[發明專利]一種壓力波動下泡沫穩定性測試裝置及工作方法

在審

• 申請號: 201410724298.0
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104502059A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 李兆敏;呂其超;李賓飛;李松巖;盧擁軍;邱曉慧;張昀
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種壓力波動下泡沫穩定性測試裝置及工作方法，屬于石油、天然氣開發用泡沫流體性能測試裝置技術領域。

背景技術

泡沫作為一種智能、高效、環保、經濟的流體，在國內外油氣開發中得到廣泛的應用，尤其在鉆井、完井、壓裂、酸化、采油、采氣、調剖堵水、沖砂洗井等生產工藝中表現出獨特的性能優勢。大量油氣田開發實踐表明，運用泡沫流體是保護油氣層、提高油氣產量、降低生產成本的有效手段。

泡沫流體的穩定性是其各相性能有效發揮的基礎。采用泡沫流體進行油氣田生產作業的過程中，泡沫經常會流經地面管網、井下管柱、地層裂縫及孔吼等多個區域。泡沫的流動過程中會受到不同程度壓力波動的影響，壓力降低會引起泡沫中氣體膨脹，甚至導致液膜破裂，壓力升高則會引起泡沫中氣體收縮，進而加快氣液分離速度。目前所采用的泡沫穩定性測試方法基本是在恒定壓力條件下進行測試，缺乏在壓力波動下泡沫穩定性的測試數據，因此，為了貼近油氣田開發生產實際，研發一種壓力波動下泡沫穩定性測試裝置是十分必要的。

《石油勘探與開發》2002年第4期中，記載了由丁云宏發表的《CO₂泡沫壓裂液的研究與應用》一篇文章。該文章采用攪拌-靜置的方法進行泡沫壓裂液的測試。取一定量加有起泡劑的水溶液，置于WARING混調器中，攪拌形成泡沫后，轉移到量筒中,記錄從泡沫中析出不同液量的時間，以析出一半液量的時間來表征泡沫的半衰期，即其穩定性。這是一種典型的常壓下測試泡沫穩定性的方法，這種測試方法的沒有考慮壓力因素的影響，無法模擬壓裂施工過程中的壓力變化環境，這將影響測試數據可靠性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種壓力波動下泡沫穩定性測試裝置，該裝置可以測試不同類型壓力波動對泡沫穩定性的影響，同時可以實現變壓力條件下泡沫狀態的可視化。

本發明還提供一種上述測試裝置的工作方法。

本發明技術方案在于：

一種壓力波動下泡沫穩定性測試裝置，包括泡沫發生部、泡沫測試部、壓力調控部和清洗部；所述泡沫發生部、壓力調控部和清洗部分別與泡沫測試部并聯，通過閥門控制實現：泡沫發生部與泡沫測試部的單獨串聯；壓力調控部與泡沫測試部的單獨串聯；清洗部與泡沫測試部的單獨串聯。

根據本發明優選的，所述泡沫發生部包括沿氣體流動方向依次連接的氣瓶、氣體流量控制器、第三閥門、第一單向閥、泡沫發生器、第七閥門和第二單向閥，與所述泡沫發生器并聯設置有發泡液中間容器，所述發泡液中間容器底部連接有平流泵；

所述泡沫測試部，包括測試筒，所述測試筒包括觀測部和活塞部，所述活塞部內依次設置有活塞、活塞軸、活塞柄；所述測試筒固定在巖心夾持器上；所述觀測部的側壁貫通設置有觀察窗；在所述觀測部設置有壓力傳感器；所述泡沫發生器通過第七閥門和第二單向閥與所述活塞部相連通；

所述壓力調控部包括電控箱、回壓閥、與所述電控箱連接的大轉矩步進馬達；所述電控箱控制大轉矩步進馬達對所述活塞柄進行傳動連接，所述回壓閥通過第一閥門與所述測試筒的底部連通，所述回壓閥通過第二閥門與所述測試筒的活塞部相連通；

所述清洗部包括蒸餾水中間容器，所述蒸餾水中間容器與發泡液中間容器并聯，在所述蒸餾水中間容器和發泡液中間容器的底部連接平流泵；在所述蒸餾水中間容器和平流泵之間設置有第六閥門；在所述發泡液中間容器和平流泵之間設置有第五閥門；在所述蒸餾水中間容器和發泡液中間容器的頂部通過第四閥門與泡沫發生器相連。

所述回壓閥連接在所述測試筒的底部，作用是調節測試筒內的壓力；

所述大轉矩步進馬達通過齒輪齒條傳動機構與活塞柄連接，作用是實現活塞的升降；

所述壓力傳感器與測試筒下部連接，作用是監測測試筒中的壓力，并將壓力信號轉化為電信號傳送至電控箱；

所述電控箱的作用是接收壓力傳感器的電信號，并控制大轉矩步進馬達的上下運動。

根據本發明優選的，所述測試筒為不銹鋼圓筒，壁厚為1～2cm，內徑為2～3cm，高度為20～30cm。此處設計的目的是為了保證測試筒耐壓性，同時采用小容量測試筒，減少了測試液體的消耗。

根據本發明優選的，所述觀察窗的高度為10～15cm，觀察窗上標示有容量刻度。此處設計的目的是實現泡沫的可視化，監測并計量泡沫流體中液體的析出體積。

一種利用上述測試裝置測試壓力波動下泡沫穩定性的工作方法，包括步驟如下：

(1)啟動測試裝置：

連接測試裝置的各個部件，啟動電控箱，啟動平流泵，啟動氣體流量控制器；

(2)排氣：