得到瞬時流量,以采集到的流量為依據(jù)控制流量控制器輸出的流量使其滿足實驗設(shè)定的氣體流量。整個控制過程為閉環(huán)控制[1]。液體流量控制模塊由計算機和ISCO泵組成,計算機通過串口與ISCO泵進行通訊[2],以此來實現(xiàn)對液體流量的精確控制。

2.2 顯微攝像模塊

顯微攝像[3]模塊由計算機、顯微攝像系統(tǒng)、圖象采集卡、在線泡沫透明高壓觀察窗和相應(yīng)應(yīng)用軟件等組成。在線泡沫透明高壓觀察窗材質(zhì)為耐高壓透明的高分子材料,在泡沫實驗過程中,顯微攝像系統(tǒng)將拍攝到的顯微圖像經(jīng)過放大,在將放大后的圖像信號輸出到計算機,計算機通過運行應(yīng)用軟件可在顯示屏上獲得泡沫的放大圖象,由此來觀察泡沫大小是否均勻,并可度量泡沫尺寸。

2.3 泡沫生成及在線取樣模塊

泡沫生成及在線取樣模塊由多孔介子形成的泡沫發(fā)生器、高壓可視在線取樣器組成。在線取樣器的材質(zhì)為高分子透明材料,可承受20 MPa的高壓,連接方式詳見流程圖,非取樣時取樣器不需要連接在流程上。取樣時先將取樣器閥門打開并抽空,再關(guān)閉閥門并與實驗流程連接,打開流程取樣口閥門和取樣器閥門,進行取樣。其中泡沫半衰期以及泡沫密度等均可通過該取樣器獲得。

2.4 流程抽空系統(tǒng)

流程抽空系統(tǒng)主要由真空泵、隔離容器和相應(yīng)管線、閥門等組成,實現(xiàn)的功能是實驗前對實驗?zāi)Ｐ图傲鞒踢M行抽空。

2.5 壓力傳感器組梯度計量模塊

該模塊由多組并聯(lián)的壓力傳感器組構(gòu)成,每個壓力傳感器組由高、低、超低三支不同量程的壓力傳感器通過電磁閥串聯(lián)連接,計算機通過應(yīng)用軟件采集三支壓力傳感器的量值,根據(jù)壓力的大小來控制電磁閥的開與關(guān),并提取測試精度高的壓力傳感器數(shù)值。由于壓力傳感器組的配置,壓力梯度測量法的采用,提高了壓力的測量范圍和壓力的測試精度。從而擴展了泡沫驅(qū)替模擬實驗裝置在常規(guī)驅(qū)替實驗的滲透率測試范圍,并提高了滲透率的測試精度。

2.6 儲液系統(tǒng)

儲液系統(tǒng)由4只并聯(lián)帶活塞的中間容器構(gòu)成,可盛裝4種不同類型的驅(qū)替液或用于生成泡沫的活性劑,實驗時根據(jù)需要通過閥門操作在線選取不同的驅(qū)替液進行實驗,所有容器被安裝在帶有流程面板且可移動的小車上,操作方便,使用靈活。

2.7 填砂模型系統(tǒng)

填砂模型系統(tǒng)由兩只長1 m,內(nèi)徑為30 mm,耐壓40 MPa的填砂管組成。每只填砂管中間帶有3個測壓點,兩只填砂管實驗時根據(jù)需要可串可并。在泡沫驅(qū)替模擬實驗裝置簡易流程圖中只繪制出了單根填砂模型的流程圖,如圖2所示。

圖2 泡沫驅(qū)替模擬實驗裝置簡易流程圖

2.8 出口計量模塊

出口計量模塊由差壓傳感器、油水分離管、電子天平和電磁閥以及相應(yīng)管路流程組成,在進行泡沫驅(qū)油實驗時,不進行動態(tài)的油、氣、水計量,只記錄實驗過程中壓力場的變化情況。其原因是大部分實驗室泡沫驅(qū)油實驗,由于受到實驗?zāi)Ｐ偷某叽缦拗?驅(qū)出的液體大多為乳化液體,其油和水很難動態(tài)分離,加之泡沫驅(qū)油實驗,人們往往所關(guān)心的是泡沫的驅(qū)油效率和油層的壓力場變化情況,所以,本套實驗裝置的泡沫驅(qū)油效率的獲得,是由實驗人員通過對泡沫驅(qū)油所驅(qū)出的液體經(jīng)過處理后獲得驅(qū)油量,再將驅(qū)油量輸入計算機獲得驅(qū)油效率。在進行常規(guī)驅(qū)油實驗時,本套實驗裝置可進行動態(tài)的油、水計量,計量方法是采用差壓傳感器、電子天平、油水分離管和電磁閥巧妙的結(jié)合,再通過計算機應(yīng)用軟件采集差壓傳感器的差壓值,依據(jù)密度差原理計量出油水分離管中油水界面的高度,根據(jù)油水界面的高度計算機發(fā)出對油出口電磁閥和水出口電磁閥的開、關(guān)控制信號。決定出水或出油。其瞬時出油量和驅(qū)替PV倍數(shù)即可通過計算機對兩臺電子天平的數(shù)據(jù)采集獲得。另外,常規(guī)驅(qū)油建束縛水實驗獲得飽和油量的方法與上述方法相同,此處對軟件的計算方法以及控制過程不在詳加論述。

3 技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)耐壓:50 MPa

液體驅(qū)替系統(tǒng)工作壓力:40 MPa

泡沫生成系統(tǒng)工作壓力:20 MPa

氣體流量測試精度:0.2%FS;氣體流量測試范圍:1 ml/min～2 000 ml/min

壓力測試精度:0.25%FS(工作壓力＞1 MPa);0.1%FS(工作壓力＜1 MPa)

溫度范圍:室溫～150℃

4 結(jié)束語

本套泡沫驅(qū)替模擬實驗裝置由山東中石大石儀科技有限公司與新疆克拉瑪依采油工藝研究院實驗所共同研制。該裝置測試精度高,測試范圍廣。即可做泡沫驅(qū)油實驗又可做巖心的常規(guī)流動實驗。

[1] 楊亞楓.流量自動控制的設(shè)計與實現(xiàn)[J].石油儀器,2002,16(3)

[2] 梁學(xué)進.實驗設(shè)備數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件的設(shè)計[J].石油儀器,2004,18(4)

[3] 白春艷.把顯微鏡下的影像搬上屏幕[J].中國教育信息化,2007,13(12)

PI,2010,24(6):24～25,28

With the increase of oil excavation,it′s more and more difficult to exploit and the exploit technology should continue to be improved.The foam flooding technology which is rising in recent years has been widely used by the oilfields,but the laboratory equipment of the foam flooding has just started in China.After researching the part of the foam displacement experimental device at home and abroad,we developed a more perfect foam displacement experimental device.This article describes the equipment processes and the design features of the device in detail.The devices can control the gas and liquid input ratio in the experimental process intelligently.The microscope camera system introduced in the equipment can observe the uniformity of the foam and measure the foam size.The online visual sampler equipped can take samples under the Isothermal and Isobaric condition.So the half-life of the foam,foam quality and the foam density can be measured in the sample.

Key words:foam flooding;microimaging;online sampling

Development of the foam displacement simu-lation device.

Zuo Guangyuan,Qu Benquan,Zhao Xichun and Zhu Jiangquan.

TE35

B

1004-9134(2010)06-0024-02

左光遠,男,1957年生,1993年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(東營)電器工程專業(yè),現(xiàn)在中國石油大學(xué)(東營)機電裝備教學(xué)學(xué)習(xí)總廠,從事儀器儀表開發(fā)工作。郵編:257061

2010-06-01編輯:高紅霞)