泡沫驱替模拟实验装置的研制

左光远 曲本权 赵希春 朱江泉

(山东中石大石仪科技有限公司 山东东营)

泡沫驱替模拟实验装置的研制

左光远 曲本权 赵希春 朱江泉

(山东中石大石仪科技有限公司 山东东营)

随着石油开采量的增加,其开采难度越来越大,开采技术应不断提高,而近几年兴起的泡沫驱油技术已被各油田所广泛应用,但其泡沫驱油的实验室设备在我国还刚刚起步,我们在通过调研国内的部分泡驱替设备后,研制了一套较为完善的泡沫驱替实验装置。文章较为详细的介绍了设备的实验流程和设计特点。实现了在实验流程中智能控制气、液的输入比,引入了显微摄像系统,用来观察泡沫的均匀程度、测量泡沫尺寸,并配备了可视在线取样器可在等温等压状态下进行取样。因此,可在取样器内计量泡沫的半衰期,泡沫质量,泡沫密度。

泡沫驱油;显微摄像;在线取样

0 引 言

目前,气体以泡沫形式注入油藏来提高采收率的方法已被全国各个油田所采用。有关泡沫提高采收率技术和泡沫酸化技术的室内实验研究在大部分油田已经开展,对现场施工具有很大的指导意义,但经过调研国内现有的实验设备,发现还不够完善,主要存在以下几个问题:1)形成泡沫的活性水和气体的体积比值无法调节。2)对形成泡沫后进入流程的流体不能在线观察与在线取样。3)对进入驱替模型的泡沫的特性参数无法获得。4)设备功能普遍比较单一,对泡沫作用机理的研究只局限某个方面。针对以上问题,我们研制了这套泡沫驱替实验装置。

1 装置计量原理

泡沫驱替实验为多项流模拟实验,其主要任务是按照工程技术人员设定的实验参数自动调节气、液比或实验压力,通过泡沫发生器形成泡沫后注入实验模型中,利用泡沫的特有性质来驱替实验模型中的残余油,根据提高采收率的状况,为现场施工提供理论依据。该项工作包含以下几项内容:1)利用气体在线流量计和气体在线流量控制器有效而又精确的控制气、液(生成泡沫的活性剂)输入比。2)利用在线取样器取出的泡沫样品计量泡沫半衰期。3)通过在线显微摄像系统观察泡沫均匀度;大致度量泡沫尺寸;泡沫密度。4)精确计量并记录实验场的实验压力。5)估算提高采收率情况。

2 装置系统

装置由气、液输入比控制模块,显微摄像模块,泡沫生成及在线取样模块,流程抽空系统,压力传感器组梯度计量模块,出口计量模块,储液系统,填砂模型系统组成,其组成方框图如1所示。

图1 装置组成框图

2.1 气、液输入比控制模块

气体流量控制模块由气瓶、增压器、压力调节器、气体流量控制器和气体流量计组成,其连接方式详见流程图,工作过程为:气瓶内的实验气体通过气体增压器增压,再经过压力调节器调压到实验压力,计算机通过对气体流量计的采集得到瞬时流量,以采集到的流量为依据控制流量控制器输出的流量使其满足实验设定的气体流量。整个控制过程为闭环控制[1]。液体流量控制模块由计算机和ISCO泵组成,计算机通过串口与ISCO泵进行通讯[2],以此来实现对液体流量的精确控制。

2.2 显微摄像模块

显微摄像[3]模块由计算机、显微摄像系统、图象采集卡、在线泡沫透明高压观察窗和相应应用软件等组成。在线泡沫透明高压观察窗材质为耐高压透明的高分子材料,在泡沫实验过程中,显微摄像系统将拍摄到的显微图像经过放大,在将放大后的图像信号输出到计算机,计算机通过运行应用软件可在显示屏上获得泡沫的放大图象,由此来观察泡沫大小是否均匀,并可度量泡沫尺寸。

2.3 泡沫生成及在线取样模块

泡沫生成及在线取样模块由多孔介子形成的泡沫发生器、高压可视在线取样器组成。在线取样器的材质为高分子透明材料,可承受20 MPa的高压,连接方式详见流程图,非取样时取样器不需要连接在流程上。取样时先将取样器阀门打开并抽空,再关闭阀门并与实验流程连接,打开流程取样口阀门和取样器阀门,进行取样。其中泡沫半衰期以及泡沫密度等均可通过该取样器获得。

2.4 流程抽空系统

流程抽空系统主要由真空泵、隔离容器和相应管线、阀门等组成,实现的功能是实验前对实验模型及流程进行抽空。

2.5 压力传感器组梯度计量模块

该模块由多组并联的压力传感器组构成,每个压力传感器组由高、低、超低三支不同量程的压力传感器通过电磁阀串联连接,计算机通过应用软件采集三支压力传感器的量值,根据压力的大小来控制电磁阀的开与关,并提取测试精度高的压力传感器数值。由于压力传感器组的配置,压力梯度测量法的采用,提高了压力的测量范围和压力的测试精度。从而扩展了泡沫驱替模拟实验装置在常规驱替实验的渗透率测试范围,并提高了渗透率的测试精度。

2.6 储液系统

储液系统由4只并联带活塞的中间容器构成,可盛装4种不同类型的驱替液或用于生成泡沫的活性剂,实验时根据需要通过阀门操作在线选取不同的驱替液进行实验,所有容器被安装在带有流程面板且可移动的小车上,操作方便,使用灵活。

2.7 填砂模型系统

填砂模型系统由两只长1 m,内径为30 mm,耐压40 MPa的填砂管组成。每只填砂管中间带有3个测压点,两只填砂管实验时根据需要可串可并。在泡沫驱替模拟实验装置简易流程图中只绘制出了单根填砂模型的流程图,如图2所示。

图2 泡沫驱替模拟实验装置简易流程图

2.8 出口计量模块

出口计量模块由差压传感器、油水分离管、电子天平和电磁阀以及相应管路流程组成,在进行泡沫驱油实验时,不进行动态的油、气、水计量,只记录实验过程中压力场的变化情况。其原因是大部分实验室泡沫驱油实验,由于受到实验模型的尺寸限制,驱出的液体大多为乳化液体,其油和水很难动态分离,加之泡沫驱油实验,人们往往所关心的是泡沫的驱油效率和油层的压力场变化情况,所以,本套实验装置的泡沫驱油效率的获得,是由实验人员通过对泡沫驱油所驱出的液体经过处理后获得驱油量,再将驱油量输入计算机获得驱油效率。在进行常规驱油实验时,本套实验装置可进行动态的油、水计量,计量方法是采用差压传感器、电子天平、油水分离管和电磁阀巧妙的结合,再通过计算机应用软件采集差压传感器的差压值,依据密度差原理计量出油水分离管中油水界面的高度,根据油水界面的高度计算机发出对油出口电磁阀和水出口电磁阀的开、关控制信号。决定出水或出油。其瞬时出油量和驱替PV倍数即可通过计算机对两台电子天平的数据采集获得。另外,常规驱油建束缚水实验获得饱和油量的方法与上述方法相同,此处对软件的计算方法以及控制过程不在详加论述。

3 技术指标

系统耐压:50 MPa

液体驱替系统工作压力:40 MPa

泡沫生成系统工作压力:20 MPa

气体流量测试精度:0.2%FS;气体流量测试范围:1 ml/min～2 000 ml/min

压力测试精度:0.25%FS(工作压力＞1 MPa);0.1%FS(工作压力＜1 MPa)

温度范围:室温～150℃

4 结束语

本套泡沫驱替模拟实验装置由山东中石大石仪科技有限公司与新疆克拉玛依采油工艺研究院实验所共同研制。该装置测试精度高,测试范围广。即可做泡沫驱油实验又可做岩心的常规流动实验。

[1] 杨亚枫.流量自动控制的设计与实现[J].石油仪器,2002,16(3)

[2] 梁学进.实验设备数据采集应用软件的设计[J].石油仪器,2004,18(4)

[3] 白春艳.把显微镜下的影像搬上屏幕[J].中国教育信息化,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

左光远,男,1957年生,1993年毕业于中国石油大学(东营)电器工程专业,现在中国石油大学(东营)机电装备教学学习总厂,从事仪器仪表开发工作。邮编:257061

2010-06-01编辑:高红霞)