左光遠(yuǎn) 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(yíng))

泡沫驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)裝置的研制

左光遠(yuǎn) 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(yíng))

隨著石油開(kāi)采量的增加,其開(kāi)采難度越來(lái)越大,開(kāi)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(shí)驗(yàn)室設(shè)備在我國(guó)還剛剛起步,我們?cè)谕ㄟ^(guò)調(diào)研國(guó)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(shí)驗(yàn)裝置。文章較為詳細(xì)的介紹了設(shè)備的實(shí)驗(yàn)流程和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)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(lái)觀察泡沫的均勻程度、測(cè)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(jìn)行取樣。因此,可在取樣器內(nèi)計(jì)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(lái)提高采收率的方法已被全國(guó)各個(gè)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(shí)驗(yàn)研究在大部分油田已經(jīng)開(kāi)展,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有很大的指導(dǎo)意義,但經(jīng)過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,發(fā)現(xiàn)還不夠完善,主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題:1)形成泡沫的活性水和氣體的體積比值無(wú)法調(diào)節(jié)。2)對(duì)形成泡沫后進(jìn)入流程的流體不能在線觀察與在線取樣。3)對(duì)進(jìn)入驅(qū)替模型的泡沫的特性參數(shù)無(wú)法獲得。4)設(shè)備功能普遍比較單一,對(duì)泡沫作用機(jī)理的研究只局限某個(gè)方面。針對(duì)以上問(wèn)題,我們研制了這套泡沫驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置。

1 裝置計(jì)量原理

泡沫驅(qū)替實(shí)驗(yàn)為多項(xiàng)流模擬實(shí)驗(yàn),其主要任務(wù)是按照工程技術(shù)人員設(shè)定的實(shí)驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)氣、液比或?qū)嶒?yàn)壓力,通過(guò)泡沫發(fā)生器形成泡沫后注入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?利用泡沫的特有性質(zhì)來(lái)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械臍堄嘤?根據(jù)提高采收率的狀況,為現(xiàn)場(chǎng)施工提供理論依據(jù)。該項(xiàng)工作包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容:1)利用氣體在線流量計(jì)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(jì)量泡沫半衰期。3)通過(guò)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(jì)量并記錄實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)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(jì)量模塊,出口計(jì)量模塊,儲(chǔ)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(jì)組成,其連接方式詳見(jiàn)流程圖,工作過(guò)程為:氣瓶?jī)?nèi)的實(shí)驗(yàn)氣體通過(guò)氣體增壓器增壓,再經(jīng)過(guò)壓力調(diào)節(jié)器調(diào)壓到實(shí)驗(yàn)壓力,計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)氣體流量計(jì)的采集得到瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)設(shè)定的氣體流量。整個(gè)控制過(guò)程為閉環(huán)控制[1]。液體流量控制模塊由計(jì)算機(jī)和ISCO泵組成,計(jì)算機(jī)通過(guò)串口與ISCO泵進(jìn)行通訊[2],以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算機(jī)、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(shí)驗(yàn)過(guò)程中,顯微攝像系統(tǒng)將拍攝到的顯微圖像經(jīng)過(guò)放大,在將放大后的圖像信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用軟件可在顯示屏上獲得泡沫的放大圖象,由此來(lái)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(jiàn)流程圖,非取樣時(shí)取樣器不需要連接在流程上。取樣時(shí)先將取樣器閥門打開(kāi)并抽空,再關(guān)閉閥門并與實(shí)驗(yàn)流程連接,打開(kāi)流程取樣口閥門和取樣器閥門,進(jìn)行取樣。其中泡沫半衰期以及泡沫密度等均可通過(guò)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(shí)現(xiàn)的功能是實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傲鞒踢M(jìn)行抽空。

2.5 壓力傳感器組梯度計(jì)量模塊

該模塊由多組并聯(lián)的壓力傳感器組構(gòu)成,每個(gè)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(guò)電磁閥串聯(lián)連接,計(jì)算機(jī)通過(guò)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(lái)控制電磁閥的開(kāi)與關(guān),并提取測(cè)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(cè)量法的采用,提高了壓力的測(cè)量范圍和壓力的測(cè)試精度。從而擴(kuò)展了泡沫驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)裝置在常規(guī)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的滲透率測(cè)試范圍,并提高了滲透率的測(cè)試精度。

2.6 儲(chǔ)液系統(tǒng)

儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)需要通過(guò)閥門操作在線選取不同的驅(qū)替液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所有容器被安裝在帶有流程面板且可移動(dòng)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(zhǎng)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(gè)測(cè)壓點(diǎn),兩只填砂管實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)需要可串可并。在泡沫驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易流程圖

2.8 出口計(jì)量模塊

出口計(jì)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(jìn)行泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時(shí),不進(jìn)行動(dòng)態(tài)的油、氣、水計(jì)量,只記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中壓力場(chǎng)的變化情況。其原因是大部分實(shí)驗(yàn)室泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn),由于受到實(shí)驗(yàn)?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(dòng)態(tài)分離,加之泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn),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(chǎng)變化情況,所以,本套實(shí)驗(yàn)裝置的泡沫驅(qū)油效率的獲得,是由實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)對(duì)泡沫驅(qū)油所驅(qū)出的液體經(jīng)過(guò)處理后獲得驅(qū)油量,再將驅(qū)油量輸入計(jì)算機(jī)獲得驅(qū)油效率。在進(jìn)行常規(guī)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時(shí),本套實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行動(dòng)態(tài)的油、水計(jì)量,計(jì)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(guò)計(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)發(fā)出對(duì)油出口電磁閥和水出口電磁閥的開(kāi)、關(guān)控制信號(hào)。決定出水或出油。其瞬時(shí)出油量和驅(qū)替PV倍數(shù)即可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)兩臺(tái)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(shí)驗(yàn)獲得飽和油量的方法與上述方法相同,此處對(duì)軟件的計(jì)算方法以及控制過(guò)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(cè)試精度:0.2%FS;氣體流量測(cè)試范圍:1 ml/min～2 000 ml/min

壓力測(cè)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(yǔ)

本套泡沫驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所共同研制。該裝置測(cè)試精度高,測(cè)試范圍廣。即可做泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)又可做巖心的常規(guī)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

[1] 楊亞楓.流量自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].石油儀器,2002,16(3)

[2] 梁學(xué)進(jìn).實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)[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(guó)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(yuǎn),男,1957年生,1993年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(東營(yíng))電器工程專業(yè),現(xiàn)在中國(guó)石油大學(xué)(東營(yíng))機(jī)電裝備教學(xué)學(xué)習(xí)總廠,從事儀器儀表開(kāi)發(fā)工作。郵編:257061

2010-06-01編輯:高紅霞)