一种超临界CO<sub>2</sub>泡沫流体流变学特性实验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，该系统由CO2气源(1)、减压阀(2)、净化釜(3)、制冷装置(4)、第一精密柱塞泵(5)、气体流量计(6)、表面活化剂溶液(7)、第二精密柱塞泵(8)、水浴循环泵(9)、水浴箱(10)、泡沫发生器(11)、测试通道(12)、压差传感器(13)、智能控制显示仪(14)、高速数字摄像机(15)、背压控制器(16)构成。该实验系统可以准确观察泡沫在通道内的流动形态并对其阻力特性进行精确测定，并可以将超临界二氧化碳泡沫在微通道内的流变学特性性与在通道内的流动形态结合在一起研究分析，适用于泡沫物理，石油工程，非牛顿流体力学等关于超临界二氧化碳泡沫液在通道内的流变学特性的实验研究。
【专利说明】
一种超临界CO2泡沬流体流变学特性实验系统
技术领域
[0001]本实用新型适用于泡沫液流变学特性研究设备领域，具体是一种超临界⑶2泡沫流体流变学特性实验系统。
【背景技术】
[0002]二氧化碳泡沫流体在强化采油的工程应用中，由于地下油藏的压力、温度很高，尤其我国油田以深层油藏为主，很多情况下二氧化碳是高温高压或达到超临界的状态。此时，常温常压下所测得的流变学特性及计算公式并不能很好地指导工程应用。为了更好地简化及模拟出二氧化碳泡沫流体在地层中的流动特性，在现有实验平台设计的理论基础之上，结合已有的实验设备(超临界二氧化碳萃取装置)，经过反复的实验和改进，最终设计出了一套完整的可用于测试高温高压二氧化碳泡沫流变性及超临界二氧化碳泡沫流变性的实验装置，该装置的关键技术在于可以准确观察泡沫在通道内的流动形态并对其阻力特性进行精确测定，对于高温高压或超临界二氧化碳泡沫在微通道内的流变学特性与在通道内的流动形态结合在一起研究分析，国内外还鲜有报道。
[0003]泡沫流体流变学特性的研究是进行流变参数和水力参数计算、指导实际作业的理论基础。对于观察超临界二氧化碳泡沫在通道内的流动状态，测得流体在通道内流动产生的压差，进而分析流变学阻力特性。不仅能为石油工业泡沫流体工程应用技术方案的制定提供理论依据和指导，而且还具有丰富和完善石油工程非牛顿流体力学理论的学术价值。
【实用新型内容】
[0004]为了解决现有的实验系统不能全面分析和测量超临界二氧化碳泡沫的流变学特性，本实用新型提供了一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，该系统用于产生超临界二氧化碳泡沫，并由压差传感器测得超临界二氧化碳泡沫流经通道内两端的压差，同时还可以直观的观察到实验中超临界二氧化碳泡沫的流动状态，并由高速数字摄像机记录，进而分析其流变学特性。为石油工业泡沫流体工程应用技术方案的制定提供理论依据和指导，丰富和完善泡沫物理、非牛顿流体力学等相关领域。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，该系统由CO2气源、减压阀、净化釜、制冷装置、第一精密柱塞栗、气体流量计、表面活化剂溶液、第二精密柱塞栗、水浴循环栗、水浴箱、泡沫发生器、测试通道、压差传感器、智能控制显示仪、高速数字摄像机、背压控制器构成。
[0006]注入系统由0)2气源、减压阀、净化釜、制冷装置、第一精密柱塞栗、气体流量计、表面活化剂溶液、第二精密柱塞栗构成;实验测试系统由水浴循环栗、水浴箱、泡沫发生器、测试通道、压差传感器、智能控制显示仪、高速数字摄像机构成，背压调节系统由背压控制器构成。超临界二氧化碳气体与表面活化剂溶液以一定的比例在泡沫发生器混合产生超临界二氧化碳泡沫，然后超临界二氧化碳泡沫进入测试通道，最后再由测试通道出口流经背压控制器、气体流量计流出系统。
[0007]所述的产生超临界二氧化碳泡沫的泡沫发生器的出口与测试通道的入口相连，压差传感器与测试通道的出入口相连，测量测试通道两端的压力，智能控制显示仪与压差传感器相连。
[0008]所述的测试通道出口与背压控制器相连，用于调节实验测试系统的背压。
[0009]本实用新型的有益效果是，该超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，可以直观的观察到实验中超临界二氧化碳泡沫的流动状态;测试通道两端各带有测压孔可以测得超临界二氧化碳泡沫液流经通道内两端的压差，进而分析其流动阻力特性;流动状态与流变学阻力特性的有机结合研究，为石油工业泡沫流体工程应用技术方案的制定提供理论依据和指导，丰富和完善泡沫物理，非牛顿流体力学等相关领域。
【附图说明】
[0010]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
[0011]附图1为本实用新型一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统构成以及流程图。
[0012]其中:I为⑶2气源，2为减压阀，3为净化釜，4为制冷装置，5为第一精密柱塞栗(Model 260D，Teledyne Isco),6为气体流量计，7为表面活化剂溶液，8为第二精密柱塞栗(Model 260D,Teledyne Isco)，9为水浴循环栗，10为水浴箱，11为泡沫发生器，12为测试通道，13为压差传感器，14为智能控制显示仪，15为高速数字摄像机，16为背压控制器(ModelBP-2080-M,JASCO)
【具体实施方式】
[0013]下面将参考附图1对本实用新型的具体实施作进一步详细描述。
[0014]如图1所示，所述一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:由CO2气源(I)、减压阀(2)、净化釜(3)、制冷装置(4)、第一精密柱塞栗(5)、气体流量计(6)、表面活化剂溶液(7)、第二精密柱塞栗(8)、水浴循环栗(9)、水浴箱(10)、泡沫发生器(11)、测试通道(12)、压差传感器(13)、智能控制显示仪(14)、高速数字摄像机(15)、背压控制器(16)构成。
[0015]注入系统由⑶2气源(I)、净化釜(3)、气体制冷装置(4)、第一精密柱塞栗(5)、表面活化剂溶液(7)、第二精密柱塞栗(8)构成、实验测试系统由水浴箱(10)、泡沫发生器(11)、测试通道(12)、压差传感器(13)、智能控制显示仪(14)、高速数字摄像机(15)构成，背压调节系统由背压控制器(16)构成。CO2气源(I)产生的CO2气体经过减压阀(2)进入净化釜(3)，流经净化釜(3)后可以去除二氧化碳中水蒸气等杂质，得到纯度更高的二氧化碳。然后气体由净化釜(3)进入制冷装置(4)进行冷却，冷却为液态后进入第一精密柱塞栗(5)进行升压，目的是将气瓶中的二氧化碳升压到实验所需要的压力，最高可保证二氧化碳达到超临界时所需要的压力(7.38MPa)，本实验系统采用高压栗配置气体冷却装置进行超临界二氧化碳的输送。CO2气体的流量通过净化釜(3)后的阀门以及气体流量计(6)进行控制。
[0016]所述的超临界二氧化碳与由第二精密柱塞栗(8)流出的表面活化剂溶液(7)以一定的气液比在泡沫发生器(11)内混合产生超临界二氧化碳泡沫，泡沫发生器(11)的出口与测试通道(12)的入口相连，超临界二氧化碳泡沫由泡沫发生器(11)的出口流入测试通道(12)内，泡沫液流经圆形通道，由测试通道(12)的出口流出，由于测试通道(12)的筒体是无色透明的石英玻璃制成，所以泡沫液在通道内的流动状态可以由高速数字摄像机(15)捕捉，容器内的压差会不断上升最终到达稳定，整个过程中的压差实时数据由压差传感器
(13)测得。该压差传感器与数据采集处理单元智能控制显示仪(14)连接，该数据采集处理单元将测量结果传输至显示单元进行显示，该显示单元能够对两端压差进行实时监控。
[0017]所述的测试通道(12)将配合夹持器竖直放置于水浴箱(10)内，是为了分析时便于去除重力对超临界二氧化碳泡沫流变性的影响。水域玻璃箱体为自行设计加工，选用无色透明的有机玻璃材质，便于观察测试通道内的泡沫流体流动，其长、宽、高分别为400mm、200mm、700mm，总容积为56L，箱体厚度约为3mm，具有一定的耐温变形性能，满足实验需求。温控系统主要是通过自带外循环的超级恒温箱为水域玻璃箱体提供恒温水，然后将泡沫发生器(11)及测试通道(12)放置于水浴箱(10)内，为需要加热的设备提供恒定温度。应用恒温水浴的温控系统可以保证温度的恒定、易于控制、操作简单，可以得到更精确地实验结果O
[0018]所述的超临界二氧化碳泡沫液由测试通道(12)的出口流出，经过背压控制器
(16)、气体流量计(6)流出系统。通过背压控制器(16)调节背压改变实验系统内的压力，用于模拟地层的环境压力。
[0019]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:包括注入系统，实验测试系统与背压调节系统;注入系统中CO2气源(I)与减压阀(2)连接，减压阀(2)与净化釜(3)连接，净化釜(3)与制冷装置(4)连接，制冷装置(4)与第一精密柱塞栗(5)连接，同时表面活化剂溶液(7)与第二精密柱塞栗(8)连接，由第一精密柱塞栗(5)出来的气体与第二精密柱塞栗(8)出来的液体混合后进入实验测试系统;实验测试系统中水浴循环栗(9)与水浴箱(10)连接，注入系统中出来的气液混合物进入泡沫发生器(11)，泡沫发生器(11)与测试通道(12)连接，泡沫发生器(11)与测试通道(12)均位于水浴箱(10)内，压差传感器(13)位于测试通道(12)的两端，智能控制显示仪(14)与压差传感器(13)连接，高速数字摄像机(15)安装在测试通道(12)上，由实验测试系统流出的泡沫液进入背压调节系统;背压调节系统中背压控制器(16)与实验测试系统中的测试通道(12)连接；由背压调节系统中流出的泡沫液流经气体流量计(6)然后流出整个实验系统。2.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:CO2气源(I)产生的气体在通过减压阀(2)流经净化釜(3)后，可以去除二氧化碳中水蒸气，得到纯度更高的二氧化碳;然后气体由净化釜(3)进入制冷装置(4)进行冷却，冷却为液态后进入第一精密柱塞栗(5)进行升压，气体流量由气体流量计(6)测定。3.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:第二精密柱塞栗(8)与表面活化剂溶液(7)相连，将液体栗出。4.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:分别由第一精密柱塞栗(5)与第二精密柱塞栗(8)出来的气体和液体混合后在泡沫发生器(11)内产生泡沫。5.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:泡沫发生器(11)出口与测试通道(12)入口相连，测试通道(12)出口与背压控制器(16)相连，用于调节测试系统的背压;其中测试通道长300mm，内径4mm，外径20mm，材质为石英玻璃。6.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:压差传感器(13)与测试通道(12)的出口与入口相连，用于测量测试通道(12)的两端压差，压差传感器(13)还与智能控制显示仪(14)相连，便于读取数据。7.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:泡沫发生器(11)与测试通道(12)位于水浴箱(10)内，水浴箱(10)内为恒温，温度由水浴循环栗(9)调节。8.根据权利要求1所述的一种超临界CO2泡沫流体流变学特性实验系统，其特征在于:在测试通道(12)外安装高速数字摄像机(15)，用于观察测试通道(12)内泡沫流体的流动状??τ O
【文档编号】G01N11/08GK205620264SQ201620319216
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】杜东兴, 张娜
【申请人】青岛科技大学