本发明属于石油工程和工艺技术领域，具体涉及一种采油用泡沫性能测定装置及方法，该装置能够模拟泡沫注入地下目的油层时的泡沫性能，测量泡沫在不同层位、温度和/或空隙介质条件下的稳定性及分流量。
背景技术：
我国各大油田均已处于水驱后期，但有半数以上的石油地质储量仍残留在地下。需要开展有效的三次采油技术，可以使我国石油产量增加10％-20％。化学驱技术是在三次采油中应用最广泛最成熟的，其中泡沫驱具有调剖和驱油作用的主要原因在于泡沫在多孔介质内的渗流特性，即泡沫堵大不堵小及堵水不堵油的作用，导致泡沫在高、低渗透层内均匀推进。在一般情况下水驱后可提高采收率30％以上，聚驱后可提高采收率10～20％，泡沫是否适合在采油现场进行使用需要评价泡沫性能。
如今，大部分关于起泡剂体系泡沫性能定量测定的报道中，仅测定了泡沫的起泡性和稳泡性，而对应泡沫在注入目的油层时的性能没有相关测定方法的报道。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种适用于实验室环境的采油用泡沫性能测定装置。
本发明的上述目的是由以下技术方案来实现的：
一种采油用泡沫性能测定装置，包括用于模拟泡沫在井筒中运动的井筒模拟系统、向井筒模拟系统注入泡沫的泡沫注入系统以及用于测定泡沫性能的泡沫测定系统，其中：
所述井筒模拟系统包括竖直管道(5)、多孔介质容器和加热套，竖直管道(5)的顶部设有开口的管道口(42)，其底部设有密封的管道底(46)，竖直管道(5)上间隔设置有多个测量点；每一测量点通过两并行管线通道连接到泡沫测定系统的泡沫测量容器，其中一个管线通道上设置有一个多孔介质容器用于模拟实际油层中不同油层的不同渗透率的岩石；加热套设置在泡沫测定系统的泡沫测量容器外部，用于模拟实际油层中不同油层的温度。
上述采油用泡沫性能测定装置中，每一测量点连接的多孔介质容器中填充有不同渗透率的天然岩心、人造岩心或其它多孔介质。
上述采油用泡沫性能测定装置中，每一测量点对应的泡沫测量容器外的加热套设置为不同的加热温度，温度范围为0～200℃。
上述采油用泡沫性能测定装置中，所述泡沫注入系统包括气体容器(1)、发泡剂容器(2)以及泡沫发生器(12)，气体容器(1)和发泡剂容器(2)的底部分别与第一恒速泵(3)、第二恒速泵(4)相连通用于使气体和发泡剂以恒定速度进入泡沫发生器产生泡沫；气体容器(1)和发泡剂容器(2)的顶部分别通过管线连接到泡沫发生器(12)的入口端，泡沫发生器(12)的出口端连接到所述竖直管道(5)的管道口(42)。
上述采油用泡沫性能测定装置中，所述气体容器(1)的顶部与泡沫发生器(12)的入口端之间的管线通道上设置有阀门(31)和单向阀(47)，发泡剂容器(2)的顶部与泡沫发生器(12)的入口端之间的管线通道上设置有阀门(32)和单向阀(48)。
上述采油用泡沫性能测定装置中，所述泡沫测定系统包括多个配套的泡沫测量容器、摄像机以及设置在泡沫测量容器中的电极，泡沫测量容器为开口在水平方向的U形结构容器，其开口端装有可视窗，可视窗所在的一侧设有一个摄像机，泡沫测量容器内沿高度方向间隔设置有多个电极，泡沫测量容器的上部连接有一压力传感器用于测量泡沫测量容器内的压力值。
上述采油用泡沫性能测定装置还包括一恒温箱(49)用于容纳前述采油用泡沫性能测定装置，所述恒温箱(49)的加热范围为0～60℃。
上述采油用泡沫性能测定装置还包括一计算机(50)，所述计算机(50)位于恒温箱(49)之外，所述第一恒速泵、第二恒速泵、摄像机、电极、加热套、压力传感器以及恒温箱均电连接到计算机(50)。
本发明还提供一种采油用泡沫性能测定方法，该方法采用上述采油用泡沫性能测定装置对不同测量点位置的泡沫不通过多孔介质容器情形下的泡沫性能和不同测量点位置的泡沫通过多孔介质容器情形下的泡沫性能分别进行测定，包括以下步骤：
步骤一：按照实验需要设定加热套的温度；多孔介质容器内部填充天然岩心或人造岩心，设定气体、发泡剂注入速度，开启阀门(31～35)；
步骤二：开启并控制第一恒速泵(3)使气体通过阀门(31)、单向阀(47)进入泡沫发生器(12)，同时开启并控制第二恒速泵(4)使发泡剂通过阀门(32)、单向阀(48)进入泡沫发生器(12)；气体和发泡剂液体在泡沫发生器(12)中混合形成泡沫，泡沫通过管道口(42)进入竖直管道(5)；
步骤三：泡沫在竖直管道(5)的第一测量点(43)通过阀门(33)进入第一泡沫测量容器(6)，泡沫在竖直管道(5)的第二测量点(44)通过阀门(34)进入第二泡沫测量容器(7)，泡沫在竖直管道(5)的第三测量点(45)通过阀门(35)进入第三泡沫测量容器(8)；当三个泡沫测量容器中的任一个中的泡沫与发泡剂溶液体积达到2/3～3/4对应泡沫测量容器体积时，停止第一恒速泵(3)和第二恒速泵(4)，关闭阀门(33～35)；
步骤四：通过控制摄像机拍摄每一泡沫测量容器中的泡沫，得到该泡沫测量容器中的泡沫的泡沫体积Vf、泡沫排液量Vfl和泡沫稳定性Sf三个参数，通过对应电极得到该泡沫测量容器中对应位置泡沫的导电率Df，获得不同测量点位置的泡沫不通过多孔介质容器情形下的泡沫性能；测量结束后，开启阀门(39～41)排出泡沫和发泡剂废液，然后关闭阀门(39～41)；
步骤五：开启阀门(36～38)，开启并控制第一恒速泵(3)和第二恒速泵(4)，泡沫在竖直管道(5)的第一测量点(43)通过阀门(36)和第一多孔介质容器(13)进入第一泡沫测量容器(6)，泡沫在竖直管道(5)的第二测量点(44)通过阀门(37)和第二多孔介质容器(14)进入第二泡沫测量容器(7)，泡沫在竖直管道(5)的第三测量点(45)通过阀门(38)和第三多孔介质容器(15)进入第三泡沫测量容器(8)；当三个泡沫测量容器中的任一个中的泡沫与发泡剂溶液体积达到2/3～3/4对应泡沫测量容器体积时，停止第一恒速泵(3)和第二恒速泵(4)，关闭阀门(36～38)；
步骤六：再次执行步骤四，获得不同测量点位置的泡沫通过多孔介质容器情形下的泡沫性能；
步骤七：停止测量，并关闭加热套(22～24)。
上述采油用泡沫性能测定方法使用恒温箱和计算机，通过计算机实现对恒速泵、摄像机、电极、加热套、压力传感器以及恒温箱的控制。
采用上述技术方案，本发明的技术效果是：本发明装置通过井筒模拟系统实现了泡沫模拟注入不同油层，通过加热套可实现不同模拟油层之间的温度差异；泡沫测定系统能够测定在模拟不同温度、不同油层条件下的泡沫性能以及各模拟油层对应的泡沫分流量、液体分流量和气体分流量；采用计算机对装置自动跟踪、控制、使整个实验过程安全可靠，节省人工成本。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中附图标记表示为：
1：气体容器，2：发泡剂容器，3：第一恒速泵，4：第二恒速泵，5：竖直管道，6：第一泡沫测量容器，7：第二泡沫测量容器，8：第三泡沫测量容器，9：第一摄像机，10：第二摄像机，11：第三摄像机，12：泡沫发生器，13：第一多孔介质容器，14：第二多孔介质容器，15：第三多孔介质容器，16～18：压力传感器，19～21：可视窗，22：第一加热套，23：第二加热套，24：第三加热套，25～30：电极，31～41：阀门，42：管道口，43：第一测量点，44：第二测量点，45：第三测量点，46：管道底，47、48：单向阀，49：恒温箱，50：计算机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明的采油用泡沫性能测定装置及方法进行详细说明。
采油用泡沫性能测定装置
如图1所示，为本发明的采油用泡沫性能测定装置的实施例，该装置是一种适用于实验室环境的泡沫性能测定装置(粗线表示物理管道连接，细线表示电连接)，包括用于模拟泡沫在井筒中运动的井筒模拟系统、向井筒模拟系统注入泡沫的泡沫注入系统以及用于测定泡沫性能的泡沫测定系统，其中：
本实施例中的井筒模拟系统包括竖直管道5、多孔介质容器和加热套，竖直管道5的顶部设有开口的管道口42，其底部设有密封的管道底46，竖直管道5在靠近管道底46的部位间隔设置有多个测量点(图1以三个测量点为例，分别为第一测量点43、第二测量点44和第三测量点45)；每一测量点通过两并行管线通道连接到泡沫测定系统的多个泡沫测量容器中的一个，其中一个管线通道上设置有一多孔介质容器，在图1所示的实施例中，三个测量点分别对应于三个多孔介质容器，即第一测量点43对应于第一多孔介质容器13，第二测量点44对应于第二多孔介质容器14，第三测量点45对应于第三多孔介质容器15，且三个多孔介质容器13～15并联用于模拟实际油层中不同油层的不同渗透率的岩石；加热套设置在泡沫测定系统的泡沫测量容器外部，即第一测量点43对应于第一加热套22，第二测量点44对应于第二加热套23，第三测量点45对应于第三加热套24，三个加热套分别用于模拟实际油层中不同油层的温度。
上述实施例中的井筒模拟系统中，三个多孔介质容器内部的填充物可以为天然岩心、人造岩心或其他多孔介质，用于模拟实际油层中不同油层的不同渗透率的岩石，填充物的种类和渗透率可根据实际需求确定，并且三个多孔介质容器内的填充物可以相同也可以不同，根据实际需求确定；三个加热套可单独对其对应的泡沫测量容器进行加热，其加热温度范围为0～200℃；三个泡沫测量容器耐压20MPa以上。
本实施例中的泡沫注入系统包括气体容器1、发泡剂容器2以及泡沫发生器12，气体容器1和发泡剂容器2的底部分别与第一恒速泵3、第二恒速泵4相连通，用于使气体和发泡剂以恒定速度进入泡沫发生器产生泡沫，气体容器1和发泡剂容器2的顶部分别通过阀门31、单向阀47和阀门32、单向阀48连接到泡沫发生器12的入口端，泡沫发生器12的出口端连接到竖直管道5的管道口42。
本实施例中的泡沫测定系统包括上述三个泡沫测量容器(即第一泡沫测量容器6、第二泡沫测量容器7和第三泡沫测量容器8)、与泡沫测量容器配套使用的摄像机(即第一摄像机9、第二摄像机10和第三摄像机11)以及设置在泡沫测量容器中的电极25～30，泡沫测量容器为开口在水平方向的U形结构容器，其开口端装有可视窗，竖直管道5上的每一个测量点连接到其中一个泡沫测量容器，其中，第一测量点43通过阀门36和第一多孔介质容器13所在的管线通道以及阀门33所在的管线通道形成的并行管线通道连接到第一泡沫测量容器6左侧面底部入口；第一泡沫测量容器6的右侧面底部出口与阀门39相连，用于将废弃的泡沫或液体排出；第一泡沫测量容器6的开口端装有可视窗19，可视窗19所在的一侧设有第一摄像机9，用于观测第一泡沫测量容器6中的泡沫状态；第一泡沫测量容器6的外部设有第一加热套22，用于设置第一泡沫测量容器6内的泡沫温度；第一泡沫测量容器6内(U形结构底部)沿高度方向间隔设置有电极25和电极26，用于测量泡沫的导电率；第一泡沫测量容器6的上部连接有一压力传感器16，用于测量第一泡沫测量容器6内的压力值。
竖直管道5的第二测量点44和第三测量点45分别与第二泡沫测量容器7和第三泡沫测量容器8相连通，连接结构相同，且第二泡沫测量容器7和第三泡沫测量容器8的结构和布置方式也相同，具体可参考图1，这里不再赘述。
另外，竖直管道5的测量点位置可以根据实际情况进行调整，测量点的数量不限于三个，可根据实际需要增加或减少，与之相连的泡沫测量容器以及其附属部件也相应的增减。泡沫测量容器中的电极的位置和数量也不限于图1所示的实施例，电极的位置和数量可根据实际需要调整。
以上各部件按照上述连接关系形成本发明的采油用泡沫性能测量装置，该装置中接触到气体介质和/或液体介质的各部件以及连接各部件的管线均耐酸碱腐蚀，且耐压在20MPa以上；优选的，气体容器1的体积可设为2000mL，发泡剂容器2的体积可设为1000mL，泡沫测量容器6～8的体积可设为200mL。
本发明装置还包括一恒温箱49，前述本发明装置均置于一恒温箱49内，保证实验过程中温度恒定，提高实验准确性，其中，恒温箱49的加热范围为0～60℃。
本发明装置还包括一计算机50，计算机50位于恒温箱49之外，第一恒速泵3和第二恒速泵4、摄像机、电极、加热套、压力传感器以及恒温箱均电连接到计算机50，由计算机50采集各部件的测量数据、设定相应的参数以及控制各部件的执行。
采油用泡沫性能测定方法
上述泡沫性能测定装置能够测量竖直管道5不同测量点位置的泡沫性能以及各测量点的泡沫分流量、液体分流量和气体分流量。下面以图1所示的实施例为例进行说明，这里测定的泡沫性能主要包括：泡沫体积Vf(由摄像机9～11测量得到)、泡沫稳定性Sf(泡沫体积衰减到一半所用的时间为泡沫稳定性)、泡沫排液量Vfl(由摄像机9～11测量得到)；竖直管道5不同测量点位置的泡沫分流量Jf，Jf＝Vf；竖直管道5不同测量点位置的发泡剂液体分流量Jl，Jl＝Vfl+DlfVf/Df，式中Df为泡沫导电率(通过电极25～30测量得到)，Dlf发泡剂液体导电率(预先测定的参数)；竖直管道5不同测量点位置的气体分流量Jg，Jg＝Jf-Jl。
泡沫性能测定装置还能够测量竖直管道5不同测量点位置的泡沫通过岩心后的泡沫性能以及各测量点处的泡沫分流量、液体分流量和气体分流量；竖直管道5不同测量点连接的多孔介质容器中的多孔介质岩心可以用相同渗透率或不同渗透率的多孔介质材料来模拟。
采用上述装置可以进行泡沫性能测定实验，具体的采油用泡沫性能测定方法包括以下步骤(以图1所示的实施例为例进行说明)：
步骤一：按照实验需要设定三个加热套22～24的温度；三个多孔介质容器13～15内部填充天然岩心或人造岩心，设定气体、发泡剂注入速度，开启阀门31～35。
步骤二：开启并控制第一恒速泵3使气体通过阀门31、单向阀47进入泡沫发生器12，同时开启并控制第二恒速泵4使发泡剂通过阀门32、单向阀48进入泡沫发生器12；气体和发泡剂液体在泡沫发生器12中混合形成泡沫，泡沫通过管道口42进入竖直管道5。
步骤三：泡沫在竖直管道5的第一测量点43通过阀门33进入第一泡沫测量容器6，泡沫在竖直管道5的第二测量点44通过阀门34进入第二泡沫测量容器7，泡沫在竖直管道5的第三测量点45通过阀门35进入第三泡沫测量容器8；当三个泡沫测量容器6～8中的任一个中的泡沫与发泡剂溶液体积达到2/3～3/4对应泡沫测量容器体积时，停止第一恒速泵3和第二恒速泵4，关闭阀门33～35。
步骤四：控制第一摄像机9拍摄第一泡沫测量容器6中的泡沫，得到泡沫体积Vf、泡沫排液量Vfl和泡沫稳定性Sf三个参数，通过电极25、26得到第一泡沫测量容器6中对应位置泡沫的导电率Df；第二摄像机10拍摄第二泡沫测量容器7中的泡沫，得到泡沫体积Vf、泡沫排液量Vfl和泡沫稳定性Sf三个参数，通过电极27、28得到第二泡沫测量容器7中对应位置泡沫的导电率Df；第三摄像机11拍摄第三泡沫测量容器8中的泡沫，得到泡沫体积Vf、泡沫排液量Vfl和泡沫稳定性Sf三个参数，通过电极29、30得到第三泡沫测量容器8中对应位置泡沫的导电率Df，从而得到不同测量点位置的泡沫不通过多孔介质容器(即模拟的多孔岩心)情形下时泡沫性能；测量结束后，开启阀门39～41排出泡沫和发泡剂废液，然后关闭阀门39～41。
多孔介质容器中的多孔介质材料用来模拟具有不同渗透率的油层，采用上述本发明装置还可继续测量不同测量点位置的泡沫通过多孔介质容器(即模拟的多孔岩心)情形下时的泡沫性能，继续进行以下步骤：
步骤五：开启阀门36～38，开启并控制第一恒速泵3和第二恒速泵4，泡沫在竖直管道5的第一测量点43通过阀门36和第一多孔介质容器13进入第一泡沫测量容器6，泡沫在竖直管道5的第二测量点44通过阀门37和第二多孔介质容器14进入第二泡沫测量容器7，泡沫在竖直管道5的第三测量点45通过阀门38和第三多孔介质容器15进入第三泡沫测量容器8；当三个泡沫测量容器6～8中的任一个中的泡沫与发泡剂溶液体积达到2/3～3/4对应泡沫测量容器体积时，停止第一恒速泵3和第二恒速泵4，关闭阀门36～38。
步骤六：再次执行步骤四。
步骤七：停止测量，并关闭加热套。
上述采油用泡沫性能测定方法中还可以使用恒温箱49和计算机50，通过计算机50实现对恒速泵、摄像机、电极、加热套、压力传感器以及恒温箱的控制。
另外，如果实验还有其它特殊要求，可根据实际情况，调整注入流程，以满足实验要求。
实验验证
由于实际的地下油层是层状分布，每层的温度、渗透率等参数都有差别，为了模拟实际油层情况，设置加热套就可以分别模拟不同温度，采用不同渗透率的多孔介质来模拟不同油层的岩石，例如，恒温箱49温度设为45℃，第一加热套22和第二加热套23温度设为45℃，第三加热套24温度为60℃；第一多孔介质容器13内部填充600mD的天然岩心，第二多孔介质容器14内部填充1200mD的天然岩心，第三多孔介质容器15内部填充1200mD的天然岩心，用于比较经过不同温度、渗透率的多孔介质岩心后的泡沫性能。气体为氮气，发泡剂组成为磺基甜菜碱硅表面活性剂0.5wt％、部分水解聚丙烯酰胺(分子量为1660万，水解度为23％)0.08wt％、余量为水，气体注入速度为20mL/min，发泡剂注入速度10mL/min，当三个泡沫测量容器的任一个中的泡沫体积达到3/4对应泡沫测量容器体积时，停止注入气体和发泡剂。该实验的井筒内部压力设为10MPa。
表1竖直管道5的三个测量点位置的泡沫性能参数
表2竖直管道5的三个测量点43～45位置的泡沫经过岩心后的泡沫参数
从表1可知，泡沫在竖直管道不同位置的泡沫性能不同，最高的第一测量点43泡沫气体含量最大，液体含量最小，泡沫稳定性较差；中间的第二测量点44的泡沫稳定性最好，含气量和含液量处于最佳状态；最低的第三测量点45泡沫气体含量最小，液体含量最大，泡沫稳定性最差。由表2可知，泡沫经过多孔介质岩心后，第一测量点43泡沫气体含量减小，液体含量最小，泡沫稳定性较差；第二测量点44的泡沫稳定性最好，气体含量最大；第三测量点45的泡沫气体含量最小，液体含量最大，泡沫稳定性最差。竖直管道5中不同测量点位置的泡沫经过岩心后的泡沫性能与不经过岩心的泡沫性能明显不同，在不同测量点且不经过岩心的泡沫气体分流量和液体分流量差别小于经过岩心的泡沫气体分流量和液体分流量差别。
上述测量及分析结果可知，泡沫在井筒中不同位置，泡沫性能不同，从而看出泡沫进入地下不同油层中的泡沫性能不同，该装置可以模拟测量泡沫在进入地下不同油层时的泡沫性能，为适用于采油用的发泡剂体系配方研制及优化提供了技术支持。
本领域技术人员应当理解，这些实施例或实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围，对本发明所做的各种等价变型和修改均属于本发明公开内容。