一种静态评价泡沫剂耐温性的实验装置及方法

技术领域

本发明属于石油开发室内实验领域，具体涉及一种静态评价泡沫剂耐温性的实验装置及方法。

背景技术

面对多介质蒸汽驱技术现场试验区规模的日益扩大，对多介质蒸汽驱驱油机理的深入认识成为解决诸多技术难题的关键，而泡沫剂的耐温性对研究多介质蒸汽驱驱油机理和提高采收率技术有着重要的意义。目前，市场上泡沫剂的品种有成千上万种，但是能耐高温(250℃-300℃)的泡沫剂少之又少，为此，筛选与评价出耐高温(250℃-300℃)的泡沫剂对石油科技工作者的科研工作是至关重要的。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提出了一种静态评价泡沫剂耐温性的实验装置及方法，以评价泡沫剂的耐温性，从而筛选出合适的耐高温的泡沫剂。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种静态评价泡沫剂耐温性的实验装置，该实验装置包括：高温恒温箱、模型主体、压力表、中间容器和气瓶；

泡沫剂在所述模型主体内进行热老化处理，所述模型主体位于所述高温恒温箱内；

所述压力表、中间容器和气瓶位于所述高温恒温箱外；

所述中间容器包括由中间活塞隔开的上腔体和下腔体，上腔体内充有一定压力的气体，下腔体内充有一定压力的液体，且上腔体通过管线与所述模型主体可控连接，下腔体设置有阀门；

所述气瓶用以对所述模型主体进行充气；所述压力表用以对所述模型主体进行压力监测。

其中，所述“可控连接”指中间容器和模型主体的连接可以随时开关，本领域技术人员容易理解的，此处可以使用在连接管线上设置阀门等操作来实现可控连接。中间容器的设置用于对模型主体在热老化过程中进行泄压，使其保持在安全工作压力范围内。中间容器的上腔体和下腔体指其竖立放置时的方位，其并不对本发明中装置的放置状态进行限制，本领域技术人员容易理解的，中间容器竖着放或平着放均可，能够实现对模型主体放压的目的即可。

优选地，所述压力表、中间容器和气瓶通过六通阀与所述模型主体连接。

优选地，所述压力表、中间容器和六通阀所在位置比所述模型主体高，这样，升温过程中模型主体内压力升高后，放压过程不容易使模型主体内的液体由于放压而随着放出来，不会使模型主体内的液体减少，造成试验误差甚至实验失败。

优选地，所述模型主体为高温高压反应釜，包括通过螺栓固定连接在一起的上盖板和下箱体；所述上盖板上设置有充气口，通过管线与所述六通阀连接；

所述上盖板中央位置向下箱体方向设置有锥度密封环体，所述下箱体上设置有与所述锥度密封环体配合以实现密封的锥度密封环。

商业购买的高温高压反应釜为紫铜密封垫密封，紫铜垫与上盖板及下箱体之间通过螺纹咬合密封，且很容易泄露。而本发明装置中的高温高压反应釜的密封通过锥度密封环体和锥度密封环的配合实现，其为硬密封，密封性能非常好。

优选地，所述锥度密封环体包括有三级密封台，其直径依次减小；直径最小的第三级密封台的端面向内凹陷形成凹拱槽体；第二级密封台包括有一锥形面，所述锥形面从其端面向其外周切削形成；直径最大的第一级密封台的另一端连接有圆柱体，所述上盖板上设置有所述圆柱体穿过的通孔，所述圆柱体露在所述上盖板外的部分设置为正六角形，以便拧紧与下箱体的锥度密封环配合实现密封；所述锥度密封环包括有与所述三级密封台嵌合的三级密封凹槽，包括第一级密封凹槽、第二级密封凹槽和第三级密封凹槽。这种锥度密封环嵌合后密封性非常好，几乎不漏。这种密封为金属硬密封，非常适用于小型模型的密封。

优选地，所述锥形面的宽度为5mm。

优选地，上盖板上所述通孔还包括有卡设部分第一级密封台的台阶孔；所述第一级密封凹槽对应的嵌合剩余部分的第一级密封台。

优选地，所述第一级密封凹槽与下箱体端面连接处向第一级密封凹槽的外周扩展包括有第一凹槽；所述第二级密封凹槽与第一级密封凹槽连接处向第二级密封凹槽的外周扩展包括有第二凹槽。

所述三级密封台的直径和厚度各不相同，其设置根据斧体的大小尺寸设计；例如本发明优选实施例中，所述三级密封台的直径和厚度分别为第一级80mm、7.4mm，第二级68mm、8.4mm，第三级62mm、8.6mm。

优选地，所述上盖板上供圆柱体穿过的通孔还包括有卡设密封台的台阶孔，以使直径最大的台阶孔部分卡设于此。

优选地，所述充气口位于所述锥度密封环体的中央位置。更优选地，所述充气口的孔径为1/4英寸。

优选地，所述螺栓为碳钢12.9级M27螺栓。

优选地，所述高温高压反应釜采用不锈钢焊接而成，最高耐受温度为300℃，耐压30MPa。

优选地，所述的高温高压反应釜的螺栓上紧之前要涂高温抗咬合螺纹润滑剂。本发明优选实施例中选用的JET-LUBE KOPR-KOTE高温抗咬合螺纹润滑剂，该润滑剂是一款低摩擦系数，抗咬合润滑剂，由微尺寸的薄片状铜和石墨的结合物制成，添加抗氧化剂、防锈剂和腐蚀抑制剂进行功能的强化JET-LUBE KOPR-KOTE高温抗咬合螺纹润滑剂为金属间的接触、防咬合和防腐蚀提供了一个保护盾。提供了低的摩擦系数、冲击负荷。低剪切颗粒之间减少了沾滑运动，允许快速拆卸最低扳手扭矩。不会挤出线程或被冲洗掉，不受收缩、扩张和振动的影响。JET-LUBE KOPR-KOTE高温抗咬合螺纹润滑剂可用于螺纹连接、泵外壳、螺栓、排气管螺栓、压缩机、高压灭菌器和车床顶尖等的理想选择。JET-LUBE KOPR-KOTE高温抗咬合螺纹润滑剂能耐温815℃、耐压41MPa。螺栓上的时候要涂JET-LUBE KOPR-KOTE高温抗咬合螺纹润滑剂以防止高温高压反应釜经过高温后螺栓咬死打不开。

优选地，所述高温恒温箱加热范围为5-300℃。

本发明优选实施例中所使用的高温恒温箱为德国进口MEMMERT(美墨尔特)UFE700强制对流恒温箱，箱体内外均采用抗腐蚀、抗擦拭、100％可回收的优质不锈钢，加热温度为5℃-300℃。可用于简单的干燥，还可以用于加热测试和热老化实验。该恒温箱采用多功能模糊电子PID控制，三点温度自校正，1024KB内存，存贮相关数据。每分钟读取，可以连续储存6个月以上,10％步长风扇可调,手动风门调节,周程序编译功能,三重过温保护，TBclass1，TWWclass 3.1和TWBclass2，监视器控制，报错时停止加热，2个4PT100探头，自校正功能，RS232接口及标准配置Celsius2005软件，校准证书。气轮机驱动通风以加强空气循环，该恒温箱可以高温连续工作3个月以上。

优选地，所述中间容器的工作压力0-40MPa，容积为1000mL。

优选地，所述压力表为精密压力表。

优选地，所述气瓶为氮气瓶；所述中间容器的上腔体充入的气体与所述气瓶中的气体相同，所述中间容器的下半部分充入的液体为水。因为气体的压缩性很强，如果中间容器中只充入气体的话，很容易出现高温高压反应釜内压力过高，出现危险；因此，本发明在中间容器的下腔体内充入水，可以及时放压。其中，气瓶最常用的为氮气瓶，本领域技术人员容易理解的，此外还可以为惰性气体；中间容器中的液体也可以为其他液体，只要能实现本发明目的即可。在本发明的另一优选方案中，所述中间容器下腔体阀门之前还设置有弯头，以使所述阀门高于所述中间容器中的液体。

本发明另一方面提供以上实验装置进行静态评价泡沫剂耐温性的方法，包括以下步骤：

S1、将泡沫剂用模拟地层水配制成溶液，浓度介于0.1％wt～1.0％wt，得到泡沫剂溶液。

S2、取一定量泡沫剂溶液在常温下放入造泡装置中，形成均匀稳定的泡沫，进行泡沫剂发泡量和半衰期的测定。

本领域技术人员容易理解的，在进行泡沫剂发泡量和半衰期的测定过程中，需要记录产生泡沫的体积(或高度)，然后记录泡沫体积随时间的变化。

S3、取一定量的泡沫剂溶液装入高温高压反应釜中，将螺栓涂上高温抗咬合螺纹润滑剂，拧紧螺栓后对高温高压反应釜进行N

本领域技术人员知晓的，一般热老化超过一天，比较常见的热老化时间为3天。

优选地，S3中试漏具体包括：通过六通阀连接高温高压反应釜和气瓶，向高温高压反应釜中充入一定压力的N

更优选地，在试漏过程中，还包括在装置连接处滴泡沫水试漏。

优选地，S3中所述热老化试验过程中，由于高温原因，高温高压反应釜中的压力升高，监测压力表，当压力值超过10MPa时，通过中间容器对高温高压反应釜进行放压。本领域技术人员容易理解的，放压过程中，维持高温高压反应釜内的压力在10MPa以下，在设定的压力高一点即可。

通过中间容器对高温高压反应釜进行放压的过程可以为手动放压或自动放压两种；具体的手动放压包括：通过六通阀连接高温高压反应釜和中间容器，打开中间容器下腔体的阀门，高温高压反应釜中的高压气体将中间容器中的液体顶出，监测压力表，放压完成后通过六通阀断开高温高压反应釜和中间容器。

自动放压包括：在中间容器下腔体阀门前加装一个弯头，使阀门高于中间容器中液体；热老化过程中高温高压反应釜与中间容器一直处于连通状态，且中间容器的下腔体阀门始终打开；高温高压反应釜内的压力升高后直接传给中间容器上腔体的气体，气体受压缩后自动推动中间活塞，中间活塞再自动推动中间容器下腔体的液体，使液体通过敞开的阀门流出来，从而使高温高压反应釜内的压力降低。

S4、将经过高温高压热老化后的泡沫剂溶液放入造泡装置中，形成均匀稳定的泡沫，对经过热老化后的泡沫剂进行泡沫剂发泡量和半衰期测定；然后与常温下的数据进行对比，以评价高温泡沫剂的耐温性。

优选地，S1和S4中所述造泡装置为搅拌器，以大于1500rpm的转速旋转3～5min，形成均匀稳定的泡沫。

通过本发明的静态评价泡沫剂耐温性的实验装置及方法，采用实际真实油藏条件，可以静态筛选评价出泡沫剂的耐温性，以考察泡沫剂在实际油藏中的封堵能力，可较为准确的评价高温高压下泡沫剂的性质。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。

图1为本发明优选实施例的实验系统的结构示意图。

图2为本发明另一优选实施例的实验系统的结构示意图。

图3为本发明优选实施例的模型主体的结构示意图。

图4为本发明另一优选实施例的模型主体的结构示意图。

图5为本发明优选实施例的模型主体的下箱体的俯视图。

附图标记说明：

1、高温高压反应釜；2、高温恒温箱；3、六通阀；4、精密压力表；5、气瓶；6、中间容器；11、上盖板；12、锥度密封环体；13、圆柱体；14、正六角体；15、螺栓；16、充气口；17、下箱体；18、锥度密封环。

12-1、第一级密封台；12-2、第二级密封台；12-3、第三级密封台；12-4、凹拱槽体；12-5、锥形面；18-1、第一级密封凹槽；18-2、第二级密封凹槽；18-3、第三级密封凹槽。

a、第一级密封凹槽与下箱体端面连接处；b、第二级密封凹槽与第一级密封凹槽连接处；d、锥形面的宽度。

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。

本发明为了更清楚的举例说明，在此提供一个优选实施例，如图1所示，为该优选实施例中的静态评价泡沫剂耐温性的实验装置，包括：高温高压反应釜1、高温恒温箱2、六通阀3、精密压力表4、气瓶5、中间容器6。

其中，高温高压反应釜1放在高温恒温箱2里，高温高压反应釜1连接六通阀3；精密压力表4连接在六通阀3上，始终与高温高压反应釜1连接，实时监测其中的压力；中间容器6的上部口连接六通阀3，中间容器6的上腔体充上一定压力的气体，下腔体充上一定压力的水，在选择手动放压模式时，中间容器6的下轻体阀门在实验过程中需要放压的时候打开。在选择自动放压模式时，如图2所示，在中间容器6的下腔体阀门前加一个弯头，使阀门高于中间容器6中的液体，然后在热老化过程中，中间容器与高温高压反应釜1始终连通，阀门始终打开，热老化过程中，高温高压反应釜1内压力升高后会直接传给中间容器6上腔体的气体，气体受压缩后自动推动中间活塞，中间活塞再自动推动中间容器6下腔体的液体，使液体通过敞开的阀门流出来，从而使高温高压反应釜1内的压力降低。六通阀3、精密压力表4及中间容器6放的位置要比高温高压反应釜1高，这样，升温过程中压力升高后，放压过程中不容易使高温高压反应釜1内的液体由于放压而随着放出来，不会使高温高压反应釜1内的液体减少，导致试验误差甚至实验失败。

图3为本发明实施例的高温高压反应釜1的结构示意图。高温高压反应釜1为圆台体，最高耐受温度为300℃，耐压30MPa。高温高压反应釜1采用不锈钢焊接而成，包括上盖板11、锥度密封环体12、圆柱体13、正六角体14、螺栓15、充气口16、下箱体17、锥度密封环18。其中上盖板11上面设置有所述的锥度密封环体12，锥度密封环体12位于上盖板11的中央，为3个不同直径、不同厚度(直径分别为第一级密封台12-1 80mm，第二级密封台12-2 68mm，第三级密封台12-3 62mm；厚度分别为第一级密封台12-1 7.4mm，第二级密封台12-28.4mm，第三级密封台12-3 8.6mm)的三级密封台结合在一起，第一级密封台12-1的上部设置有一段所述的圆柱体13，圆柱体13的上部设置有所述正六角体14，为方便扳手卡住拧紧，锥度密封环体12的中间还设置有所述的充气口16，充气口16孔径为1/4英寸；所述的螺栓15为连接上盖板11与下箱体17的螺栓，为碳钢12.9级M27螺栓。所述的下箱体17上设置有所述的锥度密封环18，所述的锥度密封环18设置在所述下箱体17的四周，为3个与锥度密封环体12能很好嵌合的三级密封凹槽，包括第一级密封凹槽18-1、第二级密封凹槽18-2和第三级密封凹槽18-3。高温高压反应釜整体均为不锈钢制，包括锥度密封环体12和锥度密封环18，这种锥度密封环体嵌合后密封性非常好，几乎不漏。这种密封为金属硬密封，非常适用于小型模型的密封。

如图4所示，为本发明提供另一优选实施例中的高温高压反应釜1的结构示意图。与图3相比较，第三级密封台12-3的端面向内凹陷形成凹拱槽体12-4；凹拱槽体12-4连通充气口16(图1-图3中未画出充气口16的内部通道，其均贯穿锥度密封环体12与下箱体内部连通)；第二级密封台12-2包括有一锥形面12-5，所述锥形面12-5从其端面向其外周切削形成；所述锥形面12-5的宽度为图中的d，本优选实施例中为5mm。第一级密封凹槽18-1、第二级密封凹槽18-2和第三级密封凹槽18-3相对应于三级密封台的形状设置。此外，所述第一级密封凹槽18-1与下箱体端面连接处(图4中的a处)向第一级密封凹槽18-1的外周扩展包括有第一凹槽；所述第二级密封凹槽18-2与第一级密封凹槽18-1连接处(图4中的b处)向第二级密封凹槽的外周扩展包括有第二凹槽。

图5为本发明实施例的高温高压反应釜的下箱体的俯视图。

使用该套实验装置进行静态评价泡沫剂耐温性的实验方法包括以下步骤：

S1、将泡沫剂用模拟地层水配制成溶液，浓度介于0.1％wt～1.0％wt，得到泡沫剂溶液。

S2、取100mL配制好的泡沫剂溶液在常温下放入搅拌器(造泡装置)中，以大于1500rpm的转速旋转3～5min，形成均匀稳定的泡沫，记录产生泡沫的体积(或高度)，然后记录泡沫体积随时间的变化，进行泡沫剂发泡量和半衰期的测定。

S3、取100mL配制好的泡沫剂溶液装入高温高压反应釜1中，将螺栓15涂上JET-LUBE KOPR-KOTE高温抗咬合螺纹润滑剂，拧紧螺栓15后对高温高压反应釜1进行N

试漏具体包括：通过六通阀连接高温高压反应釜1和气瓶5，向高温高压反应釜1中充入一定压力的N

并且，在试漏过程中，还包括在装置连接处滴泡沫水试漏。

热老化试验过程中，由于高温原因，高温高压反应釜1中的压力升高，监测精密压力表4，当压力值超过10MPa，通过中间容器6对高温高压反应釜1进行放压，使其内压力保持在略高于6.6MPa。

通过中间容器对高温高压反应釜进行手动放压的操作具体包括：通过六通阀3连接高温高压反应釜1和中间容器6，打开中间容器6下半部分的阀门，高温高压反应釜1中的高压气体将中间容器6中的液体顶出，监测精密压力表4，当高温高压反应釜1中的压力达到略高于6.6MPa时停止放压，通过六通阀断开高温高压反应釜和中间容器。或者选择自动放压，如图2所示，在中间容器6的下腔体阀门前加一个弯头，使阀门高于中间容器6中的液体，中间容器6与高温高压反应釜1始终连通，阀门始终打开，热老化过程中，高温高压反应釜1内压力升高后会直接传给中间容器6上腔体的气体，气体受压缩后自动推动中间活塞，中间活塞再自动推动中间容器6下腔体的液体，使液体通过敞开的阀门流出来，从而使高温高压反应釜1内的压力降低。

S4、将经过高温老化后的样品放入搅拌器(造泡装置)中，以大于1500rpm的转速旋转3min～5min，形成均匀稳定的泡沫，记录产生泡沫的体积(或高度)，然后记录泡沫体积随时间的变化，对经过热老化后的泡沫剂进行泡沫剂发泡量和半衰期测定。然后与常温下的数据进行对比，以评价高温泡沫剂的耐温性。

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。