一种连续评估高温高压流体粘度和剪切稳定性的实验装置

摘要

本发明公开了一种连续评估高温高压流体粘度和剪切稳定性的实验装置，包括控制器组、泵组、阀门组、中间容器组、压力表组、长管线组、转换接头组、毛细管、恒温烘箱；通过长管线组压力测试系统，可以对流体在高温高压条件下的样品的流变性进行监测，并通过毛细管将两组螺旋管压力测试系统串联，可以模拟油藏多孔介质对流体的剪切效应，可测得流体剪切以后的流变特征；通过将样品多次经过毛细管，模拟流体在多次剪切以后的流变特征，从而评价流体在高温高压条件下的剪切稳定性。本发明能够定量表征包括地层流体，聚合物，凝胶体系以及泡沫等多种流体的粘度和剪切稳定性，为高温高压条件下流体的流变特性研究提供更为稳定的测试平台。

说明书

技术领域

本发明涉及一种简单的评估流体在高温高压条件下的粘度和稳定性的实验装置，属于油气田开发领域。

背景技术

在石油勘探开发领域，流体在地层条件下的流动特征一直是工作人员最为关心的问题之一。地层流体本身在油藏条件下的流动状态和注入流体(水，聚合物，泡沫和凝胶等)在多孔介质中的剪切稳定性，都是油藏开发过程中的重点和难点。

在常规的地层流体的流变性测试过程中，针对地层流体，通常采用的是先通过配样器进行配样，通过测试流体的气液比和泡点压力符合地层条件，再通过恒速恒压泵将样品转至高温高压流变仪(如落球粘度仪)。此方法的不足之处在于转样过程耗时长，对转样过程中设备的保温保压性能要求高；此外针对粘度特高的超稠油样品，其粘度大，不易通过流变仪测得其在高压下的粘度。针对注入流体，通常采用的时候将样品放置在高温高压流变仪(如anto Paar MCR系列)，通过手动泵加压至地层压力，再测试其在地层条件下的流变剪切性能。但是此方法的不足之处在于，此类流变仪通常是通过手动泵将样品转进实验平台中，因此不同的压力是通过不同样品的量的堆积来实现的，因为测试样品在不同压力条件下的流变性能不同，样品的绝对量不一样，测试的结果的纵向可比性有所欠缺。

Frank T.H.等人(SPE Reservoir Engineering SPE15080-PA)在长期实验的基础上，建立了一套在线测试流体粘度公式1所示：

$>\lg {\left(\frac{{\mu }_2}{{\mu }_1}\right)}_T=A_T(\frac{P}{14700}-0.001)---\left(1\right)$>

其中：μ₁-温度T时，流体在常压下的粘度，mPa.s；

μ₂-温度T时，流体在压力P下的粘度，mPa.s；

P-压力，psi；

AT-系数。

在Frank T.H.等人建立的流体粘度公式的基础上，本发明提出一种能够在线评估流体在高温高压条件下的粘度和剪切稳定性的实验装置，以克服目前各种流体在高温高压条件下的测试过程中的缺陷。

本发明是在申请人之前申请的申请号为201610281938.4的发明的基础上，进一步简化调整工艺流程，使其在能满足实验要求的情况下，结构更简单，操作更便捷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续评估高温高压流体粘度和剪切稳定性的实验装置，通过毛细管实现模拟油藏条件下的剪切情况。并且通过毛细管将两套环线设备连接起来，在压力温度系统保持稳定的状态下，实现样品的反复剪切，并且每剪切一次能对样品的粘度进行计算。同时通过恒速恒压泵能够改变剪切速度，更能符合地层流体的流动情况。

本发明的技术方案如下：

一种连续评估高温高压流体粘度和剪切稳定性的实验装置，包括控制器组、泵组、阀门组、中间容器组、压力表组、长管线组、转换接头组、毛细管、恒温烘箱；

所述控制器组由电脑控制终端一和电脑控制终端二及配套控制线路组成；所述泵组由恒速恒压泵一和恒速恒压泵二组成；所述中间容器组由中间容器一和中间容器二组成；所述阀门组由电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三和电磁阀四组成；所述压力表组由压力表一、压力表二、压力表三、压力表四组成；所述长管线组由螺旋管一和螺旋管二组成；所述转换接头由转换接头一和转换接头二组成；

所述一种连续评估高温高压流体粘度和剪切稳定性的实验装置，由左右对称的两部分组成，左边部分由电脑控制终端一、恒速恒压泵一、电磁阀一、中间容器一、电磁阀二、螺旋管一、转换接头一依次连接而成，压力表一和压力表二分别安装在螺旋管一前端和后端；右边部分由电脑控制终端二、恒速恒压泵二、电磁阀三、中间容器二、电磁阀四、螺旋管二、转换接头二依次连接而成，压力表三和压力表四分别安装在螺旋管二前端和后端；左边部分和右边部分中部的转换接头一和转换接头二采用毛细管连接在一起；

进一步的，所述恒速恒压泵一和恒速恒压泵二，其工作压力为0.1～70MPa，精度为0.01mL/min。

进一步的，所述中间容器一和中间容器二为高温高压中间容器，其容积为1L，工作压力范围0.1～70MPa，工作温度范围25～200℃。

进一步的，所述螺旋管一和螺旋管二，管长均为10m，内径为8mm，最高承压60MPa，耐温范围25～150℃。

进一步的，所述毛细管长度为0.5m，其内径分为0.1mm、0.5mm、1mm、2mm四个规格，耐压值为60MPa，耐温范围为25～150℃。

本发明的有益之处在于：

本发明结构简单，安装方便，实际应用效果良好，实验步骤简单，易于操作，能针对不同地层流体体系，在线评估其在高温高压条件下的剪切稳定性和粘度；避免了传统高温高压流变特征测试过程中样品转样易失败，样品粘度过高不能测试，不同压力条件下不能保证测试的样品的绝对量等不足，能够定量表征包括地层流体，聚合物，凝胶体系以及泡沫等多种流体的在高温高压条件下的粘度和剪切稳定性；设置两组螺旋管，并且中间通过毛细管连接，能一次性检测两部分的粘度，且通过毛细管实现剪切稳定性测试；并且成本低，易实现，为高温高压条件下流体的流变特性研究提供更为稳定的测试平台。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中所示：1-电脑控制终端一；2-恒速恒压泵一；3-电磁阀一；4-中间容器一；5-电磁阀二；6-压力表一；7-螺旋管一；8-压力表二；9-转换接头一；10-毛细管；11-转换接头二；12-压力表三；13-螺旋管二；14-压力表四；15-电磁阀三；16-中间容器二；17-电磁阀四；18-恒速恒压泵二；19-电脑控制终端二；20-烘箱。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种连续评估高温高压流体粘度和剪切稳定性的实验装置，包括控制器组、泵组、阀门组、中间容器组、压力表组、长管线组、转换接头组、毛细管10、恒温烘箱20；所述控制器组由电脑控制终端一1和电脑控制终端二19及配套控制线路组成；所述泵组由恒速恒压泵一2和恒速恒压泵二18组成；所述中间容器组由中间容器一4和中间容器二16组成；所述阀门组由电磁阀一3、电磁阀二5、电磁阀三15和电磁阀四17组成；所述压力表组由压力表一6、压力表二8、压力表三12、压力表四14组成；所述长管线组由螺旋管一7和螺旋管二13组成；所述转换接头由转换接头一9和转换接头二11组成；所述一种评估流体在高温高压条件下粘度的实验装置，由左右对称的两部分组成，左边部分由电脑控制终端一1、恒速恒压泵一2、电磁阀一3、中间容器一4、电磁阀二5、螺旋管一6、转换接头一9依次连接而成，压力表一6和压力表二8分别安装在螺旋管一7前端和后端；右边部分由电脑控制终端二19、恒速恒压泵二18、电磁阀三15、中间容器二16、电磁阀四17、螺旋管二13、转换接头二11依次连接而成，压力表三12和压力表四14分别安装在螺旋管二13前端和后端；左边部分和右边部分中部的转换接头一9和转换接头二11采用毛细管10连接在一起；

实施例：

将所有设备按照图1的顺序连接好。将烘箱20的温度设置为实验目标温度，静置6h，确保系统的温度达到目标温度并维持。然后将样品转移至中间容器一4，打开电磁阀一3，通过恒速恒压泵一2将压力保持在目标压力。打开电磁阀二5，电磁阀三15和电磁阀四17，将中间容器一4中的样品恒速注入到螺旋管一7中，待压力表一6和压力表二8上的压力稳定以后读取压差，用背景技术中公布的公式1中的模型计算样品初始粘度。样品经过毛细管10以后发生剪切效应，然后通过螺旋管二13进入中间容器二16。当样品完全进入中间容器二16以后，关闭恒速恒压泵一2，打开恒速恒压泵二18，以相同的速率将中间容器二16中的样品注入螺旋管二13中，此时待压力表三12和压力表四14的数值稳定以后，读取压差ΔP₁，用背景技术中公布的公式1的模型计算第一次剪切以后的样品的粘度。待所有样品进入中间容器二4以后，重复以上步骤即可在线评估样品在高温高压条件下的粘度和剪切稳定性。以上所有注入过程均通过电脑控制终端一1和电脑控制终端二19实现。

本发明针对不同地层流体的性质，测试机理有部分差异，具体是：针对地层流体通过本发明能够通过在高温高压过程中，恒速将流体从中间容器组泵入长管线组，记录长管线组前后的压差ΔP₁，从而计算油藏条件下的地层流体的粘度。

针对聚合物和凝胶等体系，将定量的体系装入中间容器组中，以一定的流速将其泵入长管线组，通过记录压差计算出其在地层条件下的初始粘度μ。然后通过毛线管10模拟地层大孔隙，所有体系经过毛细管10均发生剪切效应，因此进入中间容器二16后的体系经过剪切，粘度已经发生变化。聚合物的流经毛细管10剪切速率γ：

$>\gamma =\frac{4Q}{{\mathrm{\pi R}}_1^3}---\left(1\right)$>

R₁为此时的毛细管10的半径。

当所有体系进入中间容器二16以后，在通过恒速恒压泵二18将中间容器二16中的体系注入螺旋管二13，此时通过检测螺旋管二13的前后的压差ΔP₂后可以计算剪切后的体系的粘度。

聚合物流经毛细管10时的有效粘度(μ_e)可以由公式2计算：

$>{\mu }_e=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_1}{{\mathrm{\Delta P}}_2}---\left(2\right)$>

根据公式3、4、5计算当前流速下的粘度损失：

$>{\mu }_1=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_n{\mathrm{\pi R}}^4}{8QL}---\left(3\right)$>

$>{\mu }_0=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_n{\mathrm{\pi R}}^4}{2QL(m+3)}---\left(4\right)$>

式中：

ΔP_n为当前的压力差，μ₁为聚合物粘度，R为毛细管半径，L为毛细管10的长度，Q为注入速度，

重复以上步骤，就能够在线评估体系在高温高压条件下的剪切稳定性。

针对泡沫体系，本发明主要用于检测地下起泡时的泡沫流变性。通过将泡沫体系注入长管线组，通过毛细管10的剪切作用，体系会发生剪切做成形成泡沫，此时当所有泡沫体系进入中间容器二16，再将中间容器二16的中的生成的泡沫注入螺旋管二13，就能够就算体系在地层条件下的生成的泡沫的流变性。通过更换不同毛细管10，可以模拟泡沫体系在不同直径条件下的起泡情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。