专利名称：一种测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置及方法，属于石油化工的技术领域。
背景技术：
泡沫作为ー种良好的驱油剂已逐渐为人们所认识，它能够极大地提高注入流体的视粘度，増加波及面积，对于油水的封堵具有选择性。影响泡沫调剖能力的因素有多种，除泡沫体系的滲透率级差、段塞大小、注入速度、注入方式、含油饱和度等影响因素之外，气相饱和度是影响泡沫调剖能力又一重要影响因素，该參数的大小反应了气体在高低渗 岩心中的残留程度，即气体占据了一定的孔隙空间成为束缚气，从而降低了液相滲透率。并联岩心泡沫驱过程中不同阶段测得的气相饱和度意义不同注泡沫过程中测得的气相饱和度的大小反应了气体在岩心中的驻留状况，即泡沫的封堵程度，且高低渗气相饱和度的大小反应泡沫进入高低渗岩心的程度，从而研究泡沫在高低渗岩心的调剖分流能力大小；后续水驱过程中测得的气相饱和度大小反应了泡沫调剖起到分流作用的有效性。目前对于含油饱和度的測量，以及研究其对泡沫驱的调剖能力影响已经有相应的方法和装置，但是对于并联岩心气相饱和度的测量还没有相应方法及装置。在《石油学报》2007年第4期中，记载了由李兆敏发表的《泡沫封堵及选择性分流实验研究》ー篇文章。该文献提出了采用岩心分流驱替实验装置，研究泡沫对含油、含水并联岩心的分流能力的实验方法。实验过程中记录不同时间下的出ロ液体的分流量，油水并联岩心实验表明，泡沫遇水稳定，遇油稳定性变差，说明泡沫对含油含水岩心具有选择性，实验得出泡沫对高、低渗具有选择封堵性，体现了泡沫具有较好的暂堵分流效果，但是并未提及并联岩心的气相饱和度的測量方法。岩心中含油饱和度和含气饱和度的測量方法有较大的差别，且对泡沫调剖性能的影响机理不同，前者影响泡沫的稳定性，后者反应泡沫的调剖能力，因此目前的实验装置无法测得并联岩心气相饱和度的大小，也无法研究气相饱和度对泡沫调剖性能的影响规律。

发明内容
针对以上的技术不足，本发明提供一种测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置。本发明还提供ー种利用上述装置測量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法。术语解释I.气相饱和度气相饱和度是除了压力、分流量、采收率等宏观量以外的ー个深层次參数，对于理解泡沫渗流机理具有重要的意义，数值上等于岩心中所含气体体积与岩心孔隙体积的比值。2.段塞是指向岩心中注入泡沫前，注入0. IP疒0. 3PV的起泡剂溶液作为前置处理液，目的是防止开始注入泡沫时岩心发生气窜。气体通过岩心中的起泡剂溶液段塞时，会在岩心中起泡，形成的泡沫可以抑制气窜的发生。所述PV的物理含义是注入流体的孔隙体积倍数，数值上IPV=IVtl,通常将岩心中的累计注入量換算成PV数，便于分析，例如岩心的孔
I 480 OI.
隙体积VQ=120mL，向岩心中累计注入量为V=480mL，用PV来表示就是「= J^ = 4Pl本发明的技术方案如下一种用于測量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置，包括泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器4、盛放原油的中间容器5、恒温箱23、岩心管10、岩心管11和数据采集系统；所述的岩心管10及岩心管11并联安装在所述的恒温箱23内；所述的泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器4和盛放原油的中间容器5分别通过六通阀9与岩心管10及岩心管11的入口相连；所述的数据采集系统包括分别与计算机22相连的压力传感器16、称重传感器14和称重传感器15，所述的压力传感器16安装在六通阀9处，所述称重传感器14安装在所述的岩心管10的底部，所述称重传感器15安装在所述的岩心管11的底部；所述的压力 传感器16用于监测所述岩心管10及岩心管11入口端的压差，所述的称重传感器14用于监测所述岩心管10内所填装岩心的重量，所述的称重传感器15用于监测所述岩心管11内所填装岩心的重量；所述岩心管10出ロ通过回压阀17与产出液收集器19相连；所述岩心管11出口通过回压阀18与产出液收集器20相连；所述的回压阀17和回压阀18分别与手摇泵21相连。所述的回压阀17和回压阀18受手摇泵21控制压力。根据本发明优选的，所述泡沫发生装置，包括气瓶I、平流泵6、平流泵7、盛放气体的中间容器2、盛放起泡剂溶液的中间容器3和泡沫发生器8 ;所述盛放气体的中间容器2和盛放起泡剂溶液的中间容器3的出料端分别与所述的泡沫发生器8的入口相连，所述平流泵6与盛放气体的中间容器2底部相连，所述平流泵7分别与盛放起泡剂溶液的中间容器3、盛放地层水的中间容器4和盛放原油的中间容器5的底部相连，所述泡沫发生器8通过六通阀9与岩心管10及岩心管11的入口相连。测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法所需条件i在忽略气体在岩心管中的质量；ii起泡剂溶液的密度与地层水的密度相等；ー种利用上述装置測量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法，包括步骤如下(I)模拟油田地层条件将石英砂按照一定配比填制岩心管10及岩心管11 ；(2)利用气测渗透率仪分别測量所述岩心管10及岩心管11的滲透率，称取填砂后的岩心管10及岩心管11的干重分别为myl、my2 ；(3)将填砂后的岩心管10及岩心管11分别抽真空，保持4飞小时；(4)将岩心管10及岩心管11分别饱和地层水调节六通阀9，利用平流泵7将盛放地层水的中间容器4中的地层水驱替至填砂后的并联的岩心管10及岩心管11 ；(5)关闭平流泵7，分别称取填砂后的岩心管10及岩心管11的湿重m' yl、m' y2，根据公式①计算所述各岩心管的孔隙体积VtlV0 ニ My m>
P式中，V。一填砂后的岩心管的孔隙体积，mL ;my—填砂后的岩心管干重，g ；m/ —填砂后的岩心管湿重，g ; P 一地层水的密度，g/cm3 ；(6)利用恒温箱23对填砂后的岩心管10及岩心管11进行加热，恒温至要模拟地层温度，待用；(7)控制手摇泵21，调节回压阀17及回压阀18的压カ至模拟地层压カPh ；(8)打开平流泵7，向并联的岩心管10及岩心管11同时注入起泡剂溶液段塞；(9)測量得到六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カ为P。；打开气瓶1，向中间容器2充气至压カP。；(10)打开平流泵6驱替中间容器2中的气体，气体与起泡剂溶液按体积比I :1混合，经过泡沫发生器8形成泡沫后，经过六通阀9，所述泡沫以I飞ml/min的速度注入岩心管10及岩心管11中，注入泡沫的体积为0. 3飞PV，记录六通阀9处的压力，即并联的岩心管入ロ压カ及并联的岩心管10和岩心管11重量数据；(11)关闭平流泵6;
(12)打开平流泵7，将地层水按I飞ml/min的速度注入并联的岩心管10及岩心管11中，对注入泡沫后的并联的岩心管10及岩心管11进行后续水驱，记录六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カ及并联的岩心管10和岩心管11重量数据利用压カ传感器16采集六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カn个时间点h tn所对应的入口端压カP1 Pn，利用称重传感器12记录岩心管10内n个时间点h tn所对应的质量IH1 mn,利用称重传感器13记录岩心管11内n个时间点h tn所对应的质量m' i m' n ；(13)计算上述n个时间点的岩心管10中的气相饱和度Sgnんニ Tr 1 ’
Sg2 = 71' 2 ，......''' " (n大于等于1)，计算上述n个时间点的岩心管11中
P'hP'^o
的气相饱和度S' p……=^^(1!大于等于I)
P'^QP'P利用上述求解出的并联的岩心管10及岩心管11中的气相饱和度SgnJ' gn，结合时间点对应的注入岩心管中的流体的PVn，其中PVn的物理含义是指注入流体的孔隙体积倍
数绘制关系曲线a和b，其中/X =1—，......,Pl =i~(n大于等于1)，其中V为流
,,0
体注入流速，mL/min。所述关系曲线a、b所在的坐标系的横坐标为注入岩心管10和岩心管11中的流体的PVn、纵坐标为并联的岩心气相饱和度。利用岩心管两端的压カ差，即躯体压差APn，其中AP1=P1-Ph,……,APn=Pn-Ph(n大于等于I)结合时间点对应的注入岩心管中的流体的PVn绘制关系曲线C，其中
厂)レ,I =JJ7~，...... 1 1 ニ~p一(n大于等于I),其中V为流体注入流速，mL/min。所述关
系曲线c所在的坐标系的横坐标为注入岩心管中的流体的PVn、纵坐标为岩心管两端的压カ差APn。其中V为流体注入速度，具体指起泡剂段塞的注入速度、注泡沫速度、后续水驱速度，上述三者速度都相等。根据上述关系曲线a、b和关系曲线c分析在并联岩心中泡沫的分流调剖机理。本发明的优点在于利用本发明所述的装置，能够独立完成实时测量并联岩心泡沫驱替过程中并联岩心的气相饱和度。通过将不同时间点的并联岩心的质量变化转化为各个岩心中气相饱和度的大小，结合流体注入量及并联岩心两端压カ变化，可以分析并联岩心中不同注入量下泡沫的分流调剖情況。


图I为本发明所述测量装置的结构示意图；其中，I、气瓶；2、盛放气体的中间容器；3、盛放起泡剂溶液的中间容器；4、盛放地层水的中间容器；5、盛放原油的中间容器；6、平流泵；7、平流泵；8、泡沫发生器；9、六通阀；10、岩心管；11、岩心管；12、天平；13、天平；14、称重传感器；15、称重传感器；16、压カ传感器；17、回压阀；18、回压阀；19、产出液收集器；20、产出液收集器；21、手摇泵；22、计算机；
23、恒温箱。图2利用本发明所述的测量方法，是并联岩心气相饱度随注入PV变化曲线图；
其中曲线a为并联岩心气相饱和度Sgn和注入岩心管中的流体的PVn的关系曲线；曲线b为并联岩心气相饱和度S' gn和注入岩心管中的流体的PVn的关系曲线；图3为岩心管两端的压カ差，即驱替压差APn和注入岩心管中的流体的PVn的关系曲线C。
具体实施例方式下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但是不限于此。实施例I、如图I所示。一种用于測量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置，包括泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器4、盛放原油的中间容器5、恒温箱23、岩心管10、岩心管11和数据采集系统；所述的岩心管10及岩心管11并联安装在所述的恒温箱23内；所述的泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器4和盛放原油的中间容器5分别通过六通阀9与岩心管10及岩心管11的入口相连；所述的数据采集系统包括分别与计算机22相连的压力传感器16、称重传感器14和称重传感器15，所述的压力传感器16安装在六通阀9处，所述称重传感器14安装在所述的岩心管10的底部，所述称重传感器15安装在所述的岩心管11的底部；所述的压力传感器16用于监测所述岩心管10及岩心管11入口端的压差，所述的称重传感器14用于监测所述岩心管10内所填装岩心的重量，所述的称重传感器15用于监测所述岩心管11内所填装岩心的重量；所述岩心管10出ロ通过回压阀17与产出液收集器19相连。所述岩心管11出口通过回压阀18与产出液收集器20相连；所述的回压阀17和回压阀18分别与手摇泵21相连。所述的回压阀17和回压阀18受手摇泵21控制压力。所述泡沫发生装置，包括气瓶I、平流泵6、平流泵7、盛放气体的中间容器2、盛放起泡剂溶液的中间容器3和泡沫发生器8 ;所述盛放气体的中间容器2和盛放起泡剂溶液的中间容器3的出料端分别与所述的泡沫发生器8的入口相连，所述平流泵6与盛放气体的中间容器2底部相连，所述平流泵7分别与盛放起泡剂溶液的中间容器3、盛放地层水的中间容器4和盛放原油的中间容器5的底部相连，所述泡沫发生器8通过六通阀9与岩心管10及岩心管11的入口相连。
实施例2、測量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法所需条件i在忽略气体在岩心管中的质量；ii起泡剂溶液的密度与地层水的密度相等；ー种利用如实施例I所述装置測量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法，包括步骤如下(I)模拟油田地层条件将石英砂按照一定配比填制岩心管10及岩心管11 ；(2)利用气测渗透率仪分别測量所述岩心管10及岩心管11的滲透率，称取填砂后的岩心管10及岩心管11的干重分别为myl、my2 ；
(3)将填砂后的岩心管10及岩心管11分别抽真空，保持4飞小时；本实施例高渗岩心管10所用的石英砂按质量份数配比100 120目的石英砂20 30份；160 180目的石英砂70 80份。所填制出的岩心管10的渗透率为489 X KT3Iim2，所述岩心管 10 的干重 myl=5582. 0g。本实施例低渗岩心管11所用的石英砂按质量份数配比80-100目的石英砂20 30份；100-120目的石英砂70 80份。所填制出的岩心管11的渗透率为3960 X KT3Iim2，所述岩心管 11 的干重 my2=5607. 0g。(4)将岩心管10及岩心管11分别饱和地层水调节六通阀9，利用平流泵7将盛放地层水的中间容器4中的地层水驱替至填砂后的并联的岩心管10及岩心管11 ；(5)关闭平流泵7，分别称取填砂后的岩心管10及岩心管11的湿重m' yl、m' y2，根据公式①计算所述各岩心管的孔隙体积VtlV0 = m m' '①
P式中，Vtl—填砂后的岩心管的孔隙体积，mL ;my—填砂后的岩心管干重，g ；m/ —填砂后的岩心管湿重，g ; P 一地层水的密度=1. 074g/cm3 ；V1 =HhnHllL
P
5582.0-5452.7=-
1.074= 120.3m!
m\,, -wv2V2=--
P
5607.0-5477.4=-
1.074= 120.7ml(6)利用恒温箱23对填砂后的岩心管10及岩心管11进行加热，恒温至要模拟地层温度70°C，待用；(7)控制手摇泵21，调节回压阀17及回压阀18的压カ至模拟地层压カPh=6MPa ；(8)打开平流泵7，以3mL/min的速度分别向并联岩心管10及11注入0. 2PV起泡剂溶液段塞；(9)測量得到六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カ为Pq=6. 5MPa ;打开气瓶1，向中间容器2充气至压カP。；(10)打开平流泵6驱替中间容器2中的气体，设置I. 5ml/min的速度驱替中间容器2中的气体，将平流泵7的注入速度调整为I. 5mL/min，气体与起泡剂溶液按体积比I :1混合，经过泡沫发生器8形成泡沫后，经过六通阀9，所述泡沫以3ml/min的速度注入并联岩心管10及11中，注入泡沫的体积为4PV，记录六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カ及并联的岩心管10和岩心管11重量数据；(11)关闭平流泵6;(12)打开平流泵7，将地层水按3ml/min的速度注入并联的岩心管10及岩心管11中，对注入泡沫后的并联的岩心管10及岩心管11进行后续水驱，记录六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カ及并联的岩心管10和岩心管11重量数据利用压カ传感器16采集六通阀9处的压力，即并联的岩心管入口压カn个时间点h tn所对应的入口端压カP1 Pn，利用称重传感器12记录岩心管10内n个时间点h tn所对应的质量IH1 mn,利 用称重传感器13记录岩心管11内n个时间点h tn所对应的质量m' I m' n ；(13)计算上述n个时间点的岩心管10中的气相饱和度SgnMV = ^'1 T, 1，
。—P-V0
Sg2 = yl' 2 ’......= myl n (n大于等于1)，计算上述n个时间点的岩心管11中
P-^0P-V0
的气相饱和度S' B S......大于等于丄)。
—P-vO g- P-V0^ P-V0岩心管10和岩心管11基本參数，如表I所示表I :岩心管的基本參数
立がぬ昼 「直径！'长度"！孔隙体积I 10ml/min水测 「水测渗透率 J(cm) (cm)(ml)压差(\1Pa)(10'jim )
_ VNlVlT 10__2.5__60__120.3__0.41__489 _
_ 心介 I I__2.5__60__120.7__0.050 __3960 _记录实验数据，如表2所示表2 n个时间点所对应的PVn、Sgn, S' gn和A Pn值
时间点t(s)PV高渗Sgn低渗APn
_ 71__0.1__0.01__0.00__0.46 _
_141__0.2__0.02__0.00__0.45 _
_212__0.3__0.04__0.01__0.49 _
_283 __0.4__0.05__0.02 __0.50
_354 __0.5__0.07__0.03__0.52 _
_424 __0.6__0.09 __0.04_0.57 _
_495 __0.7__0.10__0.05__0.65 _
566 J 0.8 f 0.11 [ 0.06I= 0.6权利要求
1.一种测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置，其特征在于，该装置包括泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器(4)、盛放原油的中间容器(5)、恒温箱(23)、岩心管(10)、岩心管(11)和数据采集系统；所述的岩心管(10 )及岩心管(11)并联安装在所述的恒温箱(23 )内；所述的泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器(4)和盛放原油的中间容器(5)分别通过六通阀(9)与岩心管(10)及岩心管(11)的入口相连；所述的数据采集系统包括分别与计算机(22)相连的压力传感器(16)、称重传感器(14)和称重传感器(15)，所述的压力传感器(16)安装在六通阀(9)处，所述称重传感器(14)安装在所述的岩心管(10)的底部，所述称重传感器(15)安装在所述的岩心管(11)的底部；所述的压力传感器(16)用于监测所述岩心管(10)及岩心管(11)入口端的压差，所述的称重传感器(14)用于监测所述岩心管(10)内所填装岩心的重量，所述的称重传感器(15)用于监测所述岩心管(11)内所填装岩心的重量；所述岩心管(10)出口通过回压阀(17)与产出液收集器(19)相连。所述岩心管(11)出口通过回压阀(18)与产出液收集器(20)相连；所述的回压阀(17)和回压阀(18)分别与手摇泵(21)相连。所述的回压阀(17)和回压阀(18)受手摇泵(21)控制压力。
2.根据权利要求I所述的一种测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置，其特征在于，所述泡沫发生装置，包括气瓶(I)、平流泵(6)、平流泵(7)、盛放气体的中间容器(2)、盛放起泡剂溶液的中间容器(3)和泡沫发生器(8);所述盛放气体的中间容器(2)和盛放起泡剂溶液的中间容器(3)的出料端分别与所述的泡沫发生器(8)的入口相连，所述平流泵(6)与盛放气体的中间容器(2)底部相连，所述平流泵(7)分别与盛放起泡剂溶液的中间容器(3)、盛放地层水的中间容器(4)和盛放原油的中间容器(5)的底部相连，所述泡沫发生器(8)通过六通阀(9)与岩心管(10)及岩心管(11)的入口相连。
3.一种利用如权利要求I所述装置测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下 (1)模拟油田地层条件将石英砂按照一定配比填制岩心管(10)及岩心管(11)； (2)利用气测渗透率仪分别测量所述岩心管(10)及岩心管(11)的渗透率，称取填砂后的岩心管(10)及岩心管(11)的干重分别为myl、my2 ； (3)将填砂后的岩心管(10)及岩心管(11)分别抽真空，保持4飞小时； (4)将岩心管(10)及岩心管(11)分别饱和地层水调节六通阀(9)，利用平流泵(7)将盛放地层水的中间容器(4)中的地层水驱替至填砂后的并联的岩心管(10)及岩心管(11); (5)关闭平流泵(7)，分别称取填砂后的岩心管(10)及岩心管(11)的湿重m'yl、m' y2，根据公式①计算所述各岩心管的孔隙体积Vtl 式中，Vtl—填砂后的岩心管的孔隙体积，mL ;my—填砂后的岩心管干重，g ；m/ y—填砂后的岩心管湿重，g ； P 一地层水的密度，g/cm3 ； (6)利用恒温箱(23)对填砂后的岩心管(10)及岩心管(11)进行加热，恒温至要模拟地层温度，待用； (7)控制手摇泵(21)，调节回压阀(17)及回压阀(18)的压力至模拟地层压力Ph; (8 )打开平流泵(7 )，向并联的岩心管(10 )及岩心管(11)同时注入起泡剂溶液段塞； (9)测量得到六通阀(9)处的压力，即并联的岩心管入口压力为P。；打开气瓶(1)，向中间容器(2)充气至压力P。； (10)打开平流泵(6)驱替中间容器(2)中的气体，气体与起泡剂溶液按体积比I:1混合，经过泡沫发生器(8)形成泡沫后，经过六通阀(9)，所述泡沫以I飞ml/min的速度注入岩心管(10)及岩心管(11)中，注入泡沫的体积为0. 3飞PV，记录六通阀(9)处的压力，即并联的岩心管入口压力及并联的岩心管(10)和岩心管(11)重量数据； (11)关闭平流泵(6); (12)打开平流泵(7)，将地层水按I飞ml/min的速度注入并联的岩心管(10)及岩心管(11)中，对注入泡沫后的并联的岩心管(10)及岩心管(11)进行后续水驱，记录六通阀(9)处的压力，即并联的岩心管入口压力及并联的岩心管(10)和岩心管(11)重量数据利用压力传感器(16)采集六通阀(9)处的压力，即并联的岩心管入口压力n个时间点对应的入口端压力P1 Pn，利用称重传感器(12)记录岩心管(10)内n个时间点& 、所对应的质量Hi1 mn,利用称重传感器(13)记录岩心管(11)内n个时间点 1^所对应的质量In1 !!^ n ； (13)计算上述n个时间点的岩心管(10)中的气相饱和度
全文摘要
本发明涉及一种测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的装置，主要包括泡沫发生装置、盛放地层水的中间容器、盛放原油的中间容器、恒温箱、并联的岩心管和数据采集系统。利用本发明所述的装置，能够独立完成实时测量并联岩心泡沫驱替过程中并联岩心的气相饱和度。通过将不同时间点的并联岩心的质量变化转化为各个岩心中气相饱和度的大小，结合流体注入量及并联岩心两端压力变化，可以分析并联岩心中不同注入量下泡沫的分流调剖情况。
文档编号G01N5/02GK102809518SQ20121030794
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者李松岩, 李兆敏, 张东, 李宾飞, 张超 申请人:中国石油大学(华东)