一种超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发用超临界二氧化碳泡沫评价装置的技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统及方法。

背景技术

CO

在油藏条件下，压力和温度通常大于二氧化碳临界值(31℃、7.39MPa)，此时二氧化碳成为超临界流体。超临界二氧化碳的密度、溶解性、pH等参数都发生了改变，导致超二氧化碳泡沫性质也相应发生改变。目前，评价二氧化碳泡沫性质的装置有Ross-Miles法、改进的Ross-Miles法、Warning Blender法以及泡沫液电阻率测试法等，但是这些方法大多只能评价高温下二氧化碳泡沫的性能，获得参数也只有发泡体积和半衰期等，不能观察高温高压真实油藏条件下泡沫的微观结构大小。如专利一种改性纳米石墨烯颗粒三相泡沫调驱体系及其制备方法(CN107841302B)中提到的三相泡沫采用Ross-Miles法进行测定，只能评价泡沫在高温常压下的起泡性能和微观结构。

发明内容

本发明提供一种超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统及方法，以克服现有技术中只能评价泡沫在高温常压下的起泡性能和微观结构的缺陷。

为了实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明一方面提供一种超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统，该评价系统包括高压可视反应釜、微观结构评价模块、超临界CO

所述高压可视反应釜顶部设置有出口，下部设置有进气孔和进液孔；

所述出口连接至所述微观结构评价模块；

所述超临界CO

所述起泡剂溶液中间容器分别连接所述进液孔和第二输送泵；第二输送泵可恒压恒流向高压可视反应釜内输送高压起泡剂溶液；

所述高压可视反应釜、超临界CO

该系统可将二氧化碳控制维持在超临界状态(温度最高150℃、压力最高20MPa)，得到超临界二氧化碳泡沫，并可通过高压可视反应釜直接读取泡沫体积，获得泡沫半衰期；还可以通过微观结构评价模块对其微观结构进行观察评价；其中微观结构评价模块还设置有加热装置，且与高压可视反应釜连通，可直接观察评价超临界状态下的二氧化碳泡沫的微观结构。

在本发明的一个优选方案中，所述微观结构评价模块包括高压可视窗和与之配合的显微镜；所述高压可视窗与高压可视反应釜的出口连接。

在此优选方案中，优选地，所述高压可视窗上设置有回压阀和气液分离计；可控制高压可视窗内压力，使二氧化碳泡沫处于超临界状态。

在此优选方案中，优选地，所述高压可视窗上下两面均装有蓝宝石玻璃，上下两层蓝宝石玻璃间通过耐温材料隔开。

优选地，所述耐温材料为锡纸。

优选地，所述蓝宝石玻璃的面积为100πmm

在本发明的一个优选方案中，所述高压可视反应釜的釜体内装有搅拌装置，釜体下方装有电机，所述电机通过磁力传递控制所述搅拌装置。优选地，所述电机通过磁力传递控制所述搅拌装置的搅拌速度为1000r/min～5000r/min。

优选地，所述高压可视反应釜的釜体前后各装有蓝宝石玻璃以观察泡沫体积。

优选地，所述高压可视反应釜的密封圈均采用聚四氟乙烯，以确保能耐高温高压超临界二氧化碳腐蚀。

在本发明的一个优选方案中，所述第一输送泵和第二输送泵均为ISCO泵。

在本发明的一个优选方案中，所述高压可视反应釜、超临界CO

在本发明的一个优选方案中，所述起泡剂溶液中间容器与高压可视反应釜连接的管道上设置有加热盘根管。

在本发明的一个优选方案中，所述超临界CO

以上优选方案中，所述超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统包括有控制模块和显示模块；所述控制模块分别与所述高压可视反应釜和微观结构评价模块连接，以接收并在所述显示模块上显示高压可视反应釜中的温度、压力、温度及搅拌速度等参数，以及微观结构评价模块所获得的泡沫微观结构图像。此处所述连接，包括直接电连接，或者其他可传输信息的信号连接。

本发明另一方面提供以上超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统评价临界二氧化碳泡沫的方法，包括以下步骤：

S1、通过第二输送泵向高压可视反应釜内注入一定体积的起泡剂溶液，加热至测试温度；

S2、通过气体增压泵向超临界二氧化碳中间容器中通入高压二氧化碳气体，加热至实验温度，待超临界二氧化碳中间容器压力稳定后，通过第一输送泵向高压可视反应釜注入二氧化碳，直至实验压力；

S3、高压可视反应釜搅拌起泡剂溶液进行气泡，停止搅拌后，记录泡沫初始体积，并每隔一段时间记录一次泡沫体积，直至获得泡沫半衰期；

S4、高压可视反应釜再次开启搅拌，并启动第一输送泵和第二输送泵，按照一定气液比向高压可视反应釜内注入二氧化碳和起泡剂溶液，此时搅拌产生的泡沫流入微观结构评价模块中；

S5、待微观结构评价模块中的泡沫流体稳定流动一段时间后，进行观察，间隔一定时间记录一次泡沫微观结构的变化。

在本发明的一个优选方案中，所述评价方法包括以下步骤：

S1、第二输送泵向高压可视反应釜内注入起泡剂溶液，加热至测试温度；

S2、通过气体增压泵向超临界二氧化碳中间容器中通入高压二氧化碳气体，加热至实验温度，待超临界二氧化碳中间容器压力稳定后，打开进气阀，通过第一输送泵向高压可视反应釜注入二氧化碳，直至实验压力；

S3、高压可视反应釜以1000～5000r/min的速度搅拌起泡剂溶液3～5min，停止搅拌后，记录泡沫初始体积，并每隔一段时间记录一次泡沫体积，直至获得泡沫半衰期；

S4、高压可视搅拌反应釜再次搅拌，并启动第一输送泵和第二输送泵，按照一定气液比向反应釜内注入二氧化碳和起泡剂溶液，此时搅拌产生的泡沫流入高压可视窗中；

S5、待高压可视窗中的泡沫流体稳定流动一段时间后，关闭可视窗两端的开关，调整显微镜进行观察，间隔一定时间记录一次泡沫微观结构的变化。

本发明所达到的有益效果包括：

本发明可以实现在高于二氧化碳临界温度和压力条件下在高压可视反应釜内进行起泡测试，可以更好地反映二氧化碳泡沫在真实油藏条件下泡沫性能，该装置可评价温度最高150℃、压力最高20MPa条件下超临界二氧化碳泡沫的性能，可得到超临界二氧化碳泡沫的起泡体积、半衰期及析液速度等参数，又可以通过高压可视窗观察超临界二氧化碳的微观结构，丰富了泡沫评价的手段。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明优选实施例中超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-CO

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一个优选实施例进行举例说明，如图1所示，一种超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统，包括与控制电脑6连接的高压可视反应釜12、高压可视反应釜12内的压力、温度及搅拌速度等参数显示在与其连接的控制电脑6上。

高压可视反应釜12的釜体下装有电机17，釜体内设置有搅拌装置(例如搅拌杆16)，电机17通过磁力传递向内部提供最高1000r/min～5000r/min的搅拌速度，以搅拌起泡剂溶液和超临界二氧化碳进行气泡。高压可视反应釜12前后装有20mm×250mm的蓝宝石玻璃14，并通过激光打印在反应釜上刻录有刻度线，可以观察泡沫体积；所述高压可视反应釜12的所有密封圈均采用聚四氟乙烯，能耐高温高压超临界二氧化碳腐蚀，本优选实施例列举高压可视反应釜12的一个选择尺寸，其腔体的尺寸为

所述高压可视反应釜12的上部出口与高压可视窗8连接，所述高压可视窗8配置有高倍显微镜7，所述高倍显微镜7与控制电脑6连接，可将观察到的泡沫微观结构显示并保存在电脑中。所述高压可视窗的上下装有面积为100πmm

所述高压可视反应釜12的下部分别设置有进气孔和进液孔，分别与超临界二氧化碳中间容器4和起泡剂溶液中间容器20连接；且连接管线上分别设置有进气阀18和进液阀13。

所述超临界二氧化碳中间容器4还分别与气体增压泵2和ISCO泵5相连；气体增压泵2可将CO

所述起泡剂溶液中间容器20与ISCO泵相连，ISCO泵可恒压恒流输送高压起泡剂溶液；所述高压可视搅拌反应釜12、高压可视窗8和超临界二氧化碳中间容器4均设置有加热装置，以确保各自内的二氧化碳处于设定温度，使其保持超临界状态，以保证测定的泡沫为超临界二氧化碳泡沫。本优选实施例中直接将高压可视搅拌反应釜12、高压可视窗8和超临界二氧化碳中间容器4都设置在加热套19内。本领域技术人员理解的，三者之间可单独设置加热装置，也可以公用同一个加热装置；加热装置可以为常用的加热套、电加热丝等。

起泡剂溶液中间容器20与高压可视反应釜12连接的管道上设置有加热盘根管15，以使起泡剂溶液加热至设定温度后进入高压可视反应釜12；所述高压可视窗8上有回压阀9可控制高压可视窗内压力，使二氧化碳泡沫处于超临界状态。进一步的，高压可视窗8上还可以设置气液分离计10。

使用本优选实施例的超临界二氧化碳泡沫性能及微观结构评价系统评价临界二氧化碳泡的方法，包括以下步骤：

S1、通过ISCO泵5向高压可视反应釜12内注入100mL起泡剂溶液，加热至测试温度；

S2、通过气体增压泵2向超临界二氧化碳中间容器4中通入高压二氧化碳气体，加热至实验温度，待超临界二氧化碳中间容器4压力稳定后，打开进气阀18，通过ISCO泵5向高压可视反应釜12注入二氧化碳，直至实验压力；

S3、高压可视反应釜12以1000～5000r/min的速度搅拌起泡剂溶液5min，停止搅拌后，记录泡沫初始体积，并每隔一段时间记录一次泡沫体积，直至读出泡沫半衰期；

S4、高压可视反应釜12再次以3000r/min的速度搅拌，并启动两个ISCO泵，按照一定气液比向高压可视反应釜12内注入二氧化碳和起泡剂溶液，此时搅拌产生的泡沫流入高压可视窗8中；

S5，待高压可视窗8中的泡沫流体稳定流动一段时间后，关闭高压可视窗8两端的开关，调整高倍显微镜7进行观察，每0.5s记录一次泡沫微观结构的变化。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。