专利名称：泄流型多点管式粘度计测定泡沫流变性的方法
技术领域：
本发明涉及泄流型多点管式粘度计测定泡沫流变性的方法，适用于测定在不同的高温高压条件下泡沫的流变性，尤其是油气勘探开发中泡沫在不同深度的井筒内或地层内的流变性测定。
背景技术：
在石油、天然气的勘探开发中，泡沫流体被广泛应用于各种作业，例如泡沫钻井、泡沫完井、泡沫洗井、泡沫压裂、泡沫驱油、泡沫蒸汽热采等等。在所有上述泡沫流体井筒作业中，一项共同的、重要的基础是测定高温高压条件下的泡沫流变性。泡沫属于多相流体，液相不可压缩，但其气相体积却受温度和压力影响较大。由于随着钻井深度增加，温度和压力是呈递增变化的，要准确表征实钻过程中泡沫的流变性，就必须考虑温度和压力等重要参数的影响。
目前，测定泡沫流变性的方法主要有三种用改造的旋转粘度计测定泡沫流变性，它难以克服泡沫不稳定的析液现象；用毛管粘度计测定泡沫流变性，对注入的微量气体、液体以及流出泡沫的流量计量很困难，而且难以实现高温高压环境；用泡沫管流流动台架测定泡沫流变性，它的装置规模大、实验工作量大、实验周期长、消耗原材料多，难以在常规实验室中实现。这些方法均有一定的局限性。
发明内容
本发明所提出的“泄流型多点管式粘度计测定泡沫流变性的方法”全面解决了在泡沫高温高压流变性测定中存在的诸多问题泡沫稳定性问题，泡沫流量计量问题，大范围温度、压力变化的调节问题，实验规模、持续时间和原料消耗问题。本发明使得泡沫高温高压流变性测定能够在常规实验室中实现，仅用几十克原料(化学剂)，在几十分钟时间内就能测出大范围温度、压力变化的泡沫流变性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是(1)测定泡沫流变性的主要设备是泄流型多点管式粘度计。它主要由泡沫发生与稳定系统、泄流管路系统、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统组成由带透明观测管的竖式圆柱状容器(发泡筒)和与之相连并形成循环回路的磁力泵，组成泡沫发生与稳定性维持系统；泄流管路系统由多段内径为0.004m的细管连接而成，每段管长3m，由压差计测定二端的流动压差，即分段、多点式的压差测量；温度控制系统按3℃/m的温度梯度对泄流管路加温，可使泄流管路上游端温度达到120℃，下游端温度20℃，沿程线性变化；压力控制系统利用出口背压调节阀在0～5MPa范围内模拟环境压力；数据采集系统用于测定泡沫的流动压差及温度的采集、传输、储存。泄流型多点管式粘度计的特征是能模拟深度为3000m以内的井内泡沫向上流动的过程。(2)确定泡沫流变性的实验方法是采用定容积发泡筒的泄流式流动，以泡沫流动压差及温度测定为基础，考虑泡沫的可压缩性、粘温特性，以及可压缩粘性流体的流体力学规律，求出泡沫质量、体积流量沿管路的变化规律，进而确定泡沫的流变性。泡沫流变性的实验方法特征是不需要测量泡沫流量。
本发明的有益效果是(1)可以测定在不同的高温高压条件下泡沫的流变性，特别适用于油气勘探开发中泡沫在不同深度的井筒内或地层内的流变性测定；(2)可以使泡沫高温高压流变性测定能够在常规实验室中实现，使用原料(化学剂)少，测量时间短，泡沫性能稳定，温度、压力等环境参数变化范围大。(3)可以不进行泡沫流量测量，简化了泡沫流变性的测定过程。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图是本发明的泄流型多点管式粘度计的结构示意图。
图中1、钢容器；2、电热加温套；3、液体注入阀，4、泄流阀；5、排放底阀；6、离心式磁力泵；7、发泡筒；8、观察管；9、压力表；10、温度计；11、气体注入阀；12、上游压力；13、压差传感器；14、数据采集与处理系统；15、高压气瓶；16、背压调节阀；17、下游压力；18、基液罐；19、梯度加热套；20、主泄流管；21、计量泵。
具体实施方法1.将预定体积的发泡剂由液体注入阀3注入发泡筒7中，然后利用温度控制系统2加热到预定温度并恒温；2.将压缩空气由气体注入阀11注入发泡筒7中，直至达到预定压力，气体注入量可由注入压力、温度和系统容积，根据气态方程求得；3.开动磁力泵6循环发泡，直至由透明观测管8观察到上下一致的均匀泡沫，则完成发泡工作。在随后的测定中，磁力泵6始终工作，将下部有析出液的泡沫由底部抽出，经高速搅动再发泡，由筒顶部再注入。如此上下循环搅动，使泡沫的稳定性得以动态地维持；4.调节背压阀16，到达预定背压；打开出口阀进行排气，直至有少量泡沫排出后，关闭出口阀；5.记录发泡筒压力值、背压阀压力值。由于处于静平衡状态，多点流动细管上各点处压差值应为0；6.打开出口阀，靠压差的作用，泡沫经多点流动细管泄流，直至压差为0、泡沫不再泄流为止。同时连续采集、记录发泡筒压力值、流动细管各段压差值、背压阀压力值，及相应的温度值；7.采用定容积发泡筒的泄流式流动，以泡沫流动压差及温度测定为基础，考虑泡沫的可压缩性、粘温特性，以及可压缩粘性流体的流体力学规律，求出泡沫质量、体积流量沿管路的变化规律，进而确定泡沫的流变性。
权利要求
1.一种泄流型多点管式粘度计测定泡沫高温高压流变性的方法，主要设备是泄流型多点管式粘度计，它是由泡沫发生与稳定系统、泄流管路系统、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统组成，其特征是能模拟深度为3000m以内的井内泡沫向上流动的过程，主要实验方法是采用定容积发泡筒的泄流式流动，分段、多点测量泡沫沿泄流管路的流动压差及温度，考虑泡沫的可压缩性、粘温特性，以及可压缩粘性流体的流体力学规律，求出泡沫质量、体积流量沿管路的变化规律，进而确定泡沫的流变性，不需要测量泡沫流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是用于测定泡沫生成与维持的系统是由发泡筒、高压气瓶、磁力泵、柱塞泵和管、阀组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是用于测定泡沫流动的泄流管路系统是由多段内径为0.004m的细管连接而成，每段管长3m，由压差计测定二端的流动压差，即分段、多点式的压差测量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是用于模拟井下环境温度的温度控制系统是由发泡筒加热套、泄流管路梯度加热套、温控仪组成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是用于模拟井下环境压力的压力控制系统是由高压气瓶和出口背压调节阀组成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是测定过程采用定容积发泡筒的泄流式流动，分段、多点测量泡沫沿泄流管路的流动压差及温度，不需要测量泡沫流量。
全文摘要
本发明涉及泄流型多点管式粘度计测定泡沫流变性的方法，适用于测定在不同的高温高压条件下泡沫的流变性。它可以使泡沫高温高压流变性测定能够在常规实验室中实现，使用原料(化学剂)少，测量时间短，泡沫性能稳定，温度、压力等环境参数变化范围大。其技术方案是测定泡沫流变性的主要设备是泄流型多点管式粘度计，它主要由泡沫发生与稳定系统、泄流管路系统、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统组成。实验方法采用定容积发泡筒的泄流式流动，分段、多点测量泡沫沿泄流管路的流动压差及温度，可以不进行泡沫流量测量。本发明提供的粘度计结构简单，功能齐全，实验方法简单易行。
文档编号G01N11/00GK1624451SQ20031011115
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月6日 优先权日2003年12月6日
发明者孟英峰, 刘绘新, 梁红, 陈一建, 陈小瑜, 唐贵 申请人:西南石油学院