用于测定流体粘度的设备和方法
【专利摘要】本申请提供了用于测定流体粘度的设备和方法。该设备通常包括入流管线和至少一个多孔介质柱，该入流管线被构造成接收流体流，该至少一个多孔介质柱接收来自于入流管线的流体流，阻碍该流体流以使得其出口处的流体压力低于入口处的流体压力。压力传感器被构造成测定多孔介质柱入口和出口之间的压差，该传感器适于根据所述压差和多孔介质的渗透率来确定流体的粘度。
【专利说明】用于测定流体粘度的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及流体粘度的测定，如使用在提高石油采收率的操作中的流体测定。
【背景技术】
[0002]提高石油采收率(EOR)的一种传统的方法包括将聚合物注入油层中。让储层中充满聚合物以控制(如，降低)被注入储层中的水的流动性、减小储层的渗透率、和/或增加波及系数。聚合物可单独使用或与表面活性剂组合使用。例如，在生产重质油或稠油的过程中，聚合物驱能提高所生产油的采收率和/或总量，可用作为采用加热提高石油采收率方法的替代方法。
[0003]在典型的聚合物驱中，来自供给源的聚合物可被现场混合，然后通过一个或更多个井的井头设备被注入储层中。混合过程可根据聚合物在被供给时的初始状态变化。例如，可提供粉末形态聚合物而使其与水在现场混合，或者可将聚合物提供在局部强度溶液中，如将部分由聚合物(含2%-60%的聚合物)构成的胶体、乳状液或其他流体提供在诸如水的溶质中。
[0004]理解和控制被注入的聚合物混合物的特性对于聚合物驱的成功是重要的。一种这样的特性是聚合物混合物的粘度，在聚合物混合物被注入储层之前测定其粘度。用于测定粘度的传统方法是使用可实时运行的在线粘度计。典型的粘度计在特定的剪切率或范围下能最准确地运行，这种剪切率通常相对较高。但是，由于提高石油采收率(EOR)通常涉及注入非牛顿流体(如剪切稀化或假塑性流体，即，其特点是粘度随剪切应力值的增加而减小)，尤其在存在氧气和/或铁的情况下，传统装置不能提供准确的结果，原因在于这些材料也影响粘度。因此，如果需要准确测定用于提高石油采收率的聚合物混合物的粘度，通常的传统方法是移走正被注入的流体样本，然后将该样本输送到实验室中而在可控环境下对样本进行分析。尽管实验室分析可能是成功的，但是将样本输送到实验室而产生的延迟通常是不尽人意的。
[0005]因此，需要一种测定粘度的方法，尤其是一种测定非牛顿流体(如，剪切稀化或假塑性流体)的粘度的方法，这种流体通常在提高石油采收率(EOR)期间被注入，其粘度随剪切应力值的增加而减小。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种用于测定流体粘度的设备和方法。根据一个实施例，该设备包括:入流管线以及至少一个多孔介质柱，该入流管线被构造成接收流体流；该至少一个多孔介质柱界定入口和出口，被构造成实现下述目的:(a)引导流体流从入口流到出口，以使流体流经多孔介质柱中的具有预定渗透率的多孔介质；(b)阻碍流体流，以使出口处的流体压力低于入口处的流体压力。压力传感器被构造成测定入口处的流体压力和出口处的流体压力之间的压差，该压力传感器适于根据所述压差和多孔介质的所述渗透率测定和/或显示流体粘度。可设置具有旁通阀的旁通管线，用于选择性地让流体经压力传感器流通。在整个系统中可配置有一个或更多个阀，它们被构造成对流经所述多孔介质柱的流体流进行限制，从而将流体流调节至合适的流量。
[0007]在一些情况下，该设备可包括多个多孔介质柱，这些多孔介质柱并行布置，使得在特定时间可选择性地引导流体流穿过所述多个多孔介质柱中的任何一个或更多个介质柱。例如，类似的多孔介质可提供在所有多孔介质柱中，从而能在不同时间点使用不同的多孔介质柱来进行类似的粘度测定。可供选择地，每个多孔介质柱中均含有多孔介质，不同的多孔介质柱中的多孔介质可不同，从而可选择性地引导流体经过不同的多孔介质柱中的不同多孔介质。
[0008]该设备可包括用于容纳流体的样本容器。该设备可被构造成使进入入流管线的流体流改向而从流入多孔介质柱中改向为流入样本容器中，从而使流体样本存储在容器中。该样本容器可从设备上拆卸掉，从而可移走样本，将其输送到其他位置以例如进行其他分析。
[0009]该设备还可包括流体源，其被构造成将具有非牛顿粘度的提高石油采收率(EOR)的液体作为所述流体提供到所述入口处。该设备被构造成可在提高石油采收率(EOR)液通过井被注入油气储层时测定该提高石油采收率(EOR)液的粘度。
[0010]根据另一实施例，本发明提供了一种用于测定流体粘度的方法。该方法包括:接收流体流；引导该流体流经过至少一个多孔介质柱，该至少一个多孔介质柱界定入口和出口，以使得多孔介质柱中的具有预定渗透率的多孔介质阻碍流体流，且使得出口处的流体压力低于入口处的流体压力。测定入口处的流体压力和出口处的流体压力之间的压差。可调节一个或更多个阀，从而限制流体流，将流经多孔介质柱的流体流调节至合适的流量。根据所述压差和多孔介质的渗透率确定流体粘度。可调节旁通阀以调节压力传感器的入口和出口之间的流体连通关系。
[0011]在一些情况下，可选择性地引导流体经过所述多个多孔介质柱中的至少两个多孔介质柱。可选择性地引导流体经过不同的多孔介质，这些多孔介质具有相同或不同的渗透率。
[0012]通过样本管线使流体流改向，从流入多孔介质柱中改向为流到样本容器中。通过样本管线使流体样本存储在容器中。具有所述样本的容器可从样本管线上移除。
[0013]例如，将具有非牛顿粘度的提高石油采收率(EOR)的液体作为所述流体输送；当用于提高石油采收率的液体通过井被注入油气储层时，可确定所述用于提高石油采收率的液体的粘度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示意图，根据本发明的一个实施例示出了用于测定流体粘度的设备，该流体例如是提高石油采收率的材料，其通过井被注入油气储层中；
[0015]图2是示意图，根据本发明的另一实施例示出了一种设备，该设备包括多个多孔介质柱，可引导流体经过所述多个多孔介质柱。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的一些实施例，但没有示出所有实施例。的确，本发明也可以许多不同的形式来实施，不应解释为局限于文中所提到的实施例。更确切地说，提供这些实施例以使本专利申请的公开内容透彻、完整，从而该公开内容将能让本领域的普通技术人员完全理解本发明的范围。附图中的类似标记表示类似元件。
[0017]参照图1，示出了用于测量流体粘度的设备10，该流体例如为含聚合物的流体，在用于提高石油采收率(EOR)的聚合物注入作业期间，含聚合物的流体通过井口装置或其他井装置12被注入，经过井14到达油气储层16。可使用该设备10测量各种这类流体的粘度，这类流体包括具有非牛顿特性(如，流体的剪切稀化特性或假塑性)的流体，其粘度随着剪切应力值(rates of shear stress)的增加而降低。
[0018]在图1的实施例中，设备10被构造成接收来自于流体源20的流体。该流体源20可包括一个或更多个储存和输送流体的容器22。在一些情况下，可通过将粉末、凝胶、乳液或液体形态的聚合物与水等溶质混合，从而现场混合所述流体。可在混合装置24中混合聚合物和溶质，所述混合装置还可包括泵，该泵用于将流体注入到与井14保持流体连通的管或其他管状通道26中。
[0019]具体而言，设备10可界定入流管线30，其被构造成例如通过T形连接件接收来自于管线26的流体流，T形连接件可使来自于流体源20的流体流分流，从而，当流体被注入井14中时，一部分流体流入入流管线30。流经过入流管线30、从而经过设备10的流体流可由沿入流管线30布置的球阀32控制。
[0020]传感器被构造成检测进入设备10的流体的特性。例如，压力传感器34能检测流体的绝对压力或表压，温度传感器36能检测流体的温度。还可配置其他传感器来检测流体或流体流的其他特性。
[0021 ] 该设备10包括至少一个多孔介质柱40，流体可被弓I导经过该多孔介质柱40。多孔介质柱40可包括容器式或通道式结构，其界定其中放置有多孔介质42的内部空间。如图所示，多孔介质柱40界定入口 44和出口 46，且被构造成引导流体从入口 44流到出口 46，以使得流体流经多孔介质柱40中的多孔介质42。该多孔介质42通常是压紧的粒状材料，其具有预定的渗透率。当流体流经多孔介质柱40时，多孔介质42阻碍流体流动，以使得经过多孔介质柱40的流体会出现压降。S卩，出口 46处的流体压力小于入口 44处的流体压力。
[0022]球阀48、50、52、54可被设置在多孔介质柱40的上游和下游，以能够对流经多孔介质柱40的流体流进行控制。在一些情况下，可调节所述设备10的各种阀以达到合适的流量或流速(基于质量或体积)。例如，如果为了进行维护或更换而将多孔介质柱40从设备10上拆卸掉，那么球阀48、50、52、54还能用于停止流体经过多孔介质柱40。
[0023]压力管线60被构造成使多孔介质柱40上游位置和下游位置之间连通。具体而言，压力管线60的第一端可连接到入流管线30上，压力管线60的相对端可连接到从多孔介质柱40的出口 46伸出的管线62上。差压传感器64沿压力管线60布置，且被构造成通过测量多孔介质柱40的入口 44和出口 46处之间的压差而确定通过多孔介质柱40的压降。设置旁通管线66和旁通阀68以使差压传感器64上游位置和下游位置保持流体连通，从而使流体绕过差压传感器64。
[0024]可根据压差和多孔介质42的渗透率确定流体粘度。具体而言，尽管本发明并不受任何特定的操作理论限制，但是应该意识到，压差和渗透率借助于达西定律相关联:
[0025]q = (-k/ μ ) V P(公式 I)
[0026]其中，q是流量(多孔介质柱40中单位流动截面积的流体排出量);
[0027]k是多孔介质42的渗透率；
[0028]μ是流体粘度；
[0029]V P是差压传感器64所测的压差。
[0030]可校准压力传感器64以用图表显示等于或表明粘度的值。在一些情况下，压力传感器64可与另一输出装置通讯，从而以其他方式输出值。例如，压力传感器64能测定表示粘度的值，然后以电子方式将该值传输至用图表显示粘度的电子显示器、和/或传输至计算机或其他处理装置，该其他处理装置能记录、存储和/或处理设备10运行期间的这些值。
[0031]泄压装置能设置在设备10中以防止压力超过预定值。例如，如图1所示，可引导从多孔介质柱40排出的流体经过泄压装置70 ;该泄压装置被构造成:如果设备10内的压力超过预定值，其能自动地将流体从设备10排出。还可设置调节型截止阀72、74以达到释放压力、净化管线72以及调节排出压力74的目的。流体流还可被引导经过计量阀76，该计量阀被构造成手动或自动运行以保持设备10中的流量合适。
[0032]该设备10还配置有用于抽取流体样本的机构。就这点而言，图1示出了样本容器80，其可以是容量足够的缸体，以容纳和存储流体样本。样本容器80具有通过一个或更多个球阀84、86、88连接到入流管线30上的入口 82，可打开球阀84、86、88以使流体流入容器80，然后，容器80中已经容纳了足量样本时关闭所述球阀以停止流体流入容器80。具有球阀92的样本容器出口 90还可被设置成可让流体从容器80排出。调节型截止阀94可被构造成将容器80上游的流体排出。
[0033]通过打开阀84、86、88 (以及，通常关闭一个或更多个阀48、50、52、54、74、76来停止流体流经多孔介质柱42)，可使朝多孔介质柱40流动的流体改向，即:不是让流体流入多孔介质柱40中，而是使流体可从入流管线30流入样本容器80并存储在容器80中。可通过可拆卸的连接件96将容器80连接到管线30上，从而，容器80能容易地从设备10上拆卸掉。例如，连接件96可以是快速连接装置，可使样本容器80容易地被拆卸掉以及被重新连接，而不需要使用工具。一旦被拆卸掉，容器80能被存储、运输到远程位置以进行分析或被处理。
[0034]图2示出了本发明的另一实施例，在该实施例中设备10包括多个多孔介质柱40a、40b、40c、40d、40e (其共同地用参考数字标记40表示)。多孔介质柱40可并行布置,通过入口支管98将各多孔介质柱40的入口 44连接到入流管线30上，通过出口支管100连接各多孔介质柱40的出口 46。阀48a-48e、50a-50e、52a-52e、54a_54e被设置在多孔介质柱40与多孔介质柱40上游和下游的支管98、100之间，以可选择性地引导流体流经过各多孔介质柱40。
[0035]各多孔介质柱40中可均含有多孔介质42。每个多孔介质柱40中的多孔介质42以及多孔介质柱40的预定渗透率可以与其他多孔介质柱40相同或不同。例如，在一个实施例中，多个多孔介质柱40中含有的多孔介质相同，具有基本相同的渗透率，以至任何多孔介质柱40均能用于进行类似的粘度测定。适宜的是，仅引导流体经过第一多孔介质柱40a以进行粘度测定，之后，停止流体经过第一多孔介质柱40a，而引导流体经过第二多孔介质柱40b。例如，如果其中的一个多孔介质柱40堵塞、出现故障或破裂，或者需要进行修补或更换，可按次序地让流体改向流入所述多个多孔介质柱40中的其他多孔介质柱中是适宜的。
[0036]可供选择地，通过使用不同的多孔介质42或通过以不同方式配置多孔介质42或多孔介质柱40而可使多个多孔介质柱40具有不同的渗透率。这种情况下，根据流体或流体流的性质，可选择其中一个多孔介质柱40进行粘度测定操作。例如，如果流体粘度相对高，适宜使用渗透性更高的多孔介质柱40 ;如果流体粘度相对低，适宜使用渗透率更低的多孔介质柱40。
[0037]未使用某特定多孔介质柱40时，如果要求维护，那么可关闭该多孔介质柱40上游的相应阀48a-48e、50a_50e以及该多孔介质柱40下游的相应阀52a-52e、54a_54e，从而可将该多孔介质柱40去除。例如,如果粉末聚合物未被充分混合,一些干粉末会随流体一起被带到多孔介质柱40中而沉积在多孔介质42中，这种情况下，用于进行粘度测定的该多孔介质柱40可能会被堵塞。将堵塞的多孔介质柱40拆卸掉以更换多孔介质42，然后将该多孔介质柱40重新安装在设备10中以用于其他用处。尽管拆卸掉了多孔介质柱40，但通过引导流体流经不同的多孔介质柱40，从而可让设备10继续运行。
[0038]除了第一和第二压力管线60a、60b、第一和第二旁通管线66a、66b、以及第一和第二旁通阀68a、68b以外，还可设置第一和第二差压传感器64a、64b以备用。可同时使用这两个差压传感器64a、64b并对它们进行比较，从而，例如能迅速地确定出传感器64a、64b之一的精确度的任何降低。可供选择地，可分开使用这两个传感器64a、64b，如，交替使用它们以执行连续操作，或者，如果由于维修或维护问题而导致传感器64a、64b之一不能运行，那么可仅使用另一个传感器。
[0039]通常根据将被测定的流体类型，将各种多孔介质42设置在多孔介质柱40中。例如，可使用如下材料作为多孔介质42:由金属、陶瓷、塑料或玻璃制成的球面球，其直径一致或具有多种直径。可使用:碎屑状或钙质砂、被筛分成一种筛孔尺寸或一系列筛孔尺寸的疏松储层或露头岩心、被分解和筛分成一种或一系列筛孔尺寸的完整储层或露头岩心。
[0040]设备10的各种部件由适于处理将被测定的流体的不同材料制成。例如，在一些情况下，多孔介质柱 40、管线 30、60、62、66 以及阀 32、48、50、52、54、68、72、74、76、84、86、88、90、92、94、96、容器80、以及这些部件之间的任何连接器和配件可由钢、其他金属、塑料以及类似材料制成。在一些情况下，适宜使用不锈钢、其他抗氧化材料、或具有抗氧化涂层的成分。
[0041]尽管文中描述了阀的具体类型，但是，本发明并不局限于使用这些特定类型的阀。事实上，整个设备10中可使用其他类型的阀，能以替换方式布置和构造这些阀。
[0042]应该理解到，可使用设备10测量各种流体的粘度，这些流体由不同类型的流体源20提供。如果流体是通过井14被注入到地下油气储层16的用于提高石油采收率的提高石油采收率液，那么，在注入操作的同时可操作设备10，以在流体被注入储层16时测定粘度。在操作期间可在连续的时间点测定粘度，或者，甚至在井14的操作期间连续测定粘度。另夕卜，设备10可由操作者监控；或者，设备10被构造成在设备10检测出超出预定范围的状况的情况下可提供可视警报、声音警报或其他警报给操作者。例如，设备10可被构造成在粘度低于下限值或高于上限值的情况下警示操作者。如果粘度测量值在预定范围之外，那么，例如，可由操作者人工中断注入操作，或通过设备10发送给流体源20或井装置12的电信号自动中断注入操作。
[0043]本发明所属领域的普通技术人员可从上述描述内容以及相关附图中公开的相关技术内容获益，将能想到文中所阐述的本发明的许多改进形式和其他实施例。因此，应该理解为，本发明并不局限于所公开的具体实施例，改进形式和其他实施例包含在所附权利要求书的范围内。尽管文中使用了专业术语，但是，它们被使用时仅具有通用的描述性意义，并没有限制目的。
【权利要求】
1.一种用于测定流体粘度的设备，该设备包括: 入流管线，其被构造成接收流体流； 至少一个多孔介质柱，该多孔介质柱界定入口和出口且被构造成实现下述目的:(a)引导流体从入口流到出口，以使得流体流经多孔介质柱中的具有预定渗透率的多孔介质；(b)阻碍流体流，以使得所述出口处的流体压力低于所述入口处的流体压力；以及 压力传感器，其被构造成测定入口处的流体压力和出口处的流体压力之间的压差； 其中，该压力传感器适于根据所述压差和多孔介质的渗透率确定流体粘度。
2.根据权利要求1的设备，其中，该设备包括多个并行布置的多孔介质柱，从而，可选择性地引导流体流经过各多孔介质柱。
3.根据权利要求2的设备，其中，各多孔介质柱中均含有多孔介质，不同的多孔介质柱中的多孔介质不同，从而，可选择性地引导流体经过不同多孔介质柱中的不同多孔介质
4.根据权利要求1的设备，还包括用于容纳流体的样本容器，其中该设备被构造成能够使进入入流管线的流体流改向，即:从流入多孔介质柱改向为流入样本容器中，从而使流体样本存储在所述样本容器中。
5.根据权利要求1的设备，还包括至少一个阀，该阀被构造成限制流体流，从而将调节该流体流达到所需的流量。
6.根据权利要求1的设备，还包括具有旁通阀的旁通管线，用于可选择性地让流体绕过压力传感器流通。
7.根据权利要求1的设备，还包括流体源，其被构造成将具有非牛顿粘度的提高石油采收率的液体作为所述流体提供到入口处，以使得该设备被构造成在用于提高石油采收率的液体通过井被注入油气储层时测定该用于提高石油采收率的液体的粘度。
8.一种用于测定流体粘度的方法，该方法包括以下步骤: 接收流体流； 引导流体流经过至少一个多孔介质柱，该至少一个多孔介质柱界定入口和出口，以使得多孔介质柱中的具有预定渗透率的多孔介质阻碍流体流，且使得所述出口处的流体压力低于所述入口处的流体压力； 测定入口处的流体压力和出口处的流体压力之间的压差；以及 根据所述压差和多孔介质的渗透率确定流体粘度。
9.根据权利要求8的方法，其中，引导流体流的步骤包括:可选择性地引导流体经过多个多孔介质柱中的至少两个多孔介质柱。
10.根据权利要求9的方法，其中，引导流体流的步骤包括:可选择性地引导流体经过不同的多孔介质，各不同的多孔介质具有不同的渗透率。
11.根据权利要求8的方法，还包括以下步骤:通过样本管线使流体流改向而使流体流从流入多孔介质柱改向为流入样本容器中；通过样本管线使流体样本存储在容器中；以及将具有样本的容器从样本管线上拆卸掉。
12.根据权利要求8的方法，还包括以下步骤:调节至少一个阀，从而限制流体流，将流经多孔介质柱的流体流调节至所需的流量。
13.根据权利要求8的方法，还包括以下步骤:调节旁通阀，以调节压力传感器入口和出口之间的流体连通。
14.根据权利要求8的方法，还包括以下步骤:将具有非牛顿粘度的提高采收率的液体作为流体输送；当用于提高采收率的液体通过井被注入油气储层时，确定该用于提高采收率的液体的粘度。
【文档编号】G01N11/02GK104303040SQ201380025180
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】R·迪安, J·贝利奥特兰, S·撒奇, V·德瓦拉卡纳特, W·S·斯劳特, T·马利克 申请人:雪佛龙美国公司