一种测量并联岩心泡沫驱气相分流量的装置及方法

摘要

本发明涉及一种测量并联岩心泡沫驱气相分流量的装置，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、岩心管和数据采集系统；所述称重传感器安装在产出液收集器的底部，用于监测所述岩心管出口分液量的重量；广口瓶通过气体计量器与产出液收集器相连。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分流量。通过对并联岩心出口端的产出液进行气液分离，利用特定装置测量并联岩心出口端气相分流量，同时该装置也可以测出并联岩心出口分液量，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在高、低渗透层的调剖分流情况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量并联岩心泡沫驱气相分流量的装置及方法，属于石油化工的技术领 域。

背景技术

泡沫在地层中具有较高的视粘度，遇油消泡、遇水稳定，对油水具有选择性封堵能力， 在含水饱和度较高的部位具有较高的渗流阻力，阻力因子随着渗透率的增加而增加，因而可 以有效封堵中高渗透部位，提高波及系数，同时起泡剂一般都是性能优良的表面活性剂，可 在一定程度上降低油水界面张力。因此，泡沫调驱既可以改善波及效率，也可以提高驱油效 率，是一种很有发展前途的提高采收率方法。目前一般采用液相分流量评价泡沫调驱效果， 该评价措施已经有相应的实验方法和装置，但是对于泡沫调驱过程中气体的分流量还没有相 应的实验方法及装置。

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》一篇文章。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口液体的分流量，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 出口端的气体分流量的测量方法。泡沫调驱过程中，测量并联岩心出口的液体分流量与气体 分流量的意义不同，通过液体分流量可以评价泡沫的暂堵分流效果，通过气体分流量可以分 析泡沫调驱的机理。两者测量方法也有较大差别，液体分流量可以直接测出，由于气体可压 缩，其体积不能直接测得，因此气体分流量的测量则需要一定的实验装置才能实现。

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分流量的装置。

本发明还提供一种利用上述装置测量并联岩心气相分流量的测量方法。

术语解释：

气相分流量：是指泡沫驱过程中，高渗岩心与低渗岩心出口的气体体积。气相分流量是 与液相分流量相对应的一个深层次参数，可以反映气体在高低渗岩心中的驻留情况，对于理 解泡沫调驱机理具有重要的意义。

本发明的技术方案如下：

一种测量并联岩心泡沫驱气相分流量的装置，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27、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27内；所述的泡沫发生装置、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25相连的压力传感器26、称重传感器19和称重传感 器20，所述的压力传感器26安装在六通阀9处，即岩心管10及岩心管11入口端，所述岩 心管10出口通过回压阀13与产出液收集器15相连，所述岩心管11出口通过回压阀14与产 出液收集器16相连；所述的回压阀13和回压阀14分别与手摇泵12相连；所述的回压阀13 和回压阀14受手摇泵12控制压力；所述称重传感器19安装在产出液收集器15的底部，所 述称重传感器20安装在产出液收集器16的底部；所述的压力传感器26用于监测所述岩心管 10及11的入口压力，所述的称重传感器19及20用于监测所述岩心管10及岩心管11出口 分液量的重量；广口瓶23通过气体计量器21与产出液收集器15相连；广口瓶24通过气体 计量器22与产出液收集器16相连。

根据本发明优选的，所述泡沫发生装置，包括气瓶1、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 放原油的中间容器5和盛放地层水的中间容器4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。盛放气体的中间容器2由平流泵6来驱替，盛放起 泡剂溶液的中间容器3由平流泵7来驱替，自中间容器2、3按一定速度驱替出来的气液经过 泡沫发生器8后形成泡沫。

一种利用上述装置测量并联岩心泡沫驱气相分流量的方法，包括步骤如下：

测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法所需条件：起泡剂溶液的密度与地层水的密度相 等；测量并联岩心出口端气相分流量是在标准大气压0.1MPa下测量得到的。

实验准备：

1.对气体计量器进行校零：对气体计量器21和气体计量器22进行校零，调整气体计量 器上方的阀门，关闭通向产出液收集器的阀门，打开通向大气的阀门，然后举高广口瓶至内 部液面与气体计量器内液面相平，且至刻度线为0处。

2.检验产出液收集器、气体计量器、广口瓶三者之间的气密性：首先关闭岩心管出口阀 门，然后举高盛有饱和盐水溶液的广口瓶，广口瓶内液面高度要高于气体计量器中液面，若 高度差恒定不变，则说明装置气密性良好。

（1）模拟油田地层条件：将石英砂按照配比分别填制岩心管10及岩心管11；

（2）利用气测渗透率仪测量所述岩心管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m₁、m₂；

（3）将填砂后的岩心管10及岩心管11抽真空，保持4~5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′₁、m′₂，根据公 式①计算所述各岩心管的孔隙体积V₀

$V_0=\frac{m^{\prime }-m}{\rho }$①

式中，V₀—填砂后的岩心管的孔隙体积，mL；m—填砂后的岩心管干重，g；m′—填 砂后的岩心管湿重，g；ρ—地层水的密度，g/cm³；

（6）利用恒温箱27对填砂后的岩心管10及11进行加热，恒温至要模拟地层温度，待 用；

（7）控制手摇泵12，调节回压阀13及14的压力至模拟地层压力P_h；

（8）打开平流泵7，向并联岩心管10及11同时注入起泡剂溶液段塞；

（9）测量得到并联岩心管入口压力为P₀；打开气瓶1，向中间容器2充气至压力P₀；

（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1：1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1~5ml/min的速度注入并联岩心 管10及岩心管11中，注入泡沫的体积为0.3~6PV，记录六通阀9处的压力，即并联的岩心 管入口压力；

（11）关闭平流泵6；

（12）打开平流泵7，将地层水按1~5ml/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；利用质量传感器19及质量传感器20记录并联的岩心管10、11出口端液 相分流量数据，同时利用气体计量器21及22分别记录并联岩心管10和11出口端气相分流 量数据：

液相分流量数据，沿并联的岩心管10和岩心管11出口端流出的液体分别进入产出液收 集器15及产出液收集器16中，通过天平17称量相同时间间隔下的产出液收集器15的质量， 即岩心管10出口端液相分流质量；通过天平18称量相同时间间隔下的产出液收集器16的质 量，即岩心管11出口端液相分流质量；

气相分流量数据，沿并联的岩心管10和岩心管11出口端流出的气体分别进入气体计量 器21及气体计量器22中，通过调整广口瓶23的高度，使得广口瓶23中的液面高度与气体 计量器21中的液面相平（目的是保证气体计量器21内压差为大气压），记录相同时间间隔下 气体计量器21中液面的读数，即岩心管10出口端的气相分流体积；通过调整广口瓶24的高 度，使得广口瓶24中的液面高度与气体计量器22中的液面相平（目的是保证气体计量器22 内压差为大气压），记录相同时间间隔下气体计量器22中液面的读数，即岩心管11出口端的 气相分流体积；

(13)计算上述n个时间点的并联的岩心管10和岩心管11出口端的液相分流量数据：岩 心管10的出口液相分流质量为M₁，M₂，……M_n，则岩心管10的出口液相分流体积为 （n大于等于1）；岩心管11的出口液相分流质量为 N₁，N₂，……，N_n，则岩心管10的出口液相分流体积为（n大于等于1），将注入岩心管中的流体的PV_n对应并联的岩心管10出口端的液相体积V_ln绘 制关系曲线a，将注入岩心管中的流体的PV_n对应并联的岩心管11出口端的液相体积V′_ln绘制 关系曲线b，其中，PV_n的物理含义是指注入流体的孔隙体积倍数，（n大于等于1），其中V为流体注入流速，mL/min，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；

（14）将注入岩心管中的流体的PV_n对应岩心管10出口端的气相分流体积V_g1， V_g2，……，V_gn绘制关系曲线c，将注入岩心管中的流体的PV_n对应岩心管11出口端的气相 分流体积V′_g1，V′_g2，……，V′_gn绘制关系曲线d；

（15）计算并联岩心管两端的压力差ΔP_n，其中ΔP₁＝P₁-P_h，……，ΔP_n＝P_n-P_h（n大 于等于1）结合时间点对应的注入岩心管中的流体的PV_n绘制关系曲线e。

根据上述关系曲线a-e，分析泡沫在并联岩心中的调剖分流情况。

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 相分流量。通过对并联岩心出口端的产出液进行气液分离，利用特定装置测量并联岩心出口 端气相分流量，同时该装置也可以测出并联岩心出口分液量，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在高、低渗透层的调剖分流情况。

附图说明

图1本发明所述测量装置的结构示意图；

其中，1、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、手摇泵；13、回压阀；14、回压阀；15、产出液收集 器；16、产出液收集器；17、天平；18、天平；19、称重传感器；20、称重传感器；21、气 体计量器；22、气体计量器；23、广口瓶；24、广口瓶；25、计算机；26、压力传感器；27， 恒温箱。

图2是将注入岩心管中的流体的PV_n对应并联的岩心管10出口端的液相体积V_ln绘制关 系曲线a，将注入岩心管中的流体的PV_n对应并联的岩心管11出口端的液相体积V′_ln绘制关系 曲线b；

图3是将注入岩心管中的流体的PV_n对应岩心管10出口端的气相体积V_g1，V_g2，……， V_gn绘制关系曲线c，将注入岩心管中的流体的PV_n对应岩心管11出口端的气相体积V′_g1， V′_g2，……，V′_gn绘制关系曲线d；

图4是并联岩心管两端的压力差ΔP_n结合时间点对应的注入岩心管中的流体的PV_n绘制 关系曲线e。

具体实施方式

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1、

如图1所示。

一种测量并联岩心泡沫驱气相分流量的装置，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27、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27内；所述的泡沫发生装置、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25相连的压力传感器26、称重传感器19和称重传感 器20，所述的压力传感器26安装在六通阀9处，即岩心管10及岩心管11入口端，所述岩 心管10出口通过回压阀13与产出液收集器15相连，所述岩心管11出口通过回压阀14与产 出液收集器16相连；所述的回压阀13和回压阀14分别与手摇泵12相连；所述的回压阀13 和回压阀14受手摇泵12控制压力；所述称重传感器19安装在产出液收集器15的底部，所 述称重传感器20安装在产出液收集器16的底部；所述的压力传感器26用于监测所述岩心管 10及11的入口压力，所述的称重传感器19及20用于监测所述岩心管10及岩心管11出口 分液量的重量；广口瓶23通过气体计量器21与产出液收集器15相连；广口瓶24通过气体 计量器22与产出液收集器16相连。

所述泡沫发生装置，包括气瓶1、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、盛放原油的中间容器5 和盛放地层水的中间容器4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。盛放气体的中间容器2由平流泵6来驱替，盛放起泡剂溶液的中间容器3 由平流泵7来驱替，自中间容器2、3按一定速度驱替出来的气液经过泡沫发生器8后形成泡 沫。

实施例2、

一种利用上述装置测量并联岩心泡沫驱气相分流量的方法，包括步骤如下：

测量并联岩心泡沫驱气相饱和度的方法所需条件：起泡剂溶液的密度与地层水的密度相 等；并联岩心出口端气相分流量是标准大气压0.1MPa下的流量。

实验准备：

1.对气体计量器进行校零：对气体计量器21和气体计量器22进行校零，调整气体计量 器上方的阀门，关闭通向产出液收集器的阀门，打开通向大气的阀门，然后举高广口瓶至内 部液面与气体计量器内液面相平，且至刻度线为0处。

2.检验产出液收集器、气体计量器、广口瓶三者之间的气密性：首先关闭岩心管出口阀 门，然后举高盛有饱和盐水溶液的广口瓶，广口瓶内液面高度要高于气体计量器中液面，若 高度差恒定不变，则说明装置气密性良好。

（1）模拟油田地层条件：将石英砂按照配比分别填制岩心管10及岩心管11；

（2）利用气测渗透率仪测量所述岩心管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m₁、m₂；

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。所填制处的岩心管10的渗透率为489×10^-3μm²，所述 岩心管10的干重m₁=5607.0g。

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。所填制处的岩心管11的渗透率为3960×10^-3μm²，所述岩心 管11的干重m₂=5582.0g。

（3）将填砂后的岩心管10及岩心管11抽真空，保持4~5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11的湿重m′₁＝5477.4g、m′₂=5452.7g， 根据公式①计算所述各岩心管的孔隙体积V₀

$V_0=\frac{m^{\prime }-m}{\rho }$①

式中，V₀-填砂后的岩心管的孔隙体积，mL；m-填砂后的岩心管干重，g；m′-填 砂后的岩心管湿重，g；ρ-地层水的密度：1.074g/cm³；

$V_1=\frac{m_1^{\prime }-m_1}{\rho }$

$=\frac{5607.0-5477.4}{1.074}$

$=120.7\mathrm{ml}$

$V_2=\frac{m_2^{\prime }-m_2}{\rho }$

$=\frac{5582.0-5452.7}{1.074}$

$=120.3\mathrm{ml}$

（6）利用恒温箱27对填砂后的岩心管10及11进行加热，恒温至要模拟地层温度70℃， 待用；

（7）控制手摇泵12，调节回压阀13及14的压力至模拟地层压力P_h=6MPa；

（8）打开平流泵7，以3mL/min的速度向并联岩心管10及11同时注入0.2PV的起泡剂 溶液段塞；

（9）测量得到并联岩心管入口压力为P=6.5MPa；打开气瓶1，向中间容器2充气至压 力P₀；

（10）打开平流泵6驱替中间容器2中的气体，设置1.5ml/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1.5mL/min，气体与起泡剂溶液按体积比1：1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及岩心管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 压力；

（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；利用质量传感器19及质量传感器20记录并联的岩心管10、11出口端液相分 流量数据，同时利用气体计量器21及22分别记录并联岩心管10和11出口端气相分流量数 据：

液相分流量数据，沿并联的岩心管10和岩心管11出口端流出的液体分别进入产出液收 集器15及产出液收集器16中，通过天平17称量相同时间间隔下的产出液收集器15的质量， 即岩心管10出口端液相分流质量；通过天平18称量相同时间间隔下的产出液收集器16的质 量，即岩心管11出口端液相分流质量；

气相分流量数据，沿并联的岩心管10和岩心管11出口端流出的气体分别进入气体计量 器21及气体计量器22中，通过调整广口瓶23的高度，使得广口瓶23中的液面高度与气体 计量器21中的液面相平（目的是保证气体计量器21内压差为大气压），记录相同时间间隔下 气体计量器21中液面的读数，即岩心管10出口端的气相分流体积；通过调整广口瓶24的高 度，使得广口瓶24中的液面高度与气体计量器22中的液面相平（目的是保证气体计量器22 内压差为大气压），记录相同时间间隔下气体计量器22中液面的读数，即岩心管11出口端的 气相分流体积；

(13)计算上述n个时间点的并联的岩心管10和岩心管11出口端的液相分流量数据：岩 心管10的出口液相分流质量为M₁，M₂，……M_n，则岩心管10的出口液相分流体积为 （n大于等于1）；岩心管11的出口液相分流质量为 N₁，N₂，……，N_n，则岩心管10的出口液相分流体积为（n大于等于1），将注入岩心管中的流体的PV_n对应并联的岩心管10出口端的液相体积V_ln绘 制关系曲线a，将注入岩心管中的流体的PV_n对应并联的岩心管11出口端的液相体积V′_ln绘制 关系曲线b，其中，PV_n的物理含义是指注入流体的孔隙体积倍数，（n大于等于1），其中V为流体注入流速，mL/min，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；

（14）将注入岩心管中的流体的PV_n对应岩心管10出口端的气相分流体积V_g1， V_g2，……，V_gn绘制关系曲线c，将注入岩心管中的流体的PV_n对应岩心管11出口端的气相 分流体积V′_g1，V′_g2，……，V′_gn绘制关系曲线d；

（15）计算并联岩心管两端的压力差ΔP_n，其中ΔP₁＝P₁-P_h，……，ΔP_n＝P_n-P_h（n大 于等于1）结合时间点对应的注入岩心管中的流体的PV_n绘制关系曲线e。

岩心管基本参数，如表1所示：

表1：岩心管数据

记录实验数据，如表2所示：

表2：n个时间点所对应的P_Vn、V_gn、V′_gn、V_ln、V′_ln和ΔP_n值

根据上述关系曲线a-e分析泡沫在并联岩心中的调剖分流情况：

其中岩心管10中的岩心是高渗岩心；岩心管11中的岩心是低渗岩心。

参见图2，从曲线a、b中可以看出，泡沫驱替过程中，高低渗透层液相分流量得到明显 改善，且出现流度反转现象，即高渗岩心出液量低于低渗岩心出液量。后续水驱开始阶段， 泡沫的分流作用仍能够维持一段时间，随着后续水驱的注入量的增加，泡沫的分流作用逐渐 减弱；

参见图3，从曲线c、d中可以看出，泡沫始注阶段，高低渗岩心出口没有气体出现，注 入量0.3PV后，高低渗岩心出口气体含量开始逐渐增加，且高渗岩心出气量较多，说明较多 的泡沫进入高渗岩心。后续水驱阶段，高低渗岩心出气量仍旧较大，随着后续水驱的注入量 的增加，高低渗岩心出气量逐渐减少；

参见图4，从曲线e中可以看出，随着泡沫注入量的增加，越来越多的泡沫在岩心中起 到封堵作用，因此并联岩心管两端压差逐渐增加，随着后续水驱注入量的增加，岩心残留的 泡沫逐渐减少，因此并联岩心管两端压差逐渐减小。

泡沫注入过程中，高低渗岩心管出口端出气量逐渐增加，高渗岩心出气量明显高于低渗 岩心出气量，说明泡沫在高渗岩心的注入量增多，封堵作用较强，并联岩心两端驱替压差逐 渐增加，泡沫的分流作用逐渐加强。泡沫注入一定量后，泡沫逐渐进入低渗岩心，低渗岩心 出气量逐渐增加，由于泡沫在高渗岩心的较强封堵作用，高低渗出现流度反转现象。后续水 驱过程中，高低渗岩心出气量维持较短时间后逐渐减少，且低渗岩心的出气量下降较快，说 明泡沫在高低渗岩心中逐渐被驱出，因此泡沫的分流作用维持逐渐减弱。