一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法.pdf

本发明提供了一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法。该评价系统的结构为：分液罐与主体装置连接，观察窗位于主体装置侧表面，加热片贴附于主体装置内壁上，压力平衡管线连接分液罐顶部和主体装置顶部，液体输出管线连接于主体装置顶部，回压阀与冷凝管设置于液体输出管线上，收集装置位于液体输出管线下方，主体装置底部泡排剂溶液输入管线上设有平流泵；主体装置底部气源输入管线上设有增压泵和气体流量计。本发明的评价方法是采用该评价系统对泡排剂起泡力、泡沫动态性能进行评价。本发明提供的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法能够扩大泡排剂起泡力评价温度范围，并且评价压力对泡排剂性能的影响。

权利要求书
1.  一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其包括：
主体装置、观察窗、电加热片、分液罐、压力平衡管线、平流泵、增压泵、气体流量计、冷凝管、收集装置、液体输出管线以及回压阀；
所述分液罐底部的液体出口通过管线连接于所述主体装置顶部的试剂注入口；
所述观察窗位于所述主体装置的侧表面；
所述电加热片贴附于所述主体装置的内壁上；
所述压力平衡管线连接于所述分液罐顶部的压力调节口和所述主体装置顶部的压力调节口；
所述液体输出管线连接于所述主体装置顶部的液体出口，并且所述回压阀与所述冷凝管设置于所述液体输出管线上，所述收集装置位于所述液体输出管线下方；
所述主体装置底部的泡排剂溶液入口通过管线连接于泡排剂溶液储存装置并在该管线上设有所述平流泵；
所述主体装置底部的气体入口通过管线连接于气源并在该管线上设有所述增压泵和所述气体流量计。

2.  根据权利要求1所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其中，所述主体装置为不锈钢油管。

3.  根据权利要求1所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其中，所述分液罐为不锈钢罐。

4.  根据权利要求1所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其中，所述观察窗装有抗压强度30MPa以上的高强度抗压玻璃。

5.  根据权利要求1所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其中，所述观察窗的数量为3个。

6.  根据权利要求1所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其中，所述收集装置为量筒。

7.  一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法，其是采用权利要求1-6任一项所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统进行评价的方法，该方法包括以下步骤：
(1)泡排剂起泡力评价：1)将分液罐抽真空，吸入测试泡排剂样品溶液；2) 打开压力平衡管线，关闭分液罐与主体装置之间连通的阀门，通过增压泵缓慢向主体装置注入气源，以使主体装置和分液罐内压力升高到测试压力；3)调节回压阀到压力值为测试压力，用平流泵向主体装置注入测试泡排剂样品溶液；4)打开电加热片电源加热至测试温度；5)快速打开分液罐与主体装置之间连通的阀门，使分液罐中的测试泡排剂样品溶液注入到主体装置之中；6)待分液罐中的测试泡排剂样品溶液全部注入到主体装置之后记下初始泡沫体积，并开始计时；7)连续观察泡沫体积的变化，当泡沫体积变为初始泡沫体积的一半时记下所经历的时间，即为泡沫的半衰期；
(2)泡沫动态性能评价：1)关闭压力平衡管线，关闭分液罐与主体装置之间连通的阀门，通过增压泵缓慢向主体装置注入气源，以使主体装置和分液罐内压力升高到测试压力；2)用平流泵向主体装置注入测试泡排剂样品溶液；3)打开电加热片电源加热至测试温度；4)调节回压阀到压力值为测试压力，设定气体流量计的流量，开启冷凝管水循环；5)通过增压泵连续向主体装置注入气源；6)关闭增压泵，记录量筒内液体的体积，量筒内液体的体积/连续注入气源的时间，即为携液效率，代表泡沫动态性能。

8.  根据权利要求7所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法，其中，泡排剂起泡力评价中，分液罐吸入的测试泡排剂样品溶液的量为150mL；用平流泵向主体装置注入的测试泡排剂样品溶液的量为50mL。

9.  根据权利要求7所述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法，其中，泡沫动态性能评价中，用平流泵向主体装置注入的测试泡排剂样品溶液的量为200mL；设定气体流量计的流量为20mL/s；通过增压泵连续向主体装置注入气源的时间为5min。

说明书一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法
技术领域
本发明涉及一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法，属于天然气开采领域中的化学剂室内评价实验技术领城。
背景技术
目前石油天然气行业采用的泡排剂评价标准是泡沫排水采气用起泡剂评价方法(SY/T 6465-2000)，评价的参数包括一般性质评价、表(界)面张力评价、起泡力评价、泡沫动态性能评价、热稳定性评价以及热稳定性评价。在这些评价参数中起泡力与泡沫动态性能是最关键的参数，这两个参数指标的好坏直接影响到泡沫排水采气工艺的实施效果。在标准SY/T 6465-2000中，起泡力的评价采用的是Ross-Miles法，应用的仪器是罗氏米尔泡沫测定仪，泡沫动态性能的评价采用的是泡沫动态性能评价装置。起泡力的评价考虑了温度的影响，评价范围是室温至90℃。
近年来，随着我国气田开发走向深部储层，一大批地层温度大于90℃的气藏被发现和开采，目前的评价装置及方法不能满足这部分气田泡排剂评价的温度要求；另外，现场应用和实验室研究发现压力对泡排剂起泡力、泡沫动态性的影响也较大，但SY/T 6465-2000标准中没有规定对应的评价方法。可见，目前的泡排剂起泡力、泡沫动态性评价装置及方法不能够满足高于90℃温度的起泡力评价，以及不能进行压力对泡排剂起泡力、泡沫动态性影响的评价。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法。本发明的评价系统将常规的起泡力与泡沫动态性能评价设备合二为一，能够增加泡排剂起泡力评价温度范围，并且能够评价压力对泡排剂性能的影响。
为达上述目的，本发明提供一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，其包括：
主体装置、观察窗、电加热片、分液罐、压力平衡管线、平流泵、增压泵、气体流量计、冷凝管、收集装置、液体输出管线以及回压阀；
所述分液罐底部的液体出口通过管线连接于所述主体装置顶部的液体入口；
所述观察窗位于所述主体装置的侧表面；
所述电加热片贴附于所述主体装置的内壁上；
所述压力平衡管线连接于所述分液罐顶部的压力调节口和所述主体装置顶部的压力调节口；
所述液体输出管线连接于所述主体装置顶部的液体出口，并且所述回压阀与所述冷凝管设置于所述液体输出管线上，所述收集装置位于所述液体输出管线下方；
所述主体装置底部的泡排剂溶液入口通过管线连接于泡排剂溶液储存装置并在该管线上设有所述平流泵；
所述主体装置底部的气体入口通过管线连接于气源并在该管线上设有所述增压泵和所述气体流量计。
在上述系统中，所述主体装置底部具有还液体出口；所述分液罐顶部还具有液体入口。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统还包括数个阀门，这些阀门的位置可由本领域技术人员进行常规的选择。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统中，优选地，所述主体装置为不锈钢油管。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统中，优选地，所述分液罐为不锈钢罐。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统中，优选地，所述观察窗为抗压强度30MPa以上的高强度抗压玻璃。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统中，优选地，所述观察窗的数量为3个。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统中，优选地，所述收集装置为量筒。
另一方面，本发明还提供一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法，其是采用上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统进行评价的方法，该方法包括以下步骤：
(1)泡排剂起泡力评价：1)将分液罐抽真空，吸入测试泡排剂样品溶液；2)打开压力平衡管线，关闭分液罐与主体装置之间连通的阀门，通过增压泵缓慢向主体装置注入气源，以使主体装置和分液罐内压力升高到测试压力；3)调节回压阀到压 力值为测试压力，用平流泵向主体装置注入测试泡排剂样品溶液；4)打开电加热片电源加热至测试温度；5)快速打开分液罐与主体装置之间连通的阀门，使分液罐中的测试泡排剂样品溶液注入到主体装置之中；6)待分液罐中的测试泡排剂样品溶液全部注入到主体装置之后记下初始泡沫体积，并开始计时；7)连续观察泡沫体积的变化，当泡沫体积变为初始泡沫体积的一半时记下所经历的时间，即为泡沫的半衰期；
(2)泡沫动态性能评价：1)关闭压力平衡管线，关闭分液罐与主体装置之间连通的阀门，通过增压泵缓慢向主体装置注入气源，以使主体装置和分液罐内压力升高到测试压力；2)用平流泵向主体装置注入测试泡排剂样品溶液；3)打开电加热片电源加热至测试温度；4)调节回压阀到压力值为测试压力，设定气体流量计的流量，开启冷凝管水循环；5)通过增压泵连续向主体装置注入气源；6)关闭增压泵，记录量筒内液体的体积，量筒内液体的体积/连续注入气源的时间，即为携液效率，代表泡沫动态性能。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法中，优选地，泡排剂起泡力评价中，分液罐吸入的测试泡排剂样品溶液的量为150mL；用平流泵向主体装置注入的测试泡排剂样品溶液的量为50mL。
在上述的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法中，优选地，泡沫动态性能评价中，用平流泵向主体装置注入的测试泡排剂样品溶液的量为200mL；设定气体流量计的流量为20mL/s；通过增压泵连续向主体装置注入气源的时间为5min。
相较于常规的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法，本发明的评价系统与方法主要包括以下改进：
1、使实验系统能加载压力，提高温度评价范围和能够进行压力影响评价
(1)将玻璃材质的主体装置替换为高强度、耐腐蚀的不锈钢材质，在其上开孔并装上高强度抗压玻璃作为观察窗，以便在实验过程中观察和测量实验过程中的现象和泡沫体积(高度)；
(2)将起泡力评价中的玻璃材质的滴液管用不锈钢材质的抗压容器分液罐代替，并在主体装置与分液罐之间连接压力平衡管线，以便在带压实验过程中调节两个容器之间的压力平衡；
(3)添加了增压泵，能够给实验系统提供满足压力条件的气源；
(4)在主体装置的顶部增加了回压阀，能够保证主体装置内能够憋住足够的压 力，使得主体装置内的试液在温度大于100℃后不沸腾，能够进行更高温度条件下的泡排剂性能评价，同时能够满足不同压力对泡排剂性能影响实验的开展(压力范围：0-25MPa)；
2、改变加热方式，提高了加热温度范围
采用电加热片的加热方法代替常规带循环水泵的恒温水浴的方法，从而可大大提高温度的评价范围，由目前的室温至90℃扩展到室温至200℃，可满足目前国内所有已发现气田的温度评价范围；
3、在主体装置的出口处增加冷凝管，提高了泡沫动态性评价的准确性
在主体装置的出口处增加冷凝管，可在高温条件下进行泡沫动态性能评价时，保证携带出的液体能以液体的形式收集到收集装置中，而不是以气体的形式飘散到空气中，从而更加准确的评价泡沫动态性能。
综上所述，本发明的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统与方法主要具有以下优点：使泡排剂起泡力评价温度范围大大增加，最高评价温度由90℃提高到200℃，可基本满足国内外绝大部分已开发气田的温度需求；实现评价过程可加载压力，更加接近气井实际的生产状态，最高可带压25MPa，可评价不同压力条件下泡排剂的起泡力和泡沫动态性。
附图说明
图1为实施例1的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统结构示意图。
图2为测试例的初始泡沫体积随温度的变化曲线。
图3为测试例的泡沫半衰期随温度的变化曲线。
图4为测试例的初始泡沫体积随压力的变化曲线。
图5为测试例的泡沫半衰期随压力的变化曲线。
图6为测试例的携液效率随压力的变化曲线。
主要组件符号说明：
主体装置1 观察窗2 电加热片3 分液罐4 压力平衡管线5
平流泵6 增压泵7 气体流量计8 冷凝管9 量筒10
液体输出管线11 回压阀12
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统，如图1所示，其包括：
主体装置1、观察窗2、电加热片3、分液罐4、压力平衡管线5、平流泵6、增压泵7、气体流量计8、冷凝管9、量筒10、液体输出管线11、回压阀12以及数个管线和阀门；
所述分液罐4底部的液体出口通过管线连接于所述主体装置1顶部的试剂注入口；
所述观察窗2位于所述主体装置1的侧表面； 
所述电加热片3贴附于所述主体装置1的内壁上； 
所述压力平衡管线5连接于所述分液罐4顶部的压力调节口和所述主体装置1顶部的压力调节口；
所述液体输出管线11连接于所述主体装置1顶部的液体出口，并且所述回压阀12与所述冷凝管9设置于所述液体输出管线11上，所述量筒10位于所述液体输出管线11下方；
所述主体装置1底部的泡排剂溶液入口通过管线连接于泡排剂溶液储存装置并在该管线上设有所述平流泵6；
所述主体装置1底部的气体入口通过管线连接于气源并在该管线上设有所述增压泵7和气体流量计8；
所述主体装置1底部具有液体出口；所述分液罐4顶部具有液体入口；
其中，所述主体装置1为不锈钢油管；
所述分液罐4为不锈钢罐； 
所述观察窗2为抗压强度30MPa的高强度抗压玻璃，其数量为3个。
实施例2
本实施例提供一种泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价方法，其是采用实施例1提供的泡排剂起泡力、泡沫动态性能评价系统进行评价的方法，该方法包括以下步骤：
(1)泡排剂起泡力评价：1)将分液罐4抽真空，吸入测试泡排剂样品溶液150mL；2)打开压力平衡管线5，关闭分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，通过增压泵7缓慢向主体装置1注入气源，以使主体装置1和分液罐4内压力升高到测试压力；3) 调节回压阀12到压力值为测试压力，用平流泵6向主体装置1注入测试泡排剂样品溶液50mL；4)打开电加热片3电源加热至测试温度；5)快速打开分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，使分液罐4中的测试泡排剂样品溶液注入到主体装置1之中；6)待分液罐4中的测试泡排剂样品溶液全部注入到主体装置1之后记下初始泡沫体积，并开始计时；7)连续观察泡沫体积的变化，当泡沫体积变为初始泡沫体积的一半时记下所经历的时间，即为泡沫的半衰期；
(2)泡沫动态性能评价：1)关闭压力平衡管线5，关闭分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，通过增压泵7缓慢向主体装置1注入气源，以使主体装置1和分液罐4内压力升高到测试压力；2)用平流泵6向主体装置1注入测试泡排剂样品溶液200mL；3)打开电加热片3电源加热至测试温度；4)调节回压阀12到压力值为测试压力，设定气体流量计8的流量为20mL/s，开启冷凝管9水循环；5)通过增压泵7连续向主体装置1注入气源5min；6)关闭增压泵7，记录量筒10内液体的体积，量筒10内液体的体积/5min即为携液效率，代表泡沫动态性能。
测试例
本测试例选择国内某气田实际的地层数据开展实验。为方便高低温下的对比，将泡排剂的起泡力分成起泡性和稳定性两个参数来进行评价，起泡性用初始泡沫体积V0表示，稳定性用泡沫半衰期T1/2表示；泡沫动态性能用携液效率表示，即每分钟的携液量。
1、温度对起泡力的影响实验
实验条件：地层水矿化度为214860mg/L；泡排剂样品溶液6种各1600mL，体积浓度为0.3％；为了分析高温对泡排剂性能的影响，防止温度大于100℃后溶液沸腾无法实验，加载实验压力为1.0MPa；实验温度为30-170℃。
实验步骤：(1)将分液罐4抽真空，吸入测试泡排剂样品溶液150mL；(2)打开压力平衡管线5，关闭分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，通过增压泵7缓慢向主体装置1注入气源，以使主体装置1和分液罐4内压力升高到1.0MPa；(3)调节回压阀12到压力值1.0MPa，用平流泵6向主体装置1注入测试泡排剂样品溶液50mL；(4)打开电加热片3电源加热至30℃；(5)快速打开分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，使分液罐4中的测试泡排剂样品溶液注入到主体装置1之中；(6)待分液罐4中的测试泡排剂样品溶液全部注入到主体装置1之后记下初始泡沫体积， 并开始计时；(7)连续观察泡沫体积的变化，当泡沫体积变为初始泡沫体积的一半时记下所经历的时间，即为泡沫的半衰期；(8)重复步骤(1)-(7)测试泡排剂样品分别在温度50℃、70℃、90℃、110℃、130℃、150℃、170℃条件下的泡沫的半衰期，评价泡排剂起泡力。采用该方法分别对6种泡排剂样品进行测试。
实验结果： 
(1)起泡性评价 
图2为初始泡沫体积随温度的变化曲线。从图2可以看出，随着温度的升高，六种样品的初始泡沫体积在90℃以下时呈缓慢下降趋势，变化幅度不大；但是，大于90℃以后分化较为明显，如样品2、3、5初始泡沫体积迅速下降，到150℃时这三种样品所起泡沫量很少，基本可以忽略。因此，若用90℃时的起泡能力外推更高温度的起泡能力，误差可能会很大。
(2)稳定性评价 
在实验高温对泡排剂起泡性的影响过程中，样品2、3、5无法耐90℃以上的温度，在后续的试验中不再进行实验。对剩下的样品1、4、6开展高温对泡排剂泡沫稳定性影响实验分析以及其他后续实验。
图3为泡沫半衰期随温度的变化曲线。从图3可以看出，随着温度的增加，三种泡排剂样品的泡沫半衰期都随之下降，稳定性变差，趋势也保持一致，但值得注意的是，在90℃以下时下降的较少也较为平缓；当温度大于90℃后泡沫半衰期急剧下降，其中在90-110℃区间下降的幅度最大，110℃的泡沫半衰期不到90℃时的一半，随着温度的进一步增加，泡沫半衰期持续降低，但降低幅度有所减小。
2、压力对起泡力的影响实验
实验条件：地层水矿化度为214860mg/L；泡排剂样品溶液3种各1600mL，体积浓度为0.3％；实验温度为150℃；实验压力为1.0-25MPa。
实验步骤：(1)将分液罐4抽真空，吸入测试泡排剂样品溶液150mL；(2)打开压力平衡管线5，关闭分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，通过增压泵7缓慢向主体装置1注入气源，以使主体装置1和分液罐4内压力升高到1.0MPa；(3)调节回压阀12到压力值1.0MPa，用平流泵6向主体装置1注入测试泡排剂样品溶液50mL；(4)打开电加热片3电源加热至150℃；(5)快速打开分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，使分液罐4中的测试泡排剂样品溶液注入到主体装置1之中；(6) 待分液罐4中的测试泡排剂样品溶液全部注入到主体装置1之后记下初始泡沫体积，并开始计时；(7)连续观察泡沫体积的变化，当泡沫体积变为初始泡沫体积的一半时记下所经历的时间，即为泡沫的半衰期；(8)重复步骤(1)-(7)测试泡排剂样品分别在压力3MPa、5MPa、8MPa、10MPa、12MPa、18MPa、25MPa条件下的泡沫的半衰期，评价泡排剂起泡力。采用该方法分别对3种泡排剂样品进行测试。
实验结果： 
(1)起泡性评价 
图4为初始泡沫体积随压力的变化曲线。从图4可以看出，三种泡排剂样品随压力的升高初始泡沫体积逐渐增加，但总体平均升幅较小，8MPa后升幅不再明显。
(2)稳定性评价 
在实验压力对泡排剂起泡性的影响的评价实验基础上，进一步开展实验压力对泡沫稳定性的影响的评价。图5为泡沫半衰期随压力的变化曲线。从图5可以看出，压力对泡沫稳定性的影响相对于起泡力要大的多，随着压力的增加，泡沫的稳定性会成倍的增加，当压力达到8MPa时各样品的泡沫半衰期是1MPa时的2-3倍，增加十分明显，但当压力大于8MPa后增加的幅度不再明显。
3、压力对泡沫动态性影响实验
实验条件：地层水矿化度为214860mg/L；泡排剂样品溶液3种各1600mL，体积浓度为0.3％；实验压力：1.0-25MPa；实验温度：150℃。
实验步骤：(1)关闭压力平衡管线5，关闭分液罐4与主体装置1之间连通的阀门，通过增压泵7缓慢向主体装置1注入气源，以使主体装置1和分液罐4内压力升高到1.0MPa；(2)用平流泵6向主体装置1注入测试泡排剂样品溶液200mL；(3)打开电加热片3电源加热至150℃；(5)调节回压阀12到压力值1.0MPa，设定气体流量计8的流量为20mL/s，开启冷凝管9水循环；(6)通过增压泵7连续向主体装置1注入气源5min；(7)关闭增压泵7，记录量筒10内液体的体积，量筒10内液体的体积/5min即为携液效率；(8)重复步骤(1)-(7)测试泡排剂样品分别在压力3MPa、5MPa、8MPa、10MPa、12MPa、18MPa、25MPa条件下的携液效率。采用该方法分别对3种泡排剂样品进行测试。
实验结果： 
图6为携液效率随压力的变化曲线。从图6可以看出，各泡排剂样品的携液效率 随压力的增加呈增加的趋势，当压力从1MPa上升到8MPa时，携液效率增加了近2倍；但与对泡沫稳定性的影响规律一样，当压力大于8MPa后，增加幅度不再明显。