溶解度与泡沫稳定性测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种原油中co2溶解度与泡沫稳定性测试装置及方法，用于测试评价 不同温度和压力条件下原油中co 2的溶解特性与co2泡沫的稳定特性。本发明属于油气集输 系统多相分离技术领域。
【背景技术】
[0002] C〇2驱油技术作为一项日趋成熟的采油技术，逐渐在国内外油田开发中所采用。油 田开发实践表明，co2驱油技术是提高采收率、降低生产成本和封存co 2的有效手段。但是，运 用该技术采出的原油中溶解大量C02气体，易导致原油发泡并形成稳定性较强的泡沫，造成 分离设备不能有效分离，致使整个集输系统无法正常运行。
[0003] C02气体在原油中的溶解度较高，但不同原油的理化性质差异较大，无法准确预测 C02的溶解量，因此有必要测试原油中co2的溶解特性，为集输系统工艺优化提供基础参数。 同时，为了有效脱除原油中的co 2气体，提高分离设备的效率，有必要测试co2泡沫的稳定特 性，为分离设备的设计和运行提供依据。
[0004] 现有的泡沫稳定性评价方法不同之处主要体现在起泡方式和评价指标两个方面。 起泡方式根据原理不同分为两种，一种是通过对液体充气、分散或扰动，从而使液体中混合 气泡，例如:气流法、Ross-Miles法和Warning Blender法;另一种是通过溶气液体降压析出 气泡。同时，溶气原油的理化性质受压力和温度影响较大，常温常压下的泡沫稳定性评价方 法不能真实反映实际温度和压力下泡沫的特性。本发明装置可准确测试与评价溶气原油降 压过程中C〇2泡沫的稳定特性。
[0005] 针对泡沫稳定性的评价指标，国内外学者定义了泡沫半衰期、泡沫综合指数、泡沫 综合性能指标等参数，中国专利201410724298.0(授权专利公告号CN 104502059 A)公开了 一种压力波动下泡沫稳定性测试装置及工作方法，该专利以排液体积来评价泡沫特性。美 国专利5853618(授权专利公告号US 005853618A)发明了一种泡沫制备方法，并以泡沫体积 的半衰期来定义泡沫性能。这两个专利都没有考虑液相体积对泡沫体积的影响，本发明以 相对泡沫体积为指标来分析泡沫的全衰时间。
[0006] 为了模拟实际生产过程中C02发泡原油的气液分离过程，有必要发明一套测试装 置，该装置可以再现一定压力和温度下原油的溶气过程，并对原油中C0 2的溶解度进行测 定；同时能够模拟集输系统实际生产工艺，对溶气原油中C02泡沫的稳定特性进行评价;实 现对分离工艺关键参数的优选，为分离设备的优化设计和高效运行提供依据。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种原油中C02溶解度与泡沫稳定性测试装置，能够测试不同温度和 压力条件下原油中C0 2的溶解特性，同时可以测试不同温度、压力和降压速率条件下0)2泡沫 的稳定特性，解决了实际生产工艺中C0 2溶解度与泡沫稳定性的测试问题。该测试装置的测 试结果可作为集输系统分离设备设计和运行的参考依据。
[0008] 本发明还提供一种上述测试装置的测试方法，该测试方法以泡沫相对体积作为泡 沫性能指标，可得到泡沫相对体积在时间维度上的完整变化趋势，能够更准确地评价C0 2泡 沫的稳定特性。
[0009] 一种原油中c〇2溶解度与泡沫稳定性测试装置，其特征在于，包括注气部、入口压 力调控部、泡沫测试部和出口压力调控部，所述各部依次串联。
[0010] 所述注气部包括沿气体流动方向依次连接的气瓶、气瓶减压阀和第一阀门，与所 述第一阀门并联设置有第二阀门和真空容器;所述真空容器顶部连接有真空表和真空栗， 底部连接有第三阀门。
[0011] 所述入口压力调控部，包括入口调压阀、第四阀门、入口气体流量计、第五阀门和 第六阀门。第六阀门所在管路与第四阀门、入口气体流量计和第五阀门所在管路构成并联 管路。
[0012] 所述泡沫测试部，包括透明反应爸和控制箱;所述透明反应爸包括反应爸筒体、反 应釜底盖和反应釜顶盖，所述反应釜筒体外侧设置有透明水套，所述透明水套与恒温水浴 形成循环回路;所述反应釜底盖设置有温度传感器;所述反应釜顶盖设置有压力传感器和 搅拌部，所述搅拌部设置有电机、搅拌轴、搅拌桨。
[0013] 所述出口压力调控部，包括第七阀门、出口气体流量计、第八阀门、第九阀门和出 口背压阀。第九阀门所在管路与第七阀门、出口气体流量计和第八阀门所在管路构成并联 管路。
[0014] 本发明的工作过程是真空栗抽吸原油中的溶解气和透明反应釜内的空气，气瓶提 供C02气体，气瓶减压阀和两级阀门的联合调节实现压力控制，透明水套中的循环水实现控 温，多次调压实现一定温度和压力下原油与C0 2气体溶解平衡。入口气体流量计累计流量减 去透明反应釜内的气体体积即一定温度和压力条件下原油中溶解C02气体的体积。出口两 级阀门的联合调节实现对降压速率的控制，通过透明反应釜观测原油和泡沫，选择泡沫相 对原油的体积为指标，评价一定温度、压力和降压速率下c〇 2泡沫的稳定特性。
[0015] 本发明的基本原理是原油中溶解的C02气体随着压力下降而析出气泡，气泡从原 油内部上升至液面，不会立即破灭，而是经过一定时间才破灭。因此原油和泡沫的总体积会 经历一个增加到最大值，然后下降到初始体积的过程。在这个过程中，以泡沫相对原油的体 积为指标，能够准确评价C〇2泡沫的稳定特性。
[0016] 本发明的有益效果是，可以准确测量不同温度和压力条件下原油中C02的溶解度， 精确评价不同温度、压力和降压速率条件下C0 2泡沫的稳定特性。通过真空栗抽吸原油中的 溶解气和透明反应釜内的空气，增加测量精度。通过气瓶减压阀和入口压力调控部两级阀 门的联合调节可以精确控制透明反应釜的注气过程;通过入口气体流量计实现了不同温度 和压力条件下原油中c〇 2溶解度的准确测量。透明反应釜实现了多种工况下泡沫稳定状态 的可视化观测，透明水套中的循环水保证了透明反应釜温度的精确控制。通过出口压力调 控部两级阀门的联合调节可以精确控制透明反应釜的压降速率。采用相对泡沫体积来分析 泡沫的全衰时间，可得到泡沫相对体积在时间维度上的完整变化趋势，能够更准确地评价 c〇2泡沫的稳定特性。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的流程图。
[0018] 其中，丨一气瓶2-气瓶减压阀3-第一阀门4一第二阀门5-真空容器6-真 空表7-真空栗8-第三阀门9一入口调压阀10-第四阀门11一入口气体流量计12- 第五阀门13-第六阀门14 一透明反应釜15-透明水套16-恒温水浴17-温度传感器 18-压力传感器19一电机20-搅拌轴21-搅拌桨22-控制箱23-第七阀门24-出 口气体流量计25-第八阀门26-第九阀门27-出口背压阀。
[0019]图2为本发明透明反应釜的结构图。
[0020] 其中，15-透明水套17-温度传感器18-压力传感器19一搅拌电机20-搅拌 轴21 -搅拌桨28-循环水浴出口 29-循环水浴入口 30-排空口 31-气体出口。
【具体实施方式】
[0021] 如图1、2,本发明包括:气瓶(1)、气瓶减压阀（2)、第一阀门（3)、第二阀门（4)、真空 容器(5)、真空表(6)、真空栗(7)、第三阀门（8)、入口调压阀（9)、第四阀门（10)、入口气体流 量计（11)、第五阀门（12)、第六阀门（13)、透明反应釜（14)、透明水套（15)、恒温水浴（16)、 温度传感器（17)、压力传感器（18)、电机（19)、搅拌轴(20)、搅拌桨(21)、控制箱(22)、第七 阀门（23)、出口气体流量计(24)、第八阀门（25)、第九阀门（26)、出口背压阀（27)、循环水浴 出口（28)、循环水浴入口（29)、排空口（30)、气体出口（31)等。
[0022] 所述气瓶（1)之后安装有气瓶减压阀（2)。第一阀门（3)安装于气瓶减压阀（2)之 后，可以切断气瓶气体供应。真空栗(7)可以抽吸原油中的溶解气和透明反应釜（14)内的空 气，真空表(6)可以指示真空容器(5)内的真空度。真空容器(5)的入口和出口分别由第二阀 门（4)和第三阀门（8)控制。
[0023] 所述入口调压阀（9)与第四阀门（10)和第五阀门（12)联合调节压力，控制气瓶向 透明反应釜注气;入口气体流量计（11)计量流过管路的气体体积;第六阀门（13)为旁路阀 门。
[0024] 所述透明反应釜（14)筒体为透明材质圆筒，外壁面标示有高度刻度，可以观测原 油和泡沫，直观地监测并计量发泡原油中泡沫的存在时间；透明反应釜（14)筒体壁厚为 5mm，内径为50mm，高度为500mm;高度和内径的比值为10，可以减少水平面泡沫分布不均造 成的体积测量误差。
[0025] 所述透明反应釜（14)外侧设置有透明水套（15)，透明水套（15)与恒温水浴（16)相 连，循环水在透明水套（15)和恒温水浴（16)之间循环流动，保持透明反应釜（14)温度恒定。
[0026] 所述温度传感器（17)安装于透明反应釜（14)底盖，测试透明反应釜内的温度，并 与控制箱（22)连接，所述压力传感器（18)安装于透明反应釜（14)顶盖，测试透明反应釜内 的压力，与控制箱(22)连接。
[0027] 所述电机（19)安装于透明反应釜（14)顶盖上，带动搅拌轴（20)转动。搅拌桨(21) 安装在搅拌轴(20)上，实现搅拌原油，促进C0 2气体溶解。电机（19)与控制箱(22)连接，其转 速通过控制箱(22)调节。
[0028] 所述出口背压阀（27)与第七阀门（23)和第八阀门（25)联合控制透明反应釜内的 压降速率；出口气体流量计(24)计量流过管路的气体体积;第九阀门（26)为旁路阀门。
[0029] 利用上述原油中C02溶解度与泡沫稳定性装置的测试方法，其特征在于，包括以下 步骤：
[0030] 1)在设定的温度?\和压力Pi条件下，首次测量C02溶解度与测试泡沫稳定性：
[0031] 1.1)透明反应釜（14)抽真空
[0032] 打开透明反应釜（14)顶盖，将原油注入透明反应釜（14)，根据原油高度是否达到 设定值h，以确定原油体积是否达到设定值1，然后停止加入原油，关闭透明反应釜（14)顶 盖，打开第二阀门（4)、入口调压阀（9)、第四阀门（10)和第五阀门（12)，关闭其他阀门，开启 真空栗(7)，对透明反应釜（14)抽真空，根据真空表(6)读数判断透明反应釜（14)内部是否 达到真空状态，当达到真空状态时关闭第二阀门（4)、真空栗(7);
[0033] 1.2)制备溶(》2原油
[0034]启动恒温水浴（16)，调