一种测试流体洗油效率的方法与流程

本发明涉及一种测试流体洗油效率的方法，具体是一种测试具有粘弹性的化学驱体系的洗油效率的方法，属于石油开发领域。

背景技术：

在我国，化学驱是主要的提高采收率技术，尤其是聚合物驱(部分水解聚丙烯酰胺)和复合驱(聚合物-表面活性剂)已经得到广泛应用。化学驱技术的原理主要是利用化学驱体系降低油水界面张力和增加驱替流体的粘弹性，以提高洗油效率和波及效率(与水相比)，从而提高原油采收率。在化学驱提高原油采收率实践中，一项重要的工作就是评价各种化学驱体系配方的洗油效率，为目的油藏筛选到最优的化学驱体系配方。

化学驱体系主要是水溶性聚合物(部分水解聚丙烯酰胺)和表面活性剂组成，聚合物溶于水中形成粘弹性流体，提高了水溶液的粘性和弹性；表面活性剂溶于水中可以大幅度降低油水界面张力，甚至可以从水和原油界面张力(20-30mN/m)降低到超低状态(界面张力小于0.01mN/m)。油田实际使用的化学驱体系是聚合物和表面活性剂构成的混合水溶液，有的体系还需要加入碱组分(氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠)，这种驱油用的混合溶液是一种粘弹性流体。

目前，在石油领域评价洗油效率的方法主要是通过天然或者人造岩心驱油实验来评价驱油体系的驱油效率高低，但这些驱替实验只有经验比较丰富的科研人员通过重复实验才能获得较为准确的、可靠的实验数据。岩心驱替实验在岩心物性重复性、含油饱和度、驱油体系注入量、采出液计量等方面 存在相对较大误差，因为岩心尺寸较小(一般尺寸为直径2.5cm，长10cm),岩心孔隙体积不足10mL。另外岩心驱替实验耗时长，成本高，且受天然岩心数量的限制，难以对化学驱体系的洗油效率开展系统研究。岩心驱替实验得到的驱油结果也包含了部分波及效率的因素，并不完全反映体系洗油效率的高低。

在金属化学清洗领域，标准QB/T 2117-95《通用水基金属净洗剂》和JB/T4323.1-1999《水基金属清洗剂》利用摆洗机方法评价金属清洗剂的洗油效率，把油污涂覆在金属挂片上，挂片的尺寸：长度50mm，宽度25mm，厚度3-5mm。因为相对于挂片的宽度和长度，其厚度较小，摆洗机工作时挂片与清洗液间相对运动时，流线只是平行于挂片表面，挂片表面与流体间速率变化很小，仅提供了流体与挂片涂油间的剪切作用。因此该方法仅考虑了外部动力、化学清洗体系的界面张力、粘滞力对洗油效率的影响，但是在石油领域提高采收率需要考虑到的粘弹性流体的弹性对洗油效率的作用，因此现有的摆洗机方法不适合用于评价粘弹性流体的洗油效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种测试流体洗油效率的方法,克服现有技术中洗油效率通过岩心驱油实验耗时长，成本高，且受天然岩心数量的限制，难以对化学驱体系的洗油效率进行评价或不能完全反映体系洗油效率的高低的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种测试流体洗油效率的方法,包括以下步骤：步骤(1)，制作三维形状的固体挂件，所述三维形状的固体挂件上下表面为平面；

步骤(2)，制作长方形流体槽，在长方形流体槽内充满粘弹性流体；

步骤(3)，用精密天平称量步骤(1)制备的固体挂件的质量，记为W₁；

步骤(4)，在步骤(1)制备的固体挂件侧面均匀涂覆原油，用精密天平称量涂覆有原油的固体挂件的质量，记为W₂；

步骤(5)，将涂覆原油的固体挂件浸没与粘弹性流体中，所述粘弹性流体和涂覆原油的挂件之间具有相对运动，保证固体挂件侧表面不能与液体流动方向平行；在恒温条件下进行洗油后，取出固体挂件，自然干燥后再次称量固体挂件的质量，记为W₃；

步骤(6)通过以下计算公式(1)计算洗油效果；

$E=\frac{W_2-W_3}{W_2-W_1}---\left(1\right).$

本发明固体挂件在粘弹性流体中放置时，固体挂件侧表面不能与液体流动方向平行，这样保证粘弹性流体流过固体挂件表面时(实质上固体挂件是作为一个流体流动的障碍物)，流通截面积发生变化，从而导致流速发生变化，诱导粘弹性流体的弹性发挥出洗油的作用。

本发明粘弹性流体指的是聚合物溶液和聚合物与表活剂及碱组成的混合溶液体系。

上述的粘弹性流体的洗油效率与油水界面张力、粘滞力、弹性力及外部提供的宏观动力有关，界面张力越低、粘滞力越大、弹性力越大、外部动力越大，化学驱体系的洗油效率越高。地下的原油吸附于岩石孔隙表面(岩石表面覆盖一层油膜)，化学驱体系在外部提供的动力条件下以一定的速度从岩石表面流过，在界面张力、粘滞力、弹性力作用下，岩石表面的原油被清洗下来，随流体流动带走。界面张力、粘滞力是平行于油水界面的力，只要化学驱体系和原油间有相对流动，这两个力就发挥作用。但是弹性力的方向是垂直于油水界面的，其要发挥作用需要有局部流速的变化。本发明一种测试流体洗油效率的方法可以实现在洗油过程中产生局部流速的变化。

本发明的有益效果是：本发明采用三维形状的固体挂件与粘弹性流体之间产生局部相对运动速率变化，从而使粘弹性流体的弹性也能发挥出洗油的 作用，该方法考虑到粘弹性流体的弹性对洗油效率的作用，能够更准确地评价提高石油采收率领域广泛应用的粘弹性流体的洗油效率，应用于化学驱体系设计和驱油体系优选评价。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

本发明如上所述一种测试流体洗油效率的方法，进一步，步骤(5)粘弹性流体和涂覆原油的固体挂件之间具有相对运动具体是：将所述长方形流体槽的两端通过连通管连通，连通管上设有外部循环流体泵驱动粘弹性流体循环从流体槽的一端流向另一端。

本发明如上所述一种测试流体洗油效率的方法，进一步，所述固体挂件的金属固体挂件，根据所述金属固体挂件的尺寸、流体槽的尺寸，控制粘弹性流体流动雷诺数，使粘弹性流体保持在稳定的层流或湍流状态。

本发明如上所述一种测试流体洗油效率的方法，进一步，步骤(2)中长方形流体槽内的粘弹性流体不动，涂覆原油的固体挂件在粘弹性流体内来回摆动。

本发明如上所述一种测试流体洗油效率的方法，进一步，所述步骤(1)制作的三维形状的固体挂件为具有长度、宽度和高度的任意形状的固体挂件，所述固体挂件长度与宽度的尺寸比例小于10，大于1；所述固体挂件的宽度与粘弹性流体通道的宽度之比为0.8-0.2。上述固体挂件高度满足在流体槽中挂件能完全浸没在液体下面。

本发明采用上述进一步的有益效果是：固体挂件满足的上述参数，粘弹性流体流过固体挂件表面时，流通截面积容易发生变化，流速容易发生局部变化，进而能够有效的诱导粘弹性流体的弹性发挥出洗油的作用。

本发明如上所述一种测试流体洗油效率的方法，进一步，步骤(4)所述的在步骤(1)制备的固体挂件侧面均匀涂覆原油的具体操作为：控制原油温度，使原油保持膏状体，把原油均匀涂覆在挂件侧面；

或者控制原油温度，使原油保持为粘稠液体，把固体挂件浸入原油中， 然后提起，使挂件侧表面沾覆一层原油，最后再把固体挂件上表面和下表面沾覆的原油擦去。

本发明如上所述一种测试流体洗油效率的方法，进一步，所述固体挂件的俯视图为菱形、长方形、正方形。该固体挂件浸没在粘弹性流体中时，使得菱形、长方形、正方形的对角线方向与粘弹性流体的流动方向平行。

本发明上述一种测试流体洗油效率的方法在化学驱体系设计和驱油体系优选评价中的应用。

在测定不同的粘弹性化学驱油体系的驱油效率时，采用本发明一种测试流体洗油效率的方法可以确定不同粘弹性流体洗油效率的相对大小，进而优选化学驱油体系配方，成本低、耗时短、实验数据准确、可靠。

附图说明

图1为本发明一种测试流体洗油效率的方法中一种具体实施例使用的固体挂件和流体槽平面示意图；

图2为本发明一种测试流体洗油效率的方法中另一种具体实施例使用的固体挂件和流体槽平面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明一种测试流体洗油效率的方法，具体包括以下步骤：步骤(1)，制作三维形状的固体挂件，所述三维形状的固体挂件上下表面为平面；

上述三维形状的固体挂件的俯视图可以是菱形、椭圆、长方形、正方形等具有一定长度l和宽度m的任意形状物体，要求长度l与宽度m尺寸之比要小于10，大于等于1。固体挂件的宽度m与粘弹性流体通道的宽度M之比处于0.8-0.2之间。

固体挂件高度应该满足在流体槽中挂件能完全浸没在液体下面。

上述固体挂件在粘弹性流体中放置时，要求挂件侧表面不能与液体流动方向平行。该操作方法可以保证粘弹性流体流过挂件表面时(实质上固体挂件是作为一个流体流动的障碍物)，流通截面积发生变化，从而导致流速发生变化，诱导粘弹性流体的弹性发挥出洗油的作用。

步骤(2)，制作长方形流体槽，在长方形流体槽内充满粘弹性流体；将所述长方形流体槽的两端通过连通管连通，连通管上设有外部循环流体泵驱动粘弹性流体循环从流体槽的一端流向另一端。所述固体挂件的金属固体挂件，根据所述金属固体挂件的尺寸、流体槽的尺寸，控制粘弹性流体流动雷诺数，使粘弹性流体保持在稳定的层流或湍流状态。

或所述长方形流体槽内的粘弹性流体不动，涂覆原油的固体挂件在粘弹性流体内来回摆动。

步骤(3)，用精密天平称量步骤(1)制备的固体挂件的质量，记为W₁；

步骤(4)，在步骤(1)制备的固体挂件侧面均匀涂覆原油：控制原油温度，使原油保持膏状体，把原油均匀涂覆在挂件侧面；或者控制原油温度，使原油保持为粘稠液体，把固体挂件浸入原油中，然后提起，使挂件侧表面沾覆一层原油，最后再把固体挂件上表面和下表面沾覆的原油擦去；用精密天平称量涂覆有原油的固体挂件的质量，记为W₂；

步骤(5)，将涂覆原油的固体挂件浸没与粘弹性流体中，所述粘弹性流体和涂覆原油的挂件之间具有相对运动，保证固体挂件侧表面不能与液体流动方向平行；在恒温条件下进行洗油后，取出固体挂件，自然干燥后再次称量固体挂件的质量，记为W₃；

步骤(6)通过以下计算公式(1)计算洗油效果；

$E=\frac{W_2-W_3}{W_2-W_1}---\left(1\right).$

实施例1

选用不锈钢材质制成的长方体形固体挂件，长度2.5厘米，宽度2.5厘米，高度为5厘米，放入流体槽时要求固体挂件上表面的对角线平行于流体流动方向。由RHBX-Ⅱ金属摆洗机的来回摆动产生粘弹性流体与挂件间的相对运动。

粘弹性流体：由部分水解聚丙烯酰胺和表面活性剂组成，50℃时粘弹性流体的粘度为30mPa.s(聚合物相对分子质量1200万，浓度1000mg/L)。50℃时原油的粘度为40mPa.s。

流体槽尺寸：长30厘米，高10厘米，宽度10厘米。

1、相对运动速率对洗油效率的影响

实验时流体槽流体相对静止，通过摆洗机来回摆动挂件产生相对运动，用摆动频率(每分钟来回摆动的次数)表征运动速率大小。粘弹性流体的油水界面张力为0.004mN/m。每次实验测试重复三次，取平均值。由表1可见，粘弹性流体与挂件间的相对运动速率越快，洗油效率越高。

表1.不同运动速率时的洗油效率

2、油水界面张力对洗油效率的影响

实验时摆洗机来回摆动频率为30次/分钟，温度50℃，控制粘弹性流体的粘度为20mPa.s。通过选择三种不同表面活性剂(表活剂浓度0.3％)来调控粘弹性流体的油水界面张力，配置的三种粘弹性流体的油水界面张力分别为0.38mN/m、0.055mN/m、0.004mN/m。测定三种体系的洗油效率。每次实验测试重复三次，取平均值。由表2可见，粘弹性流体与原油的油水界面张 力越低，洗油效率越高。

表2.不同界面张力时的洗油效率

实施例2

选用不锈钢材质制成的不同形状的固体挂件，如图1所示，长度15厘米，宽度2.5厘米，高度为5厘米。

流体槽尺寸：长30厘米，高10厘米，宽度9厘米。

粘弹性流体：由部分水解聚丙烯酰胺和表面活性剂组成，50℃时粘弹性流体的粘度为30mPa.s(聚合物相对分子质量1200万，浓度1000mg/L)。50℃时原油的粘度为40mPa.s。

油水相对运动速率为60次/分钟；油水界面张力为0.004mN/m。

实施例3

选用不锈钢材质制成的不同形状的固体挂件，如图2所示，长度10厘米，宽度2.5厘米，高度为5厘米。

流体槽尺寸：长30厘米，高10厘米，宽度4厘米。

粘弹性流体：由部分水解聚丙烯酰胺和表面活性剂组成，50℃时粘弹性流体的粘度为30mPa.s(聚合物相对分子质量1200万，浓度1000mg/L)。50℃时原油的粘度为40mPa.s。

油水相对运动速率为60次/分钟；油水界面张力为0.004mN/m。

实施例4

选用不锈钢材质制成的不同形状的固体挂件，如图2所示，长度10厘 米，宽度2.5厘米，高度为5厘米。

流体槽尺寸：长30厘米，高10厘米，宽度12厘米。

粘弹性流体：由部分水解聚丙烯酰胺和表面活性剂组成，50℃时粘弹性流体的粘度为30mPa.s(聚合物相对分子质量1200万，浓度1000mg/L)。50℃时原油的粘度为40mPa.s。

油水相对运动速率为60次/分钟；油水界面张力为0.004mN/m。

对比例

根据在金属化学清洗领域，标准QB/T 2117-95《通用水基金属净洗剂》和JB/T 4323.1-1999《水基金属清洗剂》利用摆洗机方法评价金属清洗剂的洗油效率，把油污涂覆在金属挂片上，挂片的尺寸：长度50mm，宽度25mm，厚度3-5mm。

粘弹性流体：由部分水解聚丙烯酰胺和表面活性剂组成，50℃时粘弹性流体的粘度为30mPa.s(聚合物相对分子质量1200万，浓度1000mg/L)。50℃时原油的粘度为40mPa.s。

油水相对运动速率为60次/分钟；油水界面张力为0.004mN/m。

实施例2至4依照本发明方法计算洗油效率如下表3。

表3依照本发明三维形状的固体挂件及方法的洗油效率

从表3可以看出，三维形状的固体挂件及方法的洗油效率均比较高且比较稳定，本发明方法充分考虑了粘弹性流体的弹性对洗油效率的作用，因此能够更准确地评价提高石油采收率领域广泛应用的粘弹性流体的洗油效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。