专利名称：一种多孔介质中泡沫稳定性的检测方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫稳定性的检测装置及其使用方法，特别涉及一种用于多孔介 质中泡沫稳定性的检测装置及其使用方法。
背景技术：
油气田开发领域经常关注所使用的泡沫体系在多孔介质中的稳定性。目前评价泡 沫稳定性的方法有改进的Bikerman方法、Ross-Miles方法和Waring-Blender方法。其主要操作步骤和表示方法如下1)改进的Bikerman方法是将IOOmL表面活性剂溶液倒入高为50cm的玻璃柱中， 玻璃柱的内径为2. 5cm。气体以恒定的流速通过一个玻璃烧结滤板产生泡沫。流动达到平 衡时，稳态的泡沫高度为泡沫外表面到泡沫与溶液界面的距离。停止通入气体后，测定起泡 剂初始发泡体积至初始发泡体积一半的时间为泡沫半衰期。泡沫的稳定性以泡沫半衰期来表不。2)ROSS-Miles方法该方法是我国日用品和化工产品泡沫检测和标准方法。采用 2152罗氏泡沫仪(GB/T7162-94 ；IS0696-75)，首先将泡沫仪垂直放置，将管夹套水浴的温 度稳定在40°C 士0. 5°C。用滴液管注入50mL试液至50mL刻度处此试液预先加热至40°C。 将滴液管注满200mL试液，此试液预先加热至40°C。将滴液管安置到事先预备好的管架上 和刻度管的断面呈垂直状，使溶液流到刻度管的中心，滴液管的出口应安置在900mm刻度 线上。打开滴液管的活塞，使溶液流下。当滴液管中的溶液流完时，立即开动秒表，并测定泡 沫高度。同时通过记录不同时间泡沫的高度，得到泡沫的半衰期，用来表征泡沫的稳定性。3)Waring-Blender方法是采用一定体积的泡沫剂溶液，加入到Waring-Blender 中，在一定的转速和时间条件下，搅拌产生泡沫。然后将泡沫转移到带有刻度的量筒中，记 录不同时间，量筒内泡沫体积的变化，得到泡沫的半衰期，表征泡沫的稳定性。上述改进的Bikerman方法和Ross-Miles方法不能够测定黏性液体的发泡性能， 而Waring-Blender方法可以对黏性液体的发泡性能进行测定。但是对于Waring-Blender 方法测定的条件对实验结果影响较大，实验需要重复测定取平均值。三种方法通过测试泡 沫的半衰期来表征泡沫的稳定性。但是对于上述不同测定方法，得到的数据结果之间也有 很大的差别。油气田开发过程中使用的泡沫是存在于多孔介质中，与通常情况下体相泡沫有很 大程度的不同。主要区别在于两个方面一是在体相泡沫，泡沫中是气泡与气泡之间的相互 接触，而在油藏多孔介质中泡沫除气泡与气泡的相互接触外，还存在气泡与孔隙壁面的接 触，气泡的破灭过程受到孔隙介质的制约；二是在油藏中泡沫的性质受到毛管力的作用，而 体相泡沫不存在毛管力的作用。油藏中泡沫与体相泡沫的区别导致了泡沫特性的不同。而现有的评价方法均没有考虑油藏孔隙特性对泡沫稳定性的影响，因此评价结果 不能真实地反映多孔介质中泡沫的稳定性。而油气田开发领域应用的泡沫是在多孔介质中 发挥作用的，需要了解多孔介质中泡沫的稳定性，因此，需要建立能真实准确评价在多孔介质中泡沫稳定性的评价方法和用于该方法的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测泡沫稳定性的多孔介质模拟装置。该多孔介质模拟装置是专用于本发明的多孔介质中泡沫稳定性的检测装置，它包 括一柱筒，其中所述柱筒的壁上开设有2对以上的成对插口 ；所述多孔介质模拟装置还包 括插接在所述成对的插口中的成对电极，每个插口插设一个电极；每对插口或每对电极的 连线经过所述柱筒的圆形横截面的圆心。上述成对电极有2-6对，优选是5对；所述成对电极在所述柱筒的壁上是上下均勻 分布的。每个插口处的柱筒的壁上设有容纳所述电极的保护管。所述柱筒的上端设有可打开的上盖，所述上盖上开设有泡沫出口 ；所述柱筒的底 部开设有泡沫进口。述多孔介质中填充粒径直径为1 1. 5mm的玻璃微珠。本发明的另一目的在于提供一种检测多孔介质中的泡沫稳定性的检测装置。该检测装置包括上述的多孔介质模拟装置和测定所述多孔介质模拟装置中的成 对电极之间电阻的电阻测试装置。上述检测装置还包括一平流泵以及与所述柱筒的泡沫进口相连通的泡沫容器；所 述泡沫容器中设置有一能被所述平流泵驱动的活塞，所述平流泵通过驱动所述活塞将所述 泡沫容器中的泡沫输送到所述柱筒中。上述检测装置还包括与所述电阻测试装置连接的计算机。本发明的又一目的在于提供一种用上述的检测装置检测多孔介质中的泡沫稳定 性的方法。本发明提供的方法包括以下步骤1)打开上述多孔介质模拟装置的上盖，向所述多孔介质模拟装置中填充多孔介 质；向所述泡沫容器内注入待测泡沫；2)启动上述平流泵将上述步骤1)中的泡沫输送到所述多孔介质模拟装置的柱筒 内3)通过上述电阻测试装置检测所述多孔介质模拟装置中不同部位的各成对电极 之间的电阻值；再通过所述计算机将所述电阻测试装置测定的电阻值数据进行处理分析， 获得泡沫在所述多孔介质中的稳定性结果。步骤3)中，所述处理分析包括以下步骤采集一段时间内、不同部位的各成对电 极之间的电阻值，然后应用下述公式计算稳定系数Rs ^=^-^><100 公式中，R为某对电极间实时的电阻值，队为一段时间内不同部位的成对电极间所 测得的最低电阻值，R2为一段时间内不同部位的成对电极间所测得的最高电阻值；当Rs越 接近0或100，说明此处泡沫体系聚集倾向越严重，所检测的泡沫越不稳定；其中，接近0说 明液相聚集，而接近100则说明气相聚集。本发明的用于检测泡沫稳定性的多孔介质模拟装置是专用于本发明泡沫稳定性的检测装置的，通过测定上述多孔介质模拟装置中各成对电极之间的电阻值，从而提供评 价参数，所测定的各成对电极之间的电阻值也即是该对电极处的多孔介质中的该处泡沫的 电阻值。本发明的泡沫稳定性的检测装置可测定不同大小及结构的孔隙介质中泡沫的特 性，也可以对常规的泡沫的特性进行测定。本发明的所提供的用于多孔介质中泡沫稳定性 的检测装置，适用于石油与天然气开发及提高采收率过程中的泡沫酸化、泡沫压裂、泡沫调 剖、泡沫堵水、泡沫驱油过程中使用的泡沫稳定性评价。本发明的评价方法解决了现有方法(上述的Bikerman方法、Ross-Miles方法、 Waring-Blender方法)中均不适用于对多孔介质中泡沫稳定性的检测技术难题，该方法 通过一定的数据处理方法和评价参数来表征多孔介质中泡沫的特性，适用于各种液体的泡 沫，并具有较高的稳定性、准确性和真实性。
图1为本发明实施例1中的多孔介质模拟装置的结构示意图。图2为本发明实施例1中的泡沫稳定性的检测流程示意图。图3为本发明实施例2中的表面活性剂十二烷基硫酸钠的泡沫在所设定的多孔介 质中的评价结果。图4为本发明实施例2中的表面活性剂十八烷基三甲基溴化胺的泡沫在所设定的 多孔介质中的评价结果。图5为本发明实施例2中的表面活性剂烷基聚氧乙烯醚的泡沫在所设定的多孔介 质中的评价结果。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。下述实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。实施例1、用于多孔介质中泡沫稳定性的检测装置的制备如图2所示，一种用于多孔介质中泡沫稳定性的检测装置，包括一盛放泡沫的泡 沫容器1、一多孔介质模拟装置3、一平流泵6，一台计算机5以及电阻测试装置4。图3中的多孔介质模拟装置3的详细结构如图1所示，多孔介质模拟装置3，包括 一用于容纳玻璃微珠和泡沫的柱筒31以及5对成对电极32、33、34、35和36。上述泡沫是 填充于玻璃微珠中的。柱筒31的壁上开设有5对成对插口，每对插口的连线经过柱筒31 的圆形横截面的圆心；成对电极32、33、34、35和36分别插接在上述成对的插口中。该成对 的插口在柱筒的壁上是上下均勻分布的，即上述成对电极在上述柱筒的壁上也是上下均勻 分布的，在每个插口处的柱筒侧壁上均设有容纳电极的保护管。电阻测试装置4可同时检测5对成对电极32、33、34、35和36间的电阻。柱筒31的上端设有可打开的上盖，通过该上盖可将玻璃微珠装填。该上盖上开设 有泡沫出口，该泡沫出口可通过管道将泡沫排出。柱筒31的底部还开设有泡沫进口。泡沫容器1的上端设有出口，该出口通过管道与柱筒31的泡沫进口相连通。泡沫 容器1的下端可通过管道与平流泵6连通，泡沫容器1内还设有可上下移动的活塞2，该活塞2可在平流泵6的驱动下向上运动，从而推动泡沫容器1中的泡沫向多孔介质模拟装置 3的柱筒31中。上述各处连接的管道上均可设置有控制阀。上述计算机5与上述电阻测试装置4相连，计算机5可对电阻测试装置4测定的 各对成对电极间的电阻数据进行采集、处理和分析，从而得到泡沫的稳定性。本发明提供的泡沫稳定性的检测方法，包括以下步骤1)组装好图2所示的检测装置；2)打开多孔介质模拟装置3的上盖，向多孔介质模拟装置3中填充玻璃微珠；向 泡沫容器1内注入待测泡沫；3)启动平流泵6将步骤2、中泡沫输送到多孔介质模拟装置3的柱筒31内；4)通过电阻测试装置4检测多孔介质模拟装置3中不同部位的各成对电极之间的 电阻值；再通过计算机5将电阻测试装置4测定的电阻值数据进行处理分析，获得泡沫在所 述多孔介质中的稳定性结果。步骤4)中，处理分析包括以下步骤采集不同时间、不同部位的各成对电极之间 的电阻值，然后应用下述公式计算稳定系数Rs Rs = H XlOO
K2 ~Κ\公式中，R为某对电极间实时的电阻值，队为不同时间不同部位的成对电极间所测 得的最低电阻值，R2为不同时间不同部位的成对电极间所测得的最高电阻值；当Rs越接近 0或100，说明此处泡沫体系聚集倾向越严重，所检测的泡沫的越不稳定；其中，接近0说明 液相聚集，而接近100则说明气相聚集。在检测过程中，可固定多孔介质填充模型所需的多孔介质，对比测试不同的泡沫 体系；即将填充入多孔介质模拟装置的多孔介质固定不变，更换不同的泡沫体系进行测试 对比。也可根据不同的测试需求更换不同粒径的多孔介质。实施例2、多孔介质中泡沫稳定性的评价实验一、实验的准备选取3种待检测液体表面活性剂十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基溴化胺和烷 基聚氧乙烯醚，其基本性能如表1所示表1表面活性剂基本性能
十二烷基硫十八烷基三烷基聚氧乙
表面活性剂名称(代号)於从ozr*、由灿，χ*
酸钠 甲基溴化胺 烯醚表面活性剂类型阴离子型阴离子型阳离子型 有效含量(％) 33 90 70
配制的浓度(wt%)0.250.250.25将上述三种表面活性剂分别配制成质量浓度为0. 25%的溶液，然后测试和评价泡 沫的稳定性。二、多孔介质中泡沫稳定性的检测及结果分析采用上述实施例1中的泡沫稳定性的检测装置，并按照上述实施例1中提供的方 法进行检测上述步骤一中准备好的三种表面活性剂十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基溴化胺和烷基聚氧乙烯醚的水溶液形成的泡沫在所设定的多孔介质中的稳定性。本实验中设定多孔介质时所填充的玻璃微珠粒径直径为1 1. 5mm(实验温度为 10-40度，压力不超过IMPa)本实验中上述实施例1中的泡沫容器中的泡沫是由Waring搅拌器3500转/min 的条件下搅拌1分钟获得的泡沫。整个检测过程，需测定不同时间段，柱筒内泡沫的不同部位的电阻值，并计算稳定 系数Rs，直至监测到稳定系数Rs趋于0或100 ；所检测得到的电阻值数据通过计算机根据 实施例1中的评价参数处理模型的公式进行处理分析，并绘制检测结果图表。上述评价参 数处理模型中定义泡沫体系的组成中阻值小的流体的相对阻值为0，阻值高的流体的相对 阻值为100 ；当Rs越接近0或100，说明此处泡沫体系聚集倾向越严重；其中，接近0说明液 相聚集，而接近100则说明气相聚集。当Rs开始发生聚集倾向时，则说明所检测的泡沫的 稳定性开始下降。本发明的多孔介质中泡沫稳定性的评价方法中，可定义稳定系数突变的拐点为多 孔介质中泡沫失去稳定性的节点。定义泡沫注入时刻到泡沫失去稳定性时刻所经历的时间 为多孔介质中泡沫的有效期。则三种表面活性剂K12、S35和012的检测结果分别为图3、图 4和图5。图3-图5中，A组为成对电极32间的Rs结果，B组为成对电极33间的Rs结果， C组为成对电极34间的Rs结果，D组为成对电极35间的Rs结果，E组为成对电极36间的 Rs结果。本实施例多孔介质模拟装置中，柱筒31的内径是56mm，外径是80mm，高是360mm。 组成每一对电极中的2个电极的水平间距为45mm，每对电极的垂直间距为60mm。如图3所示，为表面活性剂十二烷基硫酸钠的泡沫在设定多孔介质中的评价结 果，可见K12在很短时间内就表现出聚集趋势，并且在垂直方向上梯度分布特征明显。如图4所示，为表面活性剂十八烷基三甲基溴化胺的泡沫在设定多孔介质中的评 价结果，可见稳定性最好，在经历了 10天测试后只表现出轻微的聚集倾向。如图5所示，为表面活性剂烷基聚氧乙烯醚的泡沫在设定多孔介质中的评价结 果，可见烷基聚氧乙烯醚大概在1天后开始表现出聚集倾向，但垂直方向上各电极探针测 得的稳定系数变化平缓。评价结果分析如下在多孔介质模型中的不同部位布置的测试电极探针检测到的 电阻值不同。当泡沫注入后各对电极测试值都骤然降低，然后随着泡沫放置时间的延长，稳 定性逐渐变化。此时，各对电极测得的稳定系数开始发生变化，由于泡沫破坏后导致气、液 相分别聚集。气体聚集的部位，稳定系数会变高，而液体聚集的部位稳定系数降低。通过实 验数据就可以看到，多孔介质模型的上部气体聚集程度增加，稳定系数上升，而下部液体聚 集，稳定系数降低。当稳定系数最终趋于平稳后，就标志着多孔介质中气体和液体大范围聚 集，这时候也就可以说多孔介质中的泡沫失效。
权利要求
1.一种用于检测泡沫稳定性的多孔介质模拟装置，包括一柱筒，其特征在于所述柱 筒的壁上开设有2对以上的成对插口；所述多孔介质模拟装置还包括插接在所述成对的插口中的成对电极，每个插口插设一 个电极；每对插口或每对电极的连线经过所述柱筒的圆形横截面的圆心。
2.根据权利要求1所述的多孔介质模拟装置，其特征在于所述成对电极有2-6对，优 选是5对；所述成对电极在所述柱筒的壁上是上下均勻分布的。
3.根据权利要求1或2所述的多孔介质模拟装置，其特征在于每个插口处的柱筒的 壁上设有容纳所述电极的保护管。
4.根据权利要求1-3中任一所述的多孔介质模拟装置，其特征在于所述柱筒的上端 设有可打开的上盖，所述上盖上开设有泡沫出口 ；所述柱筒的底部开设有泡沫进口。
5.根据权利要求1-3中任一所述的多孔介质模拟装置，其特征在于所述多孔介质中 填充粒径直径为1 1. 5mm的玻璃微珠。
6.一种检测多孔介质中的泡沫稳定性的检测装置，其特征在于，它包括权利要求1-5 中任一所述的多孔介质模拟装置和测定所述多孔介质模拟装置中的成对电极之间电阻的 电阻测试装置。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括一平流泵以及 与所述柱筒的泡沫进口相连通的泡沫容器；所述泡沫容器中设置有一能被所述平流泵驱动 的活塞，所述平流泵通过驱动所述活塞将所述泡沫容器中的泡沫输送到所述柱筒中。
8.根据权利要求6或7所述的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括与所述电 阻测试装置连接的计算机。
9.一种用权利要求6-8中任一所述的检测装置检测多孔介质中的泡沫稳定性的方法， 包括以下步骤1)打开权利要求1-5中任一所述多孔介质模拟装置的上盖，向所述多孔介质模拟装置 中填充多孔介质；向所述泡沫容器内注入待测泡沫；2)启动权利要求6-8中任一所述平流泵将上述步骤1)中的泡沫输送到所述多孔介质 模拟装置的柱筒内；3)通过权利要求6-8中任一所述电阻测试装置检测所述多孔介质模拟装置中不同部 位的各成对电极之间的电阻值；再通过所述计算机将所述电阻测试装置测定的电阻值数据 进行处理分析，获得泡沫在所述多孔介质中的稳定性结果。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于步骤3)中，所述处理分析包括以下步骤 采集一段时间内、不同部位的各成对电极之间的电阻值，然后应用下述公式计算稳定系数 Rs R2 ~Rl公式中，R为某对电极间实时的电阻值，R1为一段时间内不同部位的成对电极间所测得 的最低电阻值，R2为一段时间内不同部位的成对电极间所测得的最高电阻值；当Rs越接近 0或100，说明所检测泡沫聚集倾向越严重，所检测的泡沫越不稳定；其中，接近0说明液相 聚集，而接近100则说明气相聚集。
全文摘要
本发明公开了一种多孔介质中泡沫稳定性的检测方法及其专用装置。本发明的检测装置包括多孔介质模拟装置和测定多孔介质模拟装置中的成对电极之间电阻的电阻测试装置。本发明的多孔介质模拟装置包括一用于容纳多孔介质和泡沫的柱筒，和插接在所述不同部位柱筒壁上的成对电极。本发明的泡沫稳定性的检测装置和评价方法可测定不同大小及结构的孔隙介质中泡沫的特性，特别适用于石油与天然气开发及提高采收率过程中的泡沫酸化、泡沫压裂、泡沫调剖、泡沫堵水、泡沫驱油过程中使用的泡沫稳定性评价。
文档编号G01N27/07GK102121913SQ20101059360
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者冯国智, 吕鑫, 尤源, 岳湘安, 张立娟, 杨光, 江建林, 田景文, 高震 申请人:中国海洋石油总公司, 中国石油大学(北京), 中海石油研究中心