用于巖心傷害實驗的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于巖心傷害實驗的裝置，主要由容器一、容器二、以及與容器一和容器二的內(nèi)部均相連通的氮氣瓶構(gòu)成，還包括設置在氮氣瓶與容器一和容器二之間的夾持器。本發(fā)明能快速測試出巖心傷害率，且測試結(jié)果準確，測試步驟簡單，大大降低了測試成本。
【專利說明】用于巖心傷害實驗的裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于巖心傷害實驗的裝置。
【背景技術】
[0002]泡沫是不溶性(或微溶)氣體分散于液體或熔融固體中形成的多相分散體系，其中液體是連續(xù)相(分散介質(zhì))，氣體是非連續(xù)相(分散相)。泡沫具有很大的表面自由能，在破泡之后體系液體的總表面積大大減少，即能量降低，因而，它是一種熱力學上的不穩(wěn)定的體系，但在一定條件下，采取合適的措施，可以保持一定的穩(wěn)定性。為了表征這種混合體系中相的狀態(tài)，最常用的兩種方法是卡扎科夫法和米切爾法。卡扎科夫采用泡沫倍數(shù)值Kf，當Kf < 3.8時，這種混合體系被認為是液體中的氣體乳化物，當Kf>3.8時為穩(wěn)定泡沫。米切爾采用常溫常壓下的泡沫質(zhì)量QF來描述，即泡沫中氣體體積與泡沫總體積之比。當QF=O?0.54時，混合體系表現(xiàn)為牛頓流體；當QF=0.54?0.96時，表現(xiàn)為非牛頓流體；當QF>0.96時，泡沫變成霧。在實際應用中為了增加泡沫的穩(wěn)定性，還需在溶液中加入起泡劑(表面活性劑)和穩(wěn)泡劑等物質(zhì)。
[0003]泡沫形成的前提條件是必須有氣體和液體發(fā)生相互接觸。而氣體和液體的接觸可通過三種途徑達到:一是直接向液體中通入外來氣體；二是利用氣井內(nèi)氣流的攪動；三是溶液中的反應物在一定條件下發(fā)生反應產(chǎn)生不溶氣體，從而達到目的。
[0004]純凈的液體不能形成穩(wěn)定的泡沫。例如純水，只有加入肥皂或其它表面活性劑，才能形成泡沫。其它液體如乙醇、苯等，也不能形成泡沫。能形成穩(wěn)定泡沫的液體，至少必須有兩種以上的組分，表面活性劑水溶液是典型的易產(chǎn)生泡沫的體系，蛋白質(zhì)以及其它一些水溶性高分子溶液也容易產(chǎn)生穩(wěn)定持久的泡沫。
[0005]泡沫的穩(wěn)定性是指泡沫生成后的持久性，即泡沫的“壽命”長短。液膜是否保持恒定，是泡沫穩(wěn)定性的關鍵，這就要求液膜有一定強度，能對抗外界各種影響而保持不變。影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素，亦即影響液膜厚度和表面膜強度的因素比較復雜:
(I)表面張力:泡沫生成時，隨著液體表面積的增加,體系的能量也隨著增加。當泡沫破壞時，體系的能量也就相應下降。但是，單純的表面張力并不是影響泡沫穩(wěn)定性的決定因素。從能量觀點考慮，低表面張力有利于泡沫的形成，即生成相同總表面積的泡沫，可以少做功，但不能保證泡沫有較好的穩(wěn)定性。只有當表面膜有一定強度、能形成多面體的泡沫時，低表面張力才有助于泡沫的穩(wěn)定。液膜的交界處與平面膜之間的壓差和表面張力成正t匕，表面張力低則壓差小，因而排液速度較慢，液膜變薄較慢，有利于泡沫穩(wěn)定。
[0006](2)表面粘度:決定泡沫穩(wěn)定性的關鍵因素在于膜的強度，而液膜強度主要決定于表面膜吸附的堅固性，在實驗上即以表面粘度為其量度。
[0007]表面粘度是指表面膜液體單分子層內(nèi)的粘度。這種粘度主要是表面活性分子在其表面單分子層內(nèi)的親水基間相互作用及水化作用而產(chǎn)生的。表面粘度越大，膜的強度越大泡沫的穩(wěn)定性也就越好。表面膜的強度與表面吸附分子間的相互作用有關，相互作用大者膜強度也大。一般高分子有機化合物由于分子量較大，分子間作用較強，故其水溶液所形成的泡沫穩(wěn)定性也比較高。一般疏水基中分支較多的表面活性劑，其分子間作用比直鏈者差，因而溶液的表面粘度較小，泡沫的穩(wěn)定性也較差。
[0008](3)溶液的粘度:表面粘度大，則泡沫液膜往往不易破壞，這里有雙重作用:一則增加液膜表面強度，另則使與液膜二表面膜臨近的液體不易排出(因表面粘度大，表面臨近液體也不易流動)。由此可見，若液體本身粘度較大，則液膜中的液體不易排出，液膜厚度變小的速度較慢，因而延緩了液膜破裂的時間，增加了泡沫的穩(wěn)定性。但應注意，液體內(nèi)部粘度僅為一輔助因素，若沒有表面膜形成，則即使內(nèi)部粘度再大，也不一定能形成穩(wěn)定的泡沫。
[0009](4)表面張力的“修復”作用:當泡沫的液膜受外力沖擊時，會發(fā)生局部變薄現(xiàn)象，變薄之處表面積增大，吸附的表面活性劑分子密度也減少，所以該處的表面張力升高。因此，表面活性劑分子力圖向變薄部分遷移，使表面上吸附的分子恢復到原來的密度，表面張力又降低到原來的水平。在遷移過程中，活性劑分子還會攜帶鄰近的薄層液體一起遷移，結(jié)果使變薄的液膜又變厚。這種表面張力的復原和液膜厚度的復原均導致液膜強度恢復，結(jié)果表現(xiàn)為泡沫具有良好的穩(wěn)定性，此即所謂表面張力的“修復”作用，也就是所謂的Marangoni 效應。
[0010]自能量的觀點看，把液膜擴張時，在表面上將降低活性劑的濃度，并增大表面張力，這是一個需要做功的過程，進一步擴張就要做更大的功。而把液膜收縮時，雖然減少了表面能，但要增加表面吸附分子的濃度，這不利于自動收縮。液膜的這種抗表面擴張和抗收縮的能力，也只有在表面活性劑分子吸附于液膜時才會發(fā)生，純液體是不具備這種修復性能的，所以不會形成穩(wěn)定的泡沫。
[0011]對于此種修復作用，應考慮到兩種不同的過程。一為自低表面張力區(qū)域遷移活性劑分子至高表面張力區(qū)域的過程；另外則為溶液中的分子吸附至表面上的過程。此過程的結(jié)果亦可使沖擊液膜的表面張力恢復至原值，同時恢復了表面吸附分子的密度。但若后一過程進行較快(吸附速度快)，則在液膜擴張部分所缺少的吸附分子將大部分由吸附來補足，而不是通過表面遷移。于是，受沖擊處的表面張力和吸附分子密度雖可復原，但變薄的液膜并未重新變厚(因無遷移分子帶來溶液)。這樣的液膜，其強度顯然較差，泡沫穩(wěn)定性也因此較差。一般醇類水溶液的泡沫穩(wěn)定性不高，即與醇自溶液中吸附于表面的速度較快有一定關系；而一般表面活性劑在濃度較低時(< cmc)的吸附速度則較慢,泡沫穩(wěn)定性較高。表面活性劑溶液的濃度超過cmc較多時，表面吸附速度較快，因此往往發(fā)現(xiàn)泡沫穩(wěn)定性較低。
[0012](5)氣體通過液膜的擴散(液膜透氣性):新制備的泡沫其氣泡大小是不均勻的。由于附加壓力的結(jié)果，小泡中的氣壓比大泡中的氣壓大，所以小泡中的氣體會擴散到大泡中去，結(jié)果是小泡逐漸變小以致消失，大泡逐漸變大。由于存在附加壓力，最終所有氣泡將全部消失。在這整個過程中液膜是依賴于氣體穿過液膜能力大小而存在的，這就叫液膜的透氣性。通?？梢杂靡好嫔蠚馀莅霃脚c時間變化率作為衡量液膜透氣性的標準。一般氣泡透氣性低的，其表面粘度就高，所形成的泡沫穩(wěn)定性就好。
[0013](6)表面電荷的影響:如果泡沫液膜帶有相同符號的電荷，液膜的兩個表面將互相排斥，以防止液膜變薄乃至于破裂。離子型表面活性劑作為起泡劑時，由于表面吸附的結(jié)果，表面活性劑離子將富集于表面上。兩個表面的電相斥作用開始顯著起來，防止液膜進一步變薄。此種電相斥作用在液膜較厚時影響不大。溶液中電解質(zhì)濃度較高時，擴散雙電層壓縮，電相斥作用減小，膜厚度變小，也會使其影響減小。
[0014]綜合上述討論可以看出，雖然影響泡沫穩(wěn)定性的因素多種多樣，但其中最重要的因素是表面膜的強度。對于表面活性劑作為起泡劑及穩(wěn)泡劑的一般情況而言，表面吸附分子排列的緊密結(jié)實性為最重要的因素，即泡沫穩(wěn)定性取決于表面吸附分子的表面結(jié)構(gòu)和相互作用。表面吸附分子結(jié)構(gòu)緊密、相互作用強時，不僅表面膜本身具有較大的強度，還能使表面層下面鄰近溶液層不易流走(因表面粘度大)，排液相對較困難，液膜厚度較易保持；此外，排列緊密的表面分子還能減少氣體的透過性，從而增加泡沫的穩(wěn)定性。
[0015]在油田上應用的起泡劑除了能較大地降低氣一液界面的表面張力，HLB(親憎平衡值)保持在9?15范圍內(nèi)外，還必須具備:①起泡能力強(即在相同情況下，生成的泡沫量多)；②形成的泡沫具有一定的穩(wěn)定性，即泡沫不易破裂，半衰期長泡沫攜液量大；④對地層條件(如:溫度、礦化度和PH值等)有一定的適應能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種用于巖心傷害實驗的裝置，能快速測試出巖心傷害率，且測試結(jié)果準確，測試步驟簡單，大大降低了測試成本。
[0017]本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn):用于巖心傷害實驗的裝置，主要由容器一、容器二、以及與容器一和容器二的內(nèi)部均相連通的氮氣瓶構(gòu)成，還包括設置在氮氣瓶與容器一和容器二之間的夾持器。
[0018]所述氮氣瓶和夾持器之間設置有環(huán)壓閥和放空閥，所述環(huán)壓閥和放空閥之間設置有環(huán)壓表。
[0019]所述氮氣瓶與容器一之間設置有調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥和容器一之間設置有測壓表。
[0020]所述氮氣瓶與容器一之間設置有放空閥。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。
[0023]實施例:
本發(fā)明涉及的用于巖心傷害實驗的裝置如圖1所示，主要由容器一、容器二、以及與容器一和容器二的內(nèi)部均相連通的氮氣瓶構(gòu)成，還包括設置在氮氣瓶與容器一和容器二之間的夾持器。
[0024]所述氮氣瓶和夾持器之間設置有環(huán)壓閥和放空閥，所述環(huán)壓閥和放空閥之間設置有環(huán)壓表。
[0025]所述氮氣瓶與容器一之間設置有調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥和容器一之間設置有測壓表。[0026]所述氮氣瓶與容器一之間設置有放空閥。
[0027]用于巖心傷害實驗的方法，包括以下步驟:
(a)首先，進行巖心預處理；
(b)然后，進行流動介質(zhì)預處理；
(c)測定巖心原始滲透率Λ?；
Cd)將返排液裝入高壓容器中，用氮氣瓶加壓，使溶液從巖心夾持器正向端入口進入巖
心；
Ce)測定返排液傷害后的巖心滲透率#2:方法同Λ?的測定；
Cf)通過分析實驗數(shù)據(jù)，從而得出巖心傷害率。
[0028]所述步驟(a)的具體步驟為:將人造巖心置于700~800°C的高溫下烘烤Ih后，用真空泵脫氣2h，然后用脫氣后的標準鹽水或煤油飽和巖心24h以上，待用。
[0029]所述步驟(b)的具體步驟為:首先，配制實驗用標準鹽水，將配制好的標準鹽水用真空泵脫氣lh，待用；其次，用無水干燥去除煤油中的水分，再用真空泵脫氣lh，待用。
[0030]所述步驟(C)中，將流動介質(zhì)裝入高壓容器中，用氮氣瓶加壓，使流動介質(zhì)從巖心夾持器反向端擠入巖心進行驅(qū)替，并保持流動介質(zhì)的流速低于臨界流速，直至流量及壓差穩(wěn)定，穩(wěn)定時間不少于60min。
[0031]所述步驟(d)中，從溶液開始流出起計時，溶液的累計濾失量精確到0.lmL。測定時間為36min，溫度允許的波動范圍為士 5°C。溶液擠完后，并閉夾持器兩端閥門，使溶液在巖心中停留2h,并將巖心夾持器中的溫度設定為60°C。
[0032]實驗過程中，分別采用返排液和自來水進行巖心傷害實驗，用標準鹽水和煤油作為流動介質(zhì)進行巖心驅(qū)替，并計算了經(jīng)兩種不同液體傷害后巖心的滲透率損害率。實驗結(jié)果如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.用于巖心傷害實驗的裝置，其特征在于，主要由容器一、容器二、以及與容器一和容器二的內(nèi)部均相連通的氮氣瓶構(gòu)成，還包括設置在氮氣瓶與容器一和容器二之間的夾持器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖心傷害實驗的裝置，其特征在于:所述氮氣瓶和夾持器之間設置有環(huán)壓閥和放空閥，所述環(huán)壓閥和放空閥之間設置有環(huán)壓表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖心傷害實驗的裝置，其特征在于:所述氮氣瓶與容器一之間設置有調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥和容器一之間設置有測壓表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖心傷害實驗的裝置，其特征在于:所述氮氣瓶與容器一之間設置有放空閥。
【文檔編號】G01N15/08GK103837455SQ201210481849
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月24日
【發(fā)明者】唐靜 申請人:唐靜