模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法

摘要

本发明涉及的是模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法，这种模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法：一、通过测试井测试矿场实际泡沫驱距离及占注采井间比例；二、拼接岩心的准备；三、通过压力测试岩心夹持器定点测试岩心内压力，在岩心入口端，按一定气液摩尔比将CO2恒压注入、发泡剂恒速注入，固定末端回压，监测几个测试点的压力，得到压力与相应岩心距离的数据；四、固定注采压力下的泡沫推进距离检测；五、长距离泡沫驱。本发明能够有效实现对泡沫体系形态的监测，找到泡沫的消泡位置，实现多轮搅拌再次生成泡沫，从而推进实际泡沫驱距离，来有效模拟实际注采井间泡沫驱驱动状况。

说明书

技术领域

本发明涉及应用于石油工程领域中二氧化碳泡沫驱技术，具体涉及模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法。

背景技术

二氧化碳泡沫驱是一项重要的三次采油技术，它可以降低气油比，扩大波及体积，提高驱油效率。泡沫驱能有效减弱黏性指进和重力分异带来的不利影响，与单一的气驱、表面活性剂驱相比，其提高采收率效果要明显的多。实际矿场试验中，因为储层压力较高，一般为几十兆帕，气体与发泡剂在储层孔隙中流动时自然剪切混合均会使得泡沫驱在注入井底后较长距离中存在，实际矿场可以通过打加密井的方式缩小注采井间的距离，这时也可能实现注采井间的完全泡沫驱。一直以来，室内实验都是矿场试验的先导试验，室内实验对矿场试验的模拟必须满足相似准则模拟才具有实际意义，但是目前室内实验泡沫驱研究都是考虑泡沫稳定性、气液比、注入方式、复配体系种类及浓度的影响，缺少考虑泡沫驱在注采井间的受效比例方面或如何模拟较小注采井距时的完全泡沫驱模拟，导致对矿场的实际指导意义不足，室内实验需要综合考虑矿场情况，针对矿场给出试验前、试验中的有效模拟，才能真正指导矿场实践。

发明内容

本发明的目的是提供模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法，这种模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法用于解决针对室内实验实现完全泡沫驱的室内评价以及相对于矿场模拟程度不够的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法：

一、通过测试井测试矿场实际泡沫驱距离及占注采井间比例：

注采井间布设测试井测试实际泡沫驱距离：矿场实际井距为L，首先在实际注采井中间位置L₁处布设一口监测井，观测产出液中是否存在泡沫，若L₁处不存在泡沫，在距离L₁-10000mm处布设一口观测井，继续观测产出液中是否存在泡沫，若L₁-10000mm处仍然不存在泡沫，继续将距离依次缩短10000mm处布设一口观测井，直至观测到产出液中存在泡沫为止；若L₁处存在泡沫，在距离L₁+10000mm处布设一口观测井；继续观测产出液中是否存在泡沫，若L₁+10000mm处仍然不存在泡沫，继续将距离每增加10000mm处布设一口观测井，直至观测到产出液中不存在泡沫为止；

将实际监测到泡沫的距离定义为L’，则泡沫驱距离占注采井间比例为L’/L；

二、拼接岩心的准备：

岩心采用为石英砂胶结人造岩心，尺寸规格为Φ25×600mm，岩心的渗透率与孔隙度与步骤一中实际储层情况相同，将其中一部分岩心切割成长度为450mm,300mm,200mm,150mm，100mm，50mm，30mm，20mm及10mm若干段后续测试实际泡沫生成距离使用；

三、通过压力测试岩心夹持器定点测试岩心内压力，在岩心入口端，按一定气液摩尔比将CO₂恒压注入、发泡剂恒速注入，固定末端回压，监测几个测试点的压力，得到压力与相应岩心距离的数据；

四、固定注采压力下的泡沫推进距离检测：

1）准备拼接岩心，将一段段拼接的岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水；

2）岩心饱和油，将上述岩心放入消泡距离测试岩心夹持器中，在中间位置L₂处加入泡沫检测装置；

3）连接模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的装置进行CO₂泡沫驱实验，装置中泡沫驱岩心夹持器采用消泡距离测试岩心夹持器；

4）实验观察，打开监测阀，对射式光纤传感器配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里；

5）分析数据，中间位置L₂处是否有泡沫，若有泡沫则消泡位置在后方某处，若无泡沫则消泡位置在前方某处；

6）根据5）中分析结果并结合相似原则，在岩心与实际矿场测试位置相对应的L₂+40mm、L₂+80mm……或L₂-40mm、L₂-80mm……处继续实验，观察采出液的状态，直至找到消泡距离L₃；

五、长距离泡沫驱：

1）准备拼接岩心，将岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水；

2）岩心饱和油；

3）连接模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的装置，装置中泡沫驱岩心夹持器采用二次搅拌岩心夹持器，在消泡距离L₃处放置磁力搅拌器，调节岩心加压装置使得岩心压力为岩心消泡处的原始压力P，L₃+40mm处和岩心末端分别放置一个泡沫检测装置；

4）开始实验观察，发泡剂经过磁力搅拌器搅拌继续发泡；打开L₃+40mm处检测阀，然后关闭L₃+40mm处检测阀，打开岩心末端检测阀，使驱替液流出经过对射式光纤传感器配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里；

5）分析数据，L₃+40mm处和岩心末端是否有泡沫；若L₃+40mm处与岩心末端都有泡沫，则二次搅拌即可停止实验；若L₃+40mm处无泡沫则消泡位置在前方某处；若L₃+40mm处有泡沫岩心末端无泡沫，则消泡位置在L₃+40mm处和岩心末端之间；

6）根据4）中分析结果在L₃+80mm、L₃+120mm……处继续实验，观察采出液的状态，直至找到消泡距离L₄，此时消泡位置的压力为P₁；

7）分析结果：①若L₃+L₄=400mm，则二次搅拌即可实现模拟矿场试验2/3长距离泡沫驱；②若L₃+L₄＞400mm，实验继续，减小L₃处磁力搅拌器转速，此时L₃对应消泡距离为L₅，其中L₃+L₅=400mm；③若L₃+L₄＜400mm，实验继续，在消泡距离（L₃+L₄）处放置磁力搅拌器，调节岩心加压装置使得岩心压力为P₁进行三次搅拌，确定消泡距离L₆，若L₃+L₄+L₆=400mm，则停止实验，若L₃+L₄+L₆＞400mm，实验过程同②，若L₃+L₄+L₆＜400mm，则实验过程重复继续，直至找到L₃+L₄+……=400mm，实验结束。

上述方案中压力测试岩心夹持器包括玻璃岩心夹持外筒、胶筒，胶筒置于玻璃岩心夹持外筒内，胶筒内放置若干段岩心，若干段岩心形成拼接岩心，模拟岩心分别设置在拼接岩心的两端，玻璃岩心夹持外筒的两端设置有密封压环，其中一端密封压环连接顶格螺栓调节器，从模拟岩心另一端密封压环伸出，胶筒与玻璃岩心夹持外筒之间的环形空间为围压腔，环压加载口设置在玻璃岩心夹持外筒的背部，玻璃岩心夹持外筒的腹部设置若干个监测孔，压力监测器通过其中一个监测孔插入到胶筒中，T型刚性密封胶塞插入到监测孔内；压力监测装置具有一个上端开口，下端封闭的耐压玻璃管，耐压玻璃管的下部设置有压力表和监测阀；顶格螺栓调节器具有一个封闭腔体，模拟岩心顶格螺栓穿过腔体与模拟岩心紧固，模拟岩心导流管一端伸入到封闭腔体内，另一端穿透模拟岩心抵于拼接岩心的起始端，另外一根模拟岩心导流管与拼接岩心的末端相通。

上述方案中模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的装置包括恒温箱，恒温箱内设置有发泡剂活塞容器、CO₂存储罐、发泡岩心夹持器、泡沫驱岩心夹持器、液体计量装置、气体计量装置，发泡剂活塞容器、CO₂存储罐分别与发泡岩心夹持器的入口端相连接，发泡岩心夹持器的出口端通过六通连接泡沫驱岩心夹持器，六通上安装压力表，泡沫驱岩心夹持器连接气液分离器，气液分离器分别连接液体计量装置和气体计量装置，发泡剂活塞容器、CO₂存储罐分别连接相应的恒压恒速泵；泡沫驱岩心夹持器为消泡距离测试岩心夹持器或二次搅拌岩心夹持器。

上述方案中消泡距离测试岩心夹持器包括玻璃岩心夹持外筒、胶筒，胶筒置于玻璃岩心夹持外筒内，胶筒内放置若干段岩心，若干段岩心形成拼接岩心，模拟岩心分别设置在拼接岩心的两端，玻璃岩心夹持外筒的两端设置有密封压环，其中一端密封压环连接顶格螺栓调节器，从模拟岩心另一端密封压环伸出，胶筒与玻璃岩心夹持外筒之间的环形空间为围压腔，环压加载口设置在玻璃岩心夹持外筒的背部，玻璃岩心夹持外筒的腹部设置若干个监测孔，输出液导流管通过其中一个监测孔插入到胶筒中，T型刚性密封胶塞插入到其余的监测孔内，输出液导流管下端插入到流体收纳器中，输出液导流管上安装有对射式光纤传感器，回压阀安装在对射式光纤传感器下面，对射式光纤传感器连接计算机，计算机内安装数据采集系统；顶格螺栓调节器具有一个封闭腔体，模拟岩心顶格螺栓穿过腔体与模拟岩心紧固，模拟岩心导流管一端伸入到封闭腔体内，另一端穿透模拟岩心抵于拼接岩心的起始端，另外一根模拟岩心导流管与拼接岩心的末端相通。

上述方案中二次搅拌岩心夹持器包括玻璃岩心夹持外筒、胶筒，胶筒置于玻璃岩心夹持外筒内，胶筒内放置若干段岩心，若干段岩心形成拼接岩心，模拟岩心分别设置在拼接岩心的两端，玻璃岩心夹持外筒的两端设置有密封压环，其中一端密封压环连接顶格螺栓调节器，从模拟岩心另一端密封压环伸出，胶筒与玻璃岩心夹持外筒之间的环形空间为围压腔，环压加载口设置在玻璃岩心夹持外筒起始端的背部，玻璃岩心夹持外筒的腹部设置若干个监测孔，输出液导流管通过其中两个监测孔插入到胶筒中，T型刚性密封胶塞插入到其余的监测孔内，输出液导流管下端插入到流体收纳器中，输出液导流管上安装有对射式光纤传感器，回压阀安装在对射式光纤传感器下面，对射式光纤传感器连接计算机，计算机内安装数据采集系统；顶格螺栓调节器具有一个封闭腔体，模拟岩心顶格螺栓穿过腔体与模拟岩心紧固，模拟岩心导流管一端伸入到封闭腔体内，另一端穿透模拟岩心抵于拼接岩心的起始端，另外一根模拟岩心导流管与拼接岩心的末端相通；拼接岩心中某两个岩心间设置有腰鼓状磁力搅拌器，加压管设置在腰鼓状磁力搅拌器的上方，加压管伸入到胶筒内，加压管上设置加压表和加压阀；腰鼓状磁力搅拌器的下方设置底部磁驱动装置，磁力搅拌器包括腰鼓状空心外壳，腰鼓状空心外壳设置在有机玻璃筒内，腰鼓状空心外壳外壁布满锥形齿，腰鼓状空心外壳底部设置圆柱形磁铁，圆柱形磁铁的一半为N极，一半为S极，N极和S极沿中心轴对称设置，圆柱形磁铁的下面设置下滚动球，腰鼓状空心外壳的顶端设置上滚动球，上滚动球和下滚动球分别与有机玻璃筒相配合，有机玻璃筒为左右两端开放的筒体。

上述方案中底部磁驱动装置包括电机、方位轴、旋转轴、绝缘齿轮、磁力齿轮，方位轴固定于电机上，方位轴与旋转轴通过传送带连接，旋转轴的另一端连接绝缘齿轮，绝缘齿轮与磁力齿轮啮合。

上述方案中加压管与CO₂存储罐相连接，通过调节加压阀，观察回压表使得搅拌后泡沫可以推进到消泡位置。

上述方案中T型刚性密封胶塞为非导电耐高压材质，作用是防止开孔处漏气泄压。

本发明具有以下有益效果：

本发明能够有效实现对泡沫体系形态的监测，找到泡沫的消泡位置，实现多轮搅拌再次生成泡沫，从而推进实际泡沫驱距离，来有效模拟实际注采井间泡沫驱驱动状况，给出能够完全模拟现场的准确驱油效果评价，在通过持续多轮搅拌的工艺下，可以使得室内长岩心注采井间均实现泡沫驱，从而模拟矿场加密井情况下的完全泡沫驱模拟。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中消泡距离测试岩心夹持器的剖面图；

图3为本发明中二次搅拌岩心夹持器的剖面图；

图4为本发明中底部磁驱动装置的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明中腰鼓状磁力搅拌器的主视图；

图7为本发明中腰鼓状磁力搅拌器的俯视图；

图8为本发明中腰鼓状磁力搅拌器的右视图；

图9为本发明中压力测试岩心夹持器的结构示意图；

图10为压力与相应岩心距离关系图；

图11为模拟矿场试验2/3泡沫驱的压力与相应岩心距离关系图；

图12为完全泡沫驱的压力与相应岩心距离关系图。

图中：1恒温箱，2发泡剂活塞容器，3CO₂存储罐，4发泡岩心夹持器，5六通，6泡沫驱岩心夹持器，7气液分离器，8液体计量装置，9气体计量装置，10回压阀，11恒压恒速泵，12夹持器底座，13玻璃岩心夹持外筒，14胶筒，15拼接岩心，16模拟岩心，17密封压环，18环压加载口，19固定外环，20输出液导流管，21胶塞，22流体收纳器，23对射式光纤传感器，24计算机，25监测阀，26顶格螺栓调节器，27模拟岩心导流管，28顶格螺栓，29检测阀，30磁力搅拌器，31加压管，32加压表，33加压阀，34圆柱形磁铁，35下滚动球，36上滚动球，37电机，38方位轴，39旋转轴，40绝缘齿轮，41磁力齿轮，42电机支架，43底座平台；44压力监测器；45压力表；46环压阀；47有机玻璃筒。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

这种模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的方法：

本发明主要是通过段状可拼接岩心实验，恒压注入CO₂气体，同时恒速注入发泡剂溶液。利用监测系统观察岩心中泡沫的存在状态，确定泡沫的消泡位置L₁，然后采用新岩心沿着实际长岩心在消泡位置L₁处设置搅拌装置，保证搅拌成泡二次推进，然后确定二次泡沫的消泡位置L₂，依次采用相同方法推进泡沫实际推进距离直至满足模拟比例要求（其中搅拌装置的转速可以依据所需泡沫推进距离进行调整），亦可一直在长岩心中添加搅拌装置从而实现全程泡沫驱。具体步骤如下：

一、通过测试井测试矿场实际泡沫驱距离及占注采井间比例

注采井间布设测试井测试实际泡沫驱距离：矿场实际井距为L，首先在实际注采井中间位置L₁处布设一口监测井，观测产出液中是否存在泡沫，若L₁处不存在泡沫，在距离L₁-10000mm处布设一口观测井，继续观测产出液中是否存在泡沫，若L₁-10000mm处仍然不存在泡沫，继续将距离依次缩短10000mm处布设一口观测井，直至观测到产出液中存在泡沫为止；若L₁处存在泡沫，在距离L₁+10000mm处布设一口观测井；继续观测产出液中是否存在泡沫，若L₁+10000mm处仍然不存在泡沫，继续将距离每增加10000mm处布设一口观测井，直至观测到产出液中不存在泡沫为止；

将实际监测到泡沫的距离定义为L’，则泡沫驱距离占注采井间比例为L’/L。

二、拼接岩心的准备：

岩心采用为石英砂胶结人造岩心，尺寸规格为Φ25×600mm，岩心的渗透率与孔隙度与步骤一中实际储层情况相同，将其中一部分岩心切割成长度为450mm,300mm,200mm,150mm，100mm，50mm，30mm，20mm及10mm若干段后续测试实际泡沫生成距离使用。

三、由于不同压力下泡沫的状态是不一样的，为了确保测试点处产出液的形态不变，通过压力测试岩心夹持器定点测试岩心内压力，在岩心入口端，按一定气液摩尔比将CO₂恒压注入、发泡剂恒速注入，固定末端回压，监测几个测试点的压力，得到压力与相应岩心距离的数据。

如图9所示，压力测试岩心夹持器包括玻璃岩心夹持外筒13、胶筒14，胶筒14置于玻璃岩心夹持外筒13内，胶筒14内放置若干段岩心，若干段岩心形成拼接岩心15，模拟岩心16分别设置在拼接岩心15的两端，玻璃岩心夹持外筒13的两端设置有密封压环17，其中一端密封压环17连接顶格螺栓调节器26，从模拟岩心16另一端密封压环17伸出，胶筒14与玻璃岩心夹持外筒13之间的环形空间为围压腔，环压加载口18设置在玻璃岩心夹持外筒13的背部，玻璃岩心夹持外筒13的腹部设置若干个监测孔，压力监测器44通过其中一个监测孔插入到胶筒14中，T型刚性密封胶塞21插入到监测孔内；压力监测器44具有一个上端开口，下端封闭的耐压玻璃管，耐压玻璃管的下部设置有压力表45和监测阀25；顶格螺栓调节器26具有一个封闭腔体，模拟岩心顶格螺栓28穿过腔体与模拟岩心16紧固，模拟岩心导流管27一端伸入到封闭腔体内，另一端穿透模拟岩心16抵于拼接岩心15的起始端，另外一根模拟岩心导流管27与拼接岩心15的末端相通。模拟岩心16作用是固定拼接岩心15。

CO₂泡沫经由外部管线通过模拟岩心导流管27进入拼接岩心15，CO₂泡沫可通过有两个流通途径：一是在拼接岩心15中经由监测阀25控制流经压力表45进入压力监测器44中；二是在拼接岩心15中经由模拟岩心导流管27直接流出与外部管线相连，进出口分别由拼接岩心15前端的模拟岩心导流管27上的阀门控制，以及由拼接岩心15末端的的模拟岩心导流管27上的阀门控制。岩心夹持器的环压由环压阀46控制通过调节进入环压加载口18的流体作用于胶筒14实现。顶格螺栓调节器26与模拟岩心顶格螺栓28配合使用，使拼接岩心15与模拟岩心16实现密封。胶筒14上的孔眼位置根据玻璃岩心夹持器外筒13打开孔眼的位置决定，胶筒14为可更换部件。

四、固定注采压力下的泡沫推进距离检测：

1）准备拼接岩心，将一段段拼接的岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水；

2）岩心饱和油，将上述岩心放入消泡距离测试岩心夹持器中，在中间位置L₂处加入泡沫检测装置；

3）连接模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的装置进行CO₂泡沫驱实验，装置中泡沫驱岩心夹持器6采用消泡距离测试岩心夹持器；

4）实验观察，打开监测阀25，对射式光纤传感器23配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里；

5）分析数据，中间位置L₂处是否有泡沫，若有泡沫则消泡位置在后方某处，若无泡沫则消泡位置在前方某处；

6）根据5）中分析结果并结合相似原则，在岩心与实际矿场测试位置相对应的L₂+40mm、L₂+80mm……或L₂-40mm、L₂-80mm……处继续实验，观察采出液的状态，直至找到消泡距离L₃；

五、长距离泡沫驱：

1）准备拼接岩心，将岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水；

2）岩心饱和油；

3）连接模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的装置，装置中泡沫驱岩心夹持器采用二次搅拌岩心夹持器（磁力搅拌器30的个数由具体实验方案来定），在消泡距离L₃处放置磁力搅拌器30，调节岩心加压装置使得岩心压力为岩心消泡处的原始压力P，L₃+40mm处和岩心末端分别放置一个泡沫检测装置；

4）开始实验观察，发泡剂经过磁力搅拌器30搅拌继续发泡；打开L₃+40mm处检测阀29，然后关闭L₃+40mm处检测阀29打开岩心末端检测阀29，使驱替液流出经过对射式光纤传感器23配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里；

5）分析数据，L₃+40mm处和岩心末端是否有泡沫；若L₃+40mm处与岩心末端都有泡沫，则二次搅拌即可停止实验；若L₃+40mm处无泡沫则消泡位置在前方某处；若L₃+40mm处有泡沫岩心末端无泡沫，则消泡位置在L₃+40mm处和岩心末端之间；

6）根据4）中分析结果在L₃+80mm、L₃+120mm……处继续实验，观察采出液的状态，直至找到消泡距离L₄，此时消泡位置的压力为P₁；

7）分析结果：①若L₃+L₄=400mm，则二次搅拌即可实现模拟矿场试验2/3长距离泡沫驱；②若L₃+L₄＞400mm，实验继续，减小L₃处磁力搅拌器30转速，此时L₃对应消泡距离为L₅，其中L₃+L₅=400mm；③若L₃+L₄＜400mm，实验继续，在消泡距离（L₃+L₄）处放置磁力搅拌器30，调节岩心加压装置使得岩心压力为P₁进行三次搅拌，确定消泡距离L₆，若L₃+L₄+L₆=400mm，则停止实验，若L₃+L₄+L₆＞400mm，实验过程同②，若L₃+L₄+L₆＜400mm，则实验过程重复继续，直至找到L₃+L₄+……=400mm，实验结束。

本发明上述第五步可以替换为完全泡沫驱，其过程为：

1）准备拼接岩心，将岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水；

2）岩心饱和油；

3）实验装置连接，实验装置采用多轮搅拌岩心夹持器（即二次搅拌岩心夹持器，其中磁力搅拌器30的个数由具体实验方案来定），在消泡距离L₃处放置磁力搅拌器30，调节岩心加压装置使得岩心压力为P，实验确定消泡距离L₄；

4）继续实验，在（L₃+L₄）处加磁力搅拌器30，调节岩心加压装置使得岩心压力为P₁，实验确定消泡距离L’，若L₃+L₄+L’≥600，则停止实验；若L₃+L₄+L’≤600，实验继续，在消泡距离（L₃+L₄+L’）处放置带有磁力搅拌器30，调节岩心加压装置使得岩心压力为岩心消泡处的压力进行搅拌，直至L₃+L₄+L’+……≥600，实验结束。

如图1所示，这种模拟实际矿场二氧化碳长距离泡沫驱的装置包括恒温箱1，恒温箱1内设置有发泡剂活塞容器2、CO₂存储罐3、发泡岩心夹持器4、泡沫驱岩心夹持器6、液体计量装置8、气体计量装置9，发泡剂活塞容器2、CO₂存储罐3分别与发泡岩心夹持器4的入口端相连接，发泡岩心夹持器4的出口端通过六通5连接泡沫驱岩心夹持器6，六通5上安装压力表45，泡沫驱岩心夹持器6连接气液分离器7，气液分离器7分别连接液体计量装置8和气体计量装置9，最终产出液流入液体计量装置8，气体产物进入气体计量装置9；泡沫驱岩心夹持器6出口端设置有回压阀10，回压阀10可以控制岩心出口端回压，作用是在一定压力下，防止产出物回流；发泡剂活塞容器2、CO₂存储罐3分别连接相应的恒压恒速泵11，恒压恒速泵11的作用将发泡剂体系溶液和CO₂气体按气液摩尔比1:1驱进岩心夹持器中。本发明进行固定注采压力下的泡沫推进距离检测和长距离泡沫驱或完全泡沫驱室内实验。

泡沫驱岩心夹持器6为消泡距离测试岩心夹持器或二次搅拌岩心夹持器，因为实际岩心不可视，为了通过消泡距离测试岩心夹持器，采用定点检测流出液状态的方法，测试实际泡沫推进距离；二次搅拌岩心夹持器实现泡沫驱距离控制，进行实验时根据实验的阶段选择使用。

如图2所示，消泡距离测试岩心夹持器包括玻璃岩心夹持外筒13、胶筒14，胶筒14置于玻璃岩心夹持外筒13内，玻璃岩心夹持外筒13设置在夹持器底座12上，胶筒14内放置若干段岩心，若干段岩心形成拼接岩心15，模拟岩心16分别设置在拼接岩心15的两端，模拟岩心16作用是固定岩心；玻璃岩心夹持外筒13的两端设置有密封压环17，其中一端密封压环17连接顶格螺栓调节器26，从模拟岩心16另一端密封压环17伸出，胶筒14与玻璃岩心夹持外筒13之间的环形空间为围压腔，环压加载口18设置在玻璃岩心夹持外筒13的背部，环压加载口18处设置固定外环19，固定外环19的作用是固定住环压加载口18。玻璃岩心夹持外筒13的腹部设置若干个监测孔，输出液导流管20通过其中一个监测孔插入到胶筒14中，胶筒14的孔眼位置根据玻璃岩心夹持器外筒13打开孔眼的位置决定，胶筒14为可更换部件。T型刚性密封胶塞21插入到其余的监测孔内，输出液导流管20下端插入到流体收纳器22中，输出液导流管20上安装有对射式光纤传感器23，回压阀10安装在对射式光纤传感器23下面，对射式光纤传感器23连接计算机24，计算机24内安装数据采集系统，监测阀25安装在输出液导流管20上，位于对射式光纤传感器23上方，输出液导流管20、对射式光纤传感器23、回压阀10、监测阀25构成压力监测装置，压力监测装置作用是可以监测流体流过该测试点的压力。顶格螺栓调节器26具有一个封闭腔体，模拟岩心顶格螺栓28穿过腔体与模拟岩心16紧固，模拟岩心导流管27一端伸入到封闭腔体内，另一端穿透模拟岩心16抵于拼接岩心15的起始端，另外一根模拟岩心导流管27与拼接岩心15的末端相通。

T型刚性密封胶塞21为非导电耐高压材质，既可以起到密封作用，又可以减小环压对于岩心测试点压力带来的影响，防止开孔处漏气泄压。密封压环17作用是紧固玻璃岩心夹持器外筒13，使岩心夹持器实现加强密封。

对射式光纤传感器23处设置的回压阀10可以控制岩心出口端回压，作用是控制该点压力与岩心处压力相同，使产出物不发生变化。

CO₂泡沫经由外部管线通过模拟岩心导流管27进入拼接岩心15，在拼接岩心15中由监测阀25控制经由输出液导流管20导流流经对射式光纤传感器23进入流体收纳器22；流体流经对射式光纤传感器23经由计算机24分析流体观察出其中是否含有泡沫。

如图3所示，二次搅拌岩心夹持器包括玻璃岩心夹持外筒13、胶筒14，胶筒14置于玻璃岩心夹持外筒13内，胶筒14内放置若干段岩心，若干段岩心形成拼接岩心15，模拟岩心16分别设置在拼接岩心15的两端，玻璃岩心夹持外筒13的两端设置有密封压环17，其中一端密封压环17连接顶格螺栓调节器26，从模拟岩心16另一端密封压环17伸出，胶筒14与玻璃岩心夹持外筒13之间的环形空间为围压腔，环压加载口18设置在玻璃岩心夹持外筒13起始端的背部，玻璃岩心夹持外筒13的腹部设置若干个监测孔，输出液导流管20通过其中两个监测孔插入到胶筒14中，T型刚性密封胶塞21插入到其余的监测孔内，输出液导流管20下端插入到流体收纳器22中，输出液导流管20上安装有对射式光纤传感器23，回压阀10安装在对射式光纤传感器23下面，对射式光纤传感器23连接计算机24，计算机24内安装数据采集系统。检测阀29安装在输出液导流管20上，位于对射式光纤传感器23上方，输出液导流管20、对射式光纤传感器23、回压阀10、检测阀29构成泡沫检测装置，本实施方式中设置了两个泡沫检测装置。

顶格螺栓调节器26具有一个封闭腔体，模拟岩心顶格螺栓28穿过腔体与模拟岩心16紧固，模拟岩心导流管27一端伸入到封闭腔体内，另一端穿透模拟岩心16抵于拼接岩心15的起始端，另外一根模拟岩心导流管27与拼接岩心15的末端相通；拼接岩心15中某两个岩心间设置有腰鼓状磁力搅拌器30，加压管31设置在腰鼓状磁力搅拌器的上方，加压管31伸入到胶筒14内，加压管31上设置加压表32和加压阀33；加压管31与CO₂存储罐3相连接，通过调节加压阀33，观察回压表使得搅拌后泡沫可以推进到消泡位置，加压管31、回压表、加压阀33构成加压装置。回压表的压力根据相似原则由下面的压力测试求得。

腰鼓状磁力搅拌器的下方设置底部磁驱动装置，如图6、图7、图8所示，磁力搅拌器30包括腰鼓状空心外壳，腰鼓状空心外壳设置在有机玻璃筒47内，腰鼓状空心外壳外壁布满锥形齿，腰鼓状空心外壳底部设置圆柱形磁铁34，圆柱形磁铁34的一半为N极，一半为S极，N极和S极沿中心轴对称设置，圆柱形磁铁34的下面设置下滚动球35，腰鼓状空心外壳的顶端设置上滚动球36，上滚动球36与有机玻璃筒47的顶部形状相配合，并能相对于有机玻璃筒47自由转动，下滚动球35与有机玻璃筒47的底部形状相配合，也能相对于有机玻璃筒47自由转动，有机玻璃筒47为左右两端开放的筒体，有机玻璃筒47的长度稍长于腰鼓状空心外壳的长度，拼接岩心15中加入腰鼓状磁力搅拌器30时，将有机玻璃筒47的左右两端分别与相应的拼接岩心15相连，有机玻璃筒47此时又起到占位保护作用，为腰鼓状空心外壳提供旋转空间。一般气泡半径大于10^-10mm，空隙处为1~2mm，转速范围为5～500转/分钟。

如图4、图5所示，底部磁驱动装置包括电机37、方位轴38、旋转轴39、绝缘齿轮40、磁力齿轮41，电机37通过电机支架42固定于底座平台43上，方位轴38固定在于电机37上用于输送动力，方位轴38通过传送带连接旋转轴39，旋转轴39的另一端连接绝缘齿轮40，绝缘齿轮40与磁力齿轮41啮合，绝缘齿轮40与磁力齿轮41分别通过旋转轴39固定于底座平台43的凸起上。电机37带动方位轴38转动，经由传送带带动绝缘齿轮40，绝缘齿轮40带动磁力齿轮41，磁力齿轮41与圆柱形磁铁34通过磁力作用带动下滚动球35滚动，同时腰鼓状搅拌器外壳与上滚动球36滚动。

本发明中岩心采用为石英砂胶结人造岩心，尺寸规格为Φ25×600mm，岩心的渗透率与孔隙度与欲测试的实际矿场实际储层情况相同，将其中一部分岩心切割成长度为450mm,300mm,200mm,150mm，100mm，50mm，30mm，20mm及10mm若干段，测试实际泡沫生成距离使用。

本发明主要是通过段状可拼接岩心实验，恒压注入CO₂气体，同时恒速注入发泡剂溶液。利用监测系统观察岩心中泡沫的存在状态，确定泡沫的消泡位置L₁，然后采用新岩心沿着实际长岩心在消泡位置L₁处设置搅拌装置，保证搅拌成泡二次推进，然后确定二次泡沫的消泡位置L₂，依次采用相同方法推进泡沫实际推进距离直至满足模拟比例要求（其中搅拌装置的转速可以依据所需泡沫推进距离进行调整），亦可一直在长岩心中添加搅拌装置从而实现全程泡沫驱。

本发明进行现场实验如下：

矿场及室内实验条件介绍：

矿场实际情况：所用的岩心是以吉林油田某采油厂某区块为参考，该区块为典型的多油层非均质低渗透砂岩储层，该区为高温（97.3℃）和高压区块。油层压力平均23.11MPa，入口端压力32MPa，回压为8MPa。储层平均气测渗透率10×10^-3μm²，孔隙度14.5%，地层水矿化度为11737.7mg/L。选用阴非两性型发泡剂A发泡剂，气液摩尔比为1:1，CO₂恒压注入、发泡剂恒速注入。

室内实验参数选择及方案说明：

室内实验参数：石英砂胶结人造岩心，尺寸规格为Φ25×600mm。实验温度97.3℃，入口端压力32MPa，回压为8MPa。岩心平均气测渗透率10×10^-3μm²，孔隙度14.5%，选用阴非两性型发泡剂A发泡剂，气液摩尔比为1:1，CO₂恒压注入、发泡剂恒速注入。恒压恒速泵11，中间容器，天然岩心，泡沫驱岩心夹持器6，泡沫检测器，液体计量器，气体计量器等按照图1连接。

一、通过测试井测试矿场实际泡沫驱距离及占注采井间比例

注采井间布设测试井测试实际泡沫驱距离：矿场实际井距为150000mm，首先在600000mm处布设一口井，观测产出液中存在泡沫，在距离800000mm处布设一口观测井；继续观测产出液仍存在泡沫，在距离100000mm处布设一口观测井；继续观测产出液不存在泡沫，记录此时距离为矿场实际泡沫驱距离100000mm，泡沫驱距离占注采井间比例为2/3。

室内实验泡沫驱实验方案设计如下：

表1室内实验泡沫驱实验方案

二、实验岩心制作

利用相似准则，根据泡沫驱距离占注采井间比例尺寸，制作实现模拟比例的泡沫驱用岩心。制作一批石英砂树脂胶结人造岩心，尺寸规格为Φ25×600mm。平均气测渗透率10×10^-3μm²，孔隙度14.5%。将其中一部分岩心切割成长度为450mm，300mm，200mm，150mm，100mm，50mm，30mm，20mm及10mm若干段后续测试实际泡沫生成距离使用。

三、特制消泡距离测试岩心夹持器测试泡沫推进距离

1、压力测试岩心夹持器制作，如图9。

2、特制消泡距离测试岩心夹持器制作，如图2。

3、压力测试

①准备岩心，将600mm岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水，抽真空2h；

②饱和原油，在拼接长岩心各测点处加入泡沫检测装置；

③实验装置连接；

④开始实验观察，记录流过各个监测点处的监测压力，压力与相应岩心距离关系图如图10；

实际注采井间压力是不规则减小的，为了保证实际数据的准确性，各监测点处的压力仍需压力监测装置实际测得。结果如下：

表2监测点处的压力数据

监测点距离(mm)监测压力(MPa)032503010026.515023200202501630013.53201334012.536012.23801240011.742011.444010.946010.44809.85009.210 -->5208.95408.55608.35808.26008

四、二次搅拌岩心夹持器实现泡沫驱距离控制。

二次搅拌岩心夹持器制作，如图3。

五、实验装置连接及长距离泡沫驱或完全泡沫驱实验：

1、固定注采压力下的泡沫推进距离检测

①准备600mm拼接长岩心，岩心抽空饱和水并熟化；

②岩心饱和油，将岩心放入特制消泡距离测试岩心夹持器中，在拼接长岩心300mm处加入泡沫检测装置；

①连接实验装置进行CO₂泡沫驱实验，注入压力为32MPa；

④实验观察，打开监测阀25，对射式光纤传感器23配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里；

⑤分析数据，300mm处是否有泡沫。若有泡沫则消泡位置在后方某处，若无泡沫则消泡位置在前方某处；

⑥根据⑤中分析结果在260mm、220mm处继续实验，观察采出液的状态；

结果如下：

表3初次搅拌检测位置对应泡沫状态表

检测位置（mm）是否存在泡沫300否260否220是

表3结果中260-300mm处均无泡沫，220mm处存在泡沫，则初次消泡距离在220mm到260mm之间。

⑦在220mm到260mm之间的位置240mm、250mm处加测泡沫状态，发现240mm、250mm处有泡沫，则初次消泡距离在250mm到260mm之间，确定消泡距离为250mm，此处压力为16MPa。

2、长距离泡沫驱或完全泡沫驱实验

实验继续测试16MPa下不同转速对应的消泡距离（表4）和不同注入压力下的消泡距离（表5）。最终拟定可以实现模拟矿场试验2/3泡沫驱方案（图11）和完全泡沫驱的压力方案（图12）。

表416MPa下不同转速对应的消泡距离

搅拌速度（r/min）泡沫推进距离(mm)5001704001503001202007011 -->10010

表5500r/min速度下不同注入压力下的消泡距离

注入压力（MPa）采出端压力（MPa）泡沫推进距离(mm)328250308229288209278199268190258182248175238169228164218160208157198154.5188152.517815116815015813814812813811912811211810710810098708.78608.3845

分析上述压力方案，可知室内实验实现模拟矿场试验2/3泡沫驱需要在250mm处加入一个磁力搅拌装置，要实现完全泡沫驱需要在250mm、400mm、500mm、560mm处共加入四个磁力搅拌装置。

1）模拟矿场试验2/3泡沫驱实验

①准备岩心，将600mm拼接岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水，抽真空2h；

②饱和原油；

③实验装置连接，实验装置采用二次搅拌岩心夹持器，在岩心距离250mm处放置带有磁力搅拌器30的有机玻璃筒47（转速为400r/min），调节岩心加压装置使得搅拌后泡沫压力为16MPa，在290mm处和岩心末端分别放置一个泡沫检测装置；

④开始实验观察，发泡剂经过磁力搅拌器30搅拌继续发泡。打开290mm处检测阀，然后关闭290mm处检测阀29打开岩心末端检测阀29，使驱替液流出经过对射式光纤传感器23配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里。

⑤分析数据，290mm处和岩心末端是否有泡沫。若290mm处与岩心末端都有泡沫，则二次搅拌即可停止实验；若290mm处无泡沫则消泡位置在前方某处；若290mm处有泡沫岩心末端无泡沫，则消泡位置在290mm处和岩心末端之间；

⑥实验继续，重复上述二次搅拌泡沫步骤，330mm、370mm、410mm处和岩心末端分别放置一个泡沫检测装置，发现二次消泡距离370mm到410mm之间；

结果如下：

表6二次搅拌检测位置对应泡沫状态表

检测位置（mm）检测位置处是否存在泡沫岩心末端是否存在泡沫290是否330是否370是否410否否

表6结果中330-370mm处均有泡沫，且岩心末端无泡沫，则二次消泡距离在370mm到410mm之间。

⑦在370mm到410mm的之间位置400mm处加测泡沫状态，发现400mm处存在泡沫，则二次消泡距离在400mm到410mm之间，确定消泡距离为400mm。

此方案泡沫总的推进距离为400mm，占总岩心长度600mm的2/3，可实现现场2/3泡沫驱的模拟。

2）完全泡沫驱实验

①准备岩心，将600mm拼接岩心放入岩心夹持器中，进行岩心的抽空饱和水，抽真空2h；

②饱和原油；

③实验装置连接，实验装置采用二次搅拌岩心夹持器（在250mm、400mm、500mm、560mm处共加入四个磁力搅拌装置，转速均为500r/min），调节岩心加压装置使得搅拌后四个位置处的泡沫压力分别为16MPa、10MPa、8.7MPa和8.3MPa，在岩心末端分别放置一个泡沫检测装置；

④开始实验观察，发泡剂经过磁力搅拌器30搅拌继续发泡。打开检测阀29，使驱替液流出经过对射式光纤传感器23配合的光纤接收器将流体分析数据反应到数据采集系统里。

⑤五次消泡距离测试

分析数据，岩心末端存在泡沫，则五次搅拌即可实现完全泡沫驱实验。

此方案泡沫总的推进距离为600mm，与总岩心长度相等，可实现现场完全泡沫驱的模拟。

六、本现场实验证明，本发明能够在CO₂泡沫驱油室内实验过程中实现多轮搅拌再次生成泡沫，实现室内实验与矿场试验的相似模拟。其中的装置能够有效实现对泡沫体系形态的监测，确定泡沫的消泡位置，经过多轮搅拌再次生成泡沫实现距离上比例泡沫驱或完全泡沫驱。根据所得出的实验结论针对低渗透层给出准确驱油效果评价，有利于CO₂泡沫驱油室内实验的进一步研究，能够为矿场试验提高采收率提供进一步的技术支持。