一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置

摘要

本发明公开了一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置，涉及石油勘探开发领域，包括有恒温箱、输入系统、数据采集系统和调控系统，恒温箱内设有填砂管，填砂管首尾分别连接输入系统和调控系统，填砂管上等距设有多个压力传感器，多个压力传感器连接数据采集系统；其特征在于，恒温箱内设有恒温组件，恒温组件包括多个进气排，进气排外接进气管，恒温箱外设温控组件，温控组件连接进气管，温控组件由于调节进气管内气体温度。本发明的目的在于提供一种可复制各种实验条件、温度分布均匀且测量精度高的泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置。

说明书

技术领域

本发明属于石油勘探开发领域，具体涉及一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

泡沫为假塑性流体，具有独特的渗流特征，能够选择性封堵高渗透层，扩大波及体积而大幅度提高采收率。在高温、高盐油藏条件下泡沫驱的应用效果受到影响，为改善泡沫驱现场应用效果提供依据，从而要认识不同泡沫体系的运移特征。

现有技术如名为《Three-dimensional pore structure model and method forfabricating the same, experiment system and transparent experiment methodforreplicating fluid displacement process within rock pore structure》的发明专利，此发明专利公开号为US11391661B2。此发明公开了一种复制天然岩体孔隙结构中流体驱替的实验系统及透明实验方法。提取天然孔隙结构，利用图像处理方法重建天然岩体对应的数字孔隙模型。在此基础上，通过3D打印装置打印出内部结构透明可视的三维孔隙结构模型，使得三维孔隙结构模型内部孔隙空间可视化。通过上述方式，此发明能够在进行驱渗实验时，将天然岩体内部驱渗过程中的整个流体流动进行复制，并从外部直观观察。进一步地，可以精确控制温度，流量和压力，以复制各种实验条件，从而对渗流场和流体速度场的分布特征进行定量分析。此发明实验过程中温度无法均匀的控制。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可复制各种实验条件、温度分布均匀且测量精度高的泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置，包括有恒温箱、输入系统、数据采集系统和调控系统，恒温箱内设有填砂管，填砂管首尾分别连接输入系统和调控系统，填砂管上等距设有多个压力传感器，多个压力传感器连接数据采集系统；

恒温箱内设有恒温组件，恒温组件包括多个进气排，进气排外接进气管，恒温箱外设温控组件，温控组件连接进气管，温控组件由于调节进气管内气体温度；

恒温箱内壁上设有出气管，出气管连接温控组件。

通过对整体装置的设计，首先挑选合适的填砂管，即根据不同的实验需求挑选不同粗细和长短的填砂管，并用石英砂对填砂管填砂制成填砂模型，并对填砂后的填砂管进行密闭性测试，通过密闭性测试后，采用真空泵对填砂管抽真空，进行饱和底层水的操作，测量空隙体积；之后将填砂管接入到实验流程中。通过恒温组件将恒温箱内部温度保持在目标温度，即将填砂模型的温度保持在目标温度，从而可测定填砂模型的渗透率。在填砂管上等距设置有多个压力传感器，通过多个压力传感器可以按照驱替方向将填砂管分为多段。更进一步的，在填砂管入口端和出口端设置压力传感器以及在填砂管上均匀设置两个压力传感器，即将填砂管分为等距三段，按照驱替方向分为前段、中段和后段。在开展实验后，记录各个位置压力传感器压力变化情况，再根据达西渗透理论，可以将测得的压力值转化为泡沫黏度。

通过对恒温组件的设计，温控组件将合适温度的气体通过进气管输入到进气排内，通过进气排将气体送入到恒温箱内以保持恒温箱内温度，保证实现数据的精准。更进一步的，进气排复数设置，同时进气排在恒温箱内对向设置。更进一步的，在恒温箱内上下两端对向设置进气排，实现了恒温箱箱内上下两端同时进气，解决了恒温箱上下温差的问题。

并在恒温箱上设有出气管，出气管与温控组件连接，从而实现温控恒温箱内的气体循环使用，有利于气体中未利用的部分可以在下一次循环中继续使用，有利于提高温控组件节能效果；此外相较于初始气体，回流气体的温度更容易调整至目标温度。

调控系统包括回压阀、分析天平和手摇泵，调控系统用于控制回压，同时调控系统也可以进行测量。

根据本发明一实施例，进气排包括多个进气支管，多个进气支管的一端通过混合进气件连接进气管，进气支管另一端封闭，进气支管上设有多个出气件，进气支管靠近恒温箱内壁一侧设有多个第一支撑件。

目标温度的气体从温控组件通过进气管进入到进气排后，会通过混合进气件分流进入多个进气支管中，并通过进气支管上设置的多个出气件进入到恒温箱内。多个进气支管和进气支管上设置的出气件均用于气体均匀的进入到恒温箱内，有利于保证恒温箱内部温度分布均匀，进而防止填砂管温度分布不均匀导致实验数据错误或不准确。更进一步的，出气件均匀间隔布设于进气支管两侧，可以增大气体进入恒温箱内时扩散范围，进一步提高恒温箱内温度的均匀程度。

根据本发明一实施例，第一支撑件包括支撑基座，支撑基座上设有圆台状第一柔性件，第一柔性件中空设置，第一柔性件大端固联支撑基座，第一柔性件小端与进气支管连通。

通过对第一支撑件的设计，是的进气支管的排气过程中，部分气体通过第一柔性件小端进入到第一柔性件内部并暂留，利用暂留的气流以促使第一柔性件形变，促使进气支管相较于支撑支撑基座的间距变化，进而控制出气件在恒温箱内位置变化，通过此方式来控制出气件的出气范围变化，解决排气件排气过程中与底部/顶部接触的恒温箱箱壁局部温度过高的问题。

根据本发明一实施例，第一柔性件内设有第一弹簧，第一弹簧贴合第一柔性件内壁设置，第一柔性件外侧环绕设有多个加强肋。

通过在第一柔性件内贴合设置有第一弹簧，第一弹簧可以保证第一柔性件的强度，防止当气体进入到第一柔性件内时，由于气体压强过大，对第一柔性件产生较大的冲击力，导致第一柔性件失效的情况发生；同时，第一弹簧给柔性件提供一个向上的支撑力，保证在整体装置未工作状态下，第一柔性件的支撑状态保持；此外，第一弹簧可以保持进气支管与支撑底框间距处于控制范围内。通过第一柔性件外侧环绕设置有多个加强肋，可以进一步提高第一柔性件的强度，同时可以保证第一柔性件的形变在规定范围之内。

根据本发明一实施例，出气件包括出气转板，出气转板通过出气转管与进气支管连接，出气转管用于出气转板的旋转。

通过对出气件的设置，气体进入空气支管后会通过出气件排出，出气件出气口位于出气转管上，通过出气转动管排出气体过程中带动出气转板旋转，进而实现对不同的方向进行进气，避免气流集中冲击恒温箱定点位置导致局部温度过高，以及集中冲击导致的冲击物形变等问题出现；各个出气件的旋转进气方式其有助于恒温箱内部的气流流动，达到恒温箱内部各处温度均衡的问题避免出现箱内温差凝结水珠等现象出现，且促进各处气流的流动的基础上，旋转气流可促进恒温箱上下内壁的积聚物位移，促进其排出。

根据本发明一实施例，输入系统包括气罐、地层水罐和工作液罐，气罐、地层水罐和工作液罐均与混合室连通，混合室一端连接有进料管，进料管与填砂管连通，混合室底侧设有多个减震组件；

气罐连通第一泵体，地层水罐和工作液罐通过三通阀门连通第二泵体。

混合室用于将气罐和工作液罐内的介质进行混合，进而形成实验所需要相应的泡沫，以达到实验要求，底层水罐与工作液罐共用第二泵体，通过一个三通阀对第二泵体的方向进行控制。当混合室工作以及泵体工作时，混合室会产生较大的震动，通过设置有减震组件可以降低震动对混合室内部泡沫或其他介质的影响，以提高实验的准确性。

更进一步的，气管靠近混合室一端设有气体质量流量计。

更进一步的，气罐、地层水罐、工作液罐和混合室设置于恒温箱内，减震组件底侧连接恒温箱内底板。通过气罐、地层水罐、工作液罐和混合室设置于恒温箱内，可以使得气罐、地层水罐、工作液罐和混合室始终处于目标温度，进而使得需要输入到填砂管内的介质处于目标温度，有利于提高实验结果的精度。

根据本发明一实施例，减震组件包括液压减震器，液压减震器包括油缸、活塞、储油筒、缸端密封和进油阀，活塞位于油缸内端部设有柱塞，柱塞外侧与油缸贴合设置，柱塞包括柱塞本体，柱塞本体上设有不少于一个柱塞孔，柱塞本体上设有阻尼件，阻尼件与柱塞孔配合设置。

在减震或冲击吸收过程中，活塞会随之上下移动，在柱塞上设置有阻尼件，可以实现在有加大的震动或冲击时，实现对震动或冲击能量的吸收，从而阻尼件可以实现对柱塞的保护，防止在较大的冲击或震动时，造成柱塞损坏。通过对减震组件的设置，通过采用液压减震器可以对进料管的纵向震动和横向震动进行吸收，保证混合室内部的泡沫的质量。液压减震器一端连接进料管，另一端连接地面或其他固定物。

更进一步的，液压减震器外侧间隔环绕设有第二弹簧。第二弹簧一端连接进料管，另一端与对应的液压减震器连接相同的地面或其他固定物。通过第二弹簧的设置，可以进一步实现对进料管的震动进行吸收。

根据本发明一实施例，阻尼件包括中空设置阻尼基体，阻尼基体一端面设有一个止回阀孔和一个通油孔，止回阀孔内设有止回阀，阻尼基体内设有膜片，膜片靠近止回阀孔一端抵接第三弹簧，膜片与第三弹簧之间设有支撑板；阻尼基体另一端面设有通孔。

活塞压缩移动过程中，柱塞随活塞移动，此时止回阀打开，膜片会向止回阀方向移动，阻尼基体止回阀一侧的液体会从止回阀和通油孔流出，另一侧介质会通过通孔流入到阻尼基体内，膜片会阻隔两方向的流通，同时弹簧的设置可以吸收液体的冲击力；当活塞延伸过程中，止回阀关闭，此时介质只能通过通油孔回到阻尼基体靠近通油孔一侧，另一侧设置有通孔，介质可以自由出入，故近乎没有阻力，进而在第二弹簧的作用下，整体装置恢复初始状态。通过上述设计，阻尼件可对瞬时或较小的冲击和震动有较好的吸收，进而可以保证混合室的稳定性，保证混合室和进料管道内泡沫或其他介质的质量，提高整体装置的实验质量。

附图说明

图1为一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置流程示意图；

图2为恒温箱剖视示意图；

图3为恒温箱剖视主视示意图；

图4为进气排立体示意图；

图5为图4局部放大图；

图6为第一支撑件立体示意图；

图7为第一支撑件剖视示意图；

图8为液压减震器部分剖视示意图；

图9为阻尼件剖视示意图；

图10为实施例2中一种出气转板示意图；

图11为实施例2中一种出气转板示意图；

图12为实施例2中一种出气转板示意图。

附图标号：恒温箱1，填砂管10，压力传感器11，输入系统2，气罐21，第一泵体211，地层水罐22，第二泵体221，三通阀门222，工作液罐23，混合室24，进料管25，减震组件26，液压减震器261，活塞262，油缸263，柱塞本体264，柱塞孔265，阻尼件27，阻尼基体271，止回阀孔272，通油孔273，止回阀274，膜片275，第三弹簧276，支撑板277，通孔278，气体质量流量计28，调控系统3，回压阀31，分析天平32，手摇泵33，恒温组件4，进气排41，进气支管411，混合进气件412，进气管42，温控组件43，出气管44，出气件45，出气转板451，出气转管452，第一支撑件46，支撑基座461，第一柔性件462，第一弹簧463，加强肋464，支撑框465。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9所示，本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置，包括有恒温箱1、输入系统2、数据采集系统和调控系统3，恒温箱1内设有填砂管10，填砂管10首尾分别连接输入系统2和调控系统3，填砂管10上等距设有多个压力传感器11，多个压力传感器11连接数据采集系统；

恒温箱1内设有恒温组件4，恒温组件4包括多个进气排41，进气排41外接进气管42，恒温箱1外设温控组件43，温控组件43连接进气管42，温控组件43由于调节进气管42内气体温度；

恒温箱1内壁上设有出气管44，出气管44连接温控组件43。

通过对整体装置的设计，首先挑选合适的填砂管10，即根据不同的实验需求挑选不同粗细和长短的填砂管10，并用石英砂对填砂管10填砂制成填砂模型，并对填砂后的填砂管10进行密闭性测试，通过密闭性测试后，采用真空泵对填砂管10抽真空，进行饱和底层水的操作，测量空隙体积；之后将填砂管10接入到实验流程中。通过恒温组件4将恒温箱1内部温度保持在目标温度，即将填砂模型的温度保持在目标温度，从而可测定填砂模型的渗透率。在填砂管10上等距设置有多个压力传感器11，通过多个压力传感器11可以按照驱替方向将填砂管10分为多段。更进一步的，在填砂管10入口端和出口端设置压力传感器11以及在填砂管10上均匀设置两个压力传感器11，即将填砂管10分为等距三段，按照驱替方向分为前段、中段和后段。在开展实验后，记录各个位置压力传感器11压力变化情况，再根据达西渗透理论，可以将测得的压力值转化为泡沫黏度。

通过对恒温组件4的设计，温控组件43将合适温度的气体通过进气管42输入到进气排41内，通过进气排41将气体送入到恒温箱1内以保持恒温箱1内温度，保证实现数据的精准。更进一步的，进气排41复数设置，同时进气排41在恒温箱1内对向设置。更进一步的，在恒温箱1内上下两端对向设置进气排41，实现了恒温箱1箱内上下两端同时进气，解决了恒温箱1上下温差的问题。

并在恒温箱1上设有出气管44，出气管44与温控组件43连接，从而实现温控恒温箱1内的气体循环使用，有利于气体中未利用的部分可以在下一次循环中继续使用，有利于提高温控组件43节能效果；此外相较于初始气体，回流气体的温度更容易调整至目标温度。

调控系统3包括回压阀31、分析天平32和手摇泵33，调控系统3用于控制回压，同时调控系统3也可以进行测量。

进气排41包括多个进气支管411，多个进气支管411的一端通过混合进气件412连接进气管42，进气支管411另一端封闭，进气支管411上设有多个出气件45，进气支管411靠近恒温箱1内壁一侧设有多个第一支撑件46。

目标温度的气体从温控组件43通过进气管42进入到进气排41后，会通过混合进气件412分流进入多个进气支管411中，并通过进气支管411上设置的多个出气件45进入到恒温箱1内。多个进气支管411和进气支管411上设置的出气件45均用于气体均匀的进入到恒温箱1内，有利于保证恒温箱1内部温度分布均匀，进而防止填砂管10温度分布不均匀导致实验数据错误或不准确。更进一步的，出气件45均匀间隔布设于进气支管411两侧，可以增大气体进入恒温箱1内时扩散范围，进一步提高恒温箱1内温度的均匀程度。

第一支撑件46包括支撑基座461，支撑基座461上设有圆台状第一柔性件462，第一柔性件462中空设置，第一柔性件462大端固联支撑基座461，第一柔性件462小端与进气支管411连通。

通过对第一支撑件46的设计，是的进气支管411的排气过程中，部分气体通过第一柔性件462小端进入到第一柔性件462内部并暂留，利用暂留的气流以促使第一柔性件462形变，促使进气支管411相较于支撑支撑基座461的间距变化，进而控制出气件45在恒温箱1内位置变化，通过此方式来控制出气件45的出气范围变化，解决排气件排气过程中与底部/顶部接触的恒温箱1箱壁局部温度过高的问题。

第一柔性件462内设有第一弹簧463，第一弹簧463贴合第一柔性件462内壁设置，第一柔性件462外侧环绕设有多个加强肋464。

通过在第一柔性件462内贴合设置有第一弹簧463，第一弹簧463可以保证第一柔性件462的强度，防止当气体进入到第一柔性件462内时，由于气体压强过大，对第一柔性件462产生较大的冲击力，导致第一柔性件462失效的情况发生；同时，第一弹簧463给柔性件提供一个向上的支撑力，保证在整体装置未工作状态下，第一柔性件462的支撑状态保持；此外，第一弹簧463可以保持进气支管411与支撑底框间距处于控制范围内。通过第一柔性件462外侧环绕设置有多个加强肋464，可以进一步提高第一柔性件462的强度，同时可以保证第一柔性件462的形变在规定范围之内。

更进一步的，支撑基座461周围环绕延伸有支撑框465，支撑框465与加强肋464连接。通过支撑框465的设置，可以提高加强肋464的强度，进一步提高第一柔性件462的强度，同时可以保证第一柔性件462的形变在规定范围之内。

出气件45包括出气转板451，出气转板451通过出气转管452与进气支管411连接，出气转管452用于出气转板451的旋转。

通过对出气件45的设置，气体进入空气支管后会通过出气件45排出，出气件45出气口位于出气转管452上，通过出气转动管排出气体过程中带动出气转板451旋转，进而实现对不同的方向进行进气，避免气流集中冲击恒温箱1定点位置导致局部温度过高，以及集中冲击导致的冲击物形变等问题出现；各个出气件45的旋转进气方式其有助于恒温箱1内部的气流流动，达到恒温箱1内部各处温度均衡的问题避免出现箱内温差凝结水珠等现象出现，且促进各处气流的流动的基础上，旋转气流可促进恒温箱1上下内壁的积聚物位移，促进其排出。

输入系统2包括气罐21、地层水罐22和工作液罐23，气罐21、地层水罐22和工作液罐23均与混合室24连通，混合室24一端连接有进料管25，进料管25与填砂管10连通，混合室24底侧设有多个减震组件26；

气罐21连通第一泵体211，地层水罐22和工作液罐23通过三通阀门222连通第二泵体221。

混合室24用于将气罐21和工作液罐23内的介质进行混合，进而形成实验所需要相应的泡沫，以达到实验要求，底层水罐与工作液罐23共用第二泵体221，通过一个三通阀对第二泵体221的方向进行控制。当混合室24工作以及泵体工作时，混合室24会产生较大的震动，通过设置有减震组件26可以降低震动对混合室24内部泡沫或其他介质的影响，以提高实验的准确性。

更进一步的，气管靠近混合室24一端设有气体质量流量计28。

更进一步的，气罐21、地层水罐22、工作液罐23和混合室24设置于恒温箱1内，减震组件26底侧连接恒温箱1内底板。通过气罐21、地层水罐22、工作液罐23和混合室24设置于恒温箱1内，可以使得气罐21、地层水罐22、工作液罐23和混合室24始终处于目标温度，进而使得需要输入到填砂管10内的介质处于目标温度，有利于提高实验结果的精度。

减震组件26包括液压减震器261，液压减震器261包括油缸263、活塞262、储油筒、缸端密封和进油阀，活塞262位于油缸263内端部设有柱塞，柱塞外侧与油缸263贴合设置，柱塞包括柱塞本体264，柱塞本体264上设有不少于一个柱塞孔265，柱塞本体264上设有阻尼件27，阻尼件27与柱塞孔265配合设置。

在减震或冲击吸收过程中，活塞262会随之上下移动，在柱塞上设置有阻尼件27，可以实现在有加大的震动或冲击时，实现对震动或冲击能量的吸收，从而阻尼件27可以实现对柱塞的保护，防止在较大的冲击或震动时，造成柱塞损坏。通过对减震组件26的设置，通过采用液压减震器261可以对进料管25的纵向震动和横向震动进行吸收，保证混合室24内部的泡沫的质量。液压减震器261一端连接进料管25，另一端连接地面或其他固定物。

更进一步的，液压减震器261外侧间隔环绕设有第二弹簧。第二弹簧一端连接进料管25，另一端与对应的液压减震器261连接相同的地面或其他固定物。通过第二弹簧的设置，可以进一步实现对进料管25的震动进行吸收。

阻尼件27包括中空设置阻尼基体271，阻尼基体271一端面设有一个止回阀孔272和一个通油孔273，止回阀孔272内设有止回阀274，阻尼基体271内设有膜片275，膜片275靠近止回阀孔272一端抵接第三弹簧276，膜片275与第三弹簧276之间设有支撑板277；阻尼基体271另一端面设有通孔278。

活塞262压缩移动过程中，柱塞随活塞262移动，此时止回阀274打开，膜片275会向止回阀274方向移动，阻尼基体271止回阀274一侧的液体会从止回阀274和通油孔273流出，另一侧介质会通过通孔278流入到阻尼基体271内，膜片275会阻隔两方向的流通，同时弹簧的设置可以吸收液体的冲击力；当活塞262延伸过程中，止回阀274关闭，此时介质只能通过通油孔273回到阻尼基体271靠近通油孔273一侧，另一侧设置有通孔278，介质可以自由出入，故近乎没有阻力，进而在第二弹簧的作用下，整体装置恢复初始状态。通过上述设计，阻尼件27可对瞬时或较小的冲击和震动有较好的吸收，进而可以保证混合室24的稳定性，保证混合室24和进料管25道内泡沫或其他介质的质量，提高整体装置的实验质量。

实施例2：

图10-12示意性的显示了根据本发明另一实施方式的一种泡沫在多孔介质中的运移特征研究装置，与实施例1的不同之处在于出气转板451的设置。

如图10-12为出气转板451的不同设置，可以改变进入恒温箱1内气体流向和出气转板451旋转速度，可以对不同的实验目的采用不同的出气转板451以达到合适的实验条件。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。