一种电位测量装置及方法与流程

本申请涉及流体物理性质测量技术领域，特别涉及一种电位测量装置及方法。

背景技术：

在油田开发领域，为提高石油采收率，注气驱油、化学调剂驱油和聚合物驱油等驱油技术不断受到关注和研究。但随着油田开发的不断深入，这些驱油技术的稳油控水能力受到很大挑战。在这种形势下，研究人员研发了一系列低成本、可调控的新型微分散驱油体系，实现对驱替相流度分阶段和分部位控制，在扩大高含水油田波及体积的同时提高波及效率，从而提高稳油控水能力，进一步挖掘高含水油田的潜力和提高石油采油率。

微分散驱油体系是由气相和液相组成，主要是指在特定温度、压力条件下气相和液相以直径为微米级的流体单元稳定、均匀地分散于另一相的混合体系。微分散驱油体系的自身稳定性是利用微分散驱油体系对高含水油田进行驱油的基础。研究表明，微分散驱油体系保持稳定的重要原因是该体系中分散粒子表面带有电荷，可以通过测量该体系中的电动电位(Zeta Potential，Zeta电位)来表征微分散驱油体系的稳定性。由于分散粒子表面带电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层；根据斯特恩(Stern)双电层理论可将双电层分为两部分，即Stern层和扩散层，其中Stern层也称为稳定层；当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对位移时的滑动面即为剪切面，该处对远离界面的流体中的某点的电位通常称为Zeta电位。因此，Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引的强度的度量。分散粒子越小，Zeta电位(正或负)越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。

目前测量Zeta电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法，这些方法都是在常压下测量透明流体的Zeta电位。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在油田开发过程中，随着驱油地层深度越深，微分散驱油体系所处的实际地层位置的压力比常压越高，采用现有技术仅能在常压下测量Zeta电位，无法在高于常压的压强下测量微分散驱油体系的Zeta电位。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种电位测量装置及方法，以实现在高于常压的压强下测量微分散驱油体系的Zeta电位。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种电位测量装置及方法是这样实现的：

一种电位测量装置，包括：流体测试装置、流体驱动装置及电信号测试装置；

所述流体测试装置包括：承压筒以及设置在所述承压筒内的测试筒，所述承压筒与所述测试筒之间形成用于容纳测试流体的腔体；其中，

所述承压筒包括：相对封闭的第一本体和设置在所述第一本体上的用于排气的第一开口、用于进气的第二开口和用于进液的第三开口；

所述测试筒包括：第二本体和间隔预定距离设置在所述第二本体内的第一电极、第二电极；

所述流体驱动装置，分别通过所述第二开口和第三开口与所述承压筒相连通；

所述电信号测试装置包括：用于测量所述测试筒内测试气体和测试流体组成的微分散驱油体系的流动电位的电压表、用于测量所述腔体压力与所述承压筒外部压力之间的压力差的压差表以及用于测量所述微分散驱油体系的电容的电容测量装置，所述电压表、压差表和电容测量装置分别通过第三开口与所述承压筒相连通。

优选方案中，所述装置还包括：数据处理装置，所述数据处理装置与所述电信号测试装置相连，用于根据所述电信号测试装置测量的流动电位、电容和压力差，以及预设测试流体粘度、预设测试流体电导率和预设装置修正因子，确定所述测试筒内微分散驱油体系的电动电位。

优选方案中，所述第一本体包括：可拆卸连接的盖体和筒体，所述筒体是具有上端开口的容器，所述第一开口、第二开口设置在所述盖体上，所述第三开口设置在背离所述盖体的一端。

优选方案中，所述盖体包括：可拆卸连接的压盖和第一端柱塞，所述压盖与所述筒体可拆卸连接，所述第一开口、第二开口设置在所述第一端柱塞上。

优选方案中，所述筒体包括：可拆卸连接的第一筒壁和第二端柱塞，所述第三开口设置在第二端柱塞上。

优选方案中，所述第二本体包括：可拆卸连接的第二筒壁和第三端柱塞，所述第三端柱塞设置有第四开口，所述第四开口与所述第三开口相连通。

优选方案中，所述第二本体内设置有：沿所述第二本体纵长延伸方向依次设置的第一限位件、第二限位件和第三限位件，所述第一限位件与所述第二本体内壁上端为一体，所述第一电极位于所述第一限位件和所述第二限位件之间，所述第二电极位于所述第二限位件和所述第三限位件之间，所述第三限位件搭置在所述第三端柱塞上。

优选方案中，所述第二本体还包括：位于所述第一电极和所述第二限位件之间的压力调节片。

优选方案中，所述第二本体还包括：设置在所述第二本体内壁上的第一绝缘层，所述第一绝缘层纵向位于所述第一限位件与所述第三端柱塞之间。

优选方案中，所述第二本体还包括：设置在所述第二本体侧壁上的第一电极开口和第二电极开口，所述第一电极开口和所述第二电极开口分别与所述第一电极和所述第二电极相配合。

优选方案中，所述电压表通过导线分别与所述第一电极和所述第二电极电性连接，所述导线与所述第一电极和所述第二电极相连的一端设置有导电弹片，所述导电弹片分别与所述第一电极和所述第二电极相接触。

优选方案中，所述第二本体还包括：所述第一电极开口和所述第二电极开口内设置有压帽，所述压帽包裹在所述导线上。

优选方案中，所述流体驱动装置包括：测试气体驱动装置和测试流体驱动装置，所述测试气体驱动装置通过所述第二开口与所述承压筒相连通，所述流体驱动装置通过所述第三开口与所述承压筒相连通。

优选方案中，所述气体驱动装置包括：驱替泵和气体中间容器，所述驱替泵侧壁设置有驱替泵出水口，所述气体中间器的顶部和底部分别设置有气体中间器出气口和气体中间器进水口，所述驱替泵出水口与所述气体中间器进水口相连通，所述气体中间器出气口与所述第二开口相连通。

优选方案中，所述测试流体驱动装置包括：往复泵和液体中间容器，所述往复泵侧壁设置有往复出水口，所述液体中间器的顶部和底部分别设置有液体中间器出液口和液体中间器进水口，所述往复泵出水口与所述液体中间器进水口相连通，所述液体中间器出液口与所述第三开口相连通。

优选方案中，所述电容测量装置包括：设置在所述腔体中的同轴电容体，以及与所述第三开口相连通的电容表，所述电容表通过第三开口与所述同轴电容体相连通。

优选方案中，所述同轴电容体包括：外环筒、第二绝缘层和同轴柱，所述外环筒内径大于所述同轴柱直径，第二绝缘层与所述外环筒外壁为一体。

优选方案中，所述同轴电容体还包括：耐压线和耐压管，所述耐压管一端设置有密封塞，所述密封塞包括两个开口；所述耐压线一端分别与所述外环筒和所述同轴柱相连，所述耐压线另一端与所述密封塞的两个开口相连。

优选方案中，所述承压筒和所述测试筒由不锈钢材料制成。

所述的一种电位测量装置进行电位测量的方法，包括：

通过所述流体驱动装置将测试气体和测试流体注入所述测试筒和所述承压筒；

通过电信号测试装置测量所述测试筒内部测试气体和测试流体组成的微分散驱油体系的流动电位和电容，以及所述腔体压力与所述承压筒外部压力的压力差；

根据所述测量的流动电位、电容和压力差，以及预设测试流体粘度、预设测试流体电导率和预设装置修正因子，确定所述测试筒内微分散驱油体系的电动电位。

优选方案中，采用下述公式确定所述测试筒内微分散驱油体系的电动电位：

公式中，ζ表示所述电动电位，η表示所述预设测试流体粘度，ε表示与所述电容相关联的介电常数，U表示所述流动电位，X表示所述预设测试流体电导率，ΔP表示所述压力差，G表示所述预设装置修正因子。

在本申请实施例中，在电位测量装置中设置了流体测试装置、流体驱动装置及电信号测试装置。所述流体测试装置包括：承压筒以及设置在所述承压筒内的测试筒，所述承压筒与所述测试筒之间形成用于容纳测试流体的腔体。首先，通过流体驱动装置将测试气体和测试流体注入测试筒内，在测试筒中形成微分散驱油体系。通过流体驱动装置将测试流体通入承压筒内，可以在承压筒内部形成高于常压的压强环境。由于测试筒位于承压筒内部，可以保证测试筒处于高于常压的压强环境下。再通过电信号测试装置测量测试筒内部的微分散驱油体系的流动电位和的电容，以及腔体压力与承压筒外部的压力差。最后，根据测量的流动电位、电容和压力差，以及预设测试流体粘度、预设测试流体电导率和预设装置修正因子，通过数据处理装置确定测试筒内部的微分散驱油体系的Zeta电位，从而实现在高于常压的压强下测量微分散驱油体系的Zeta电位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请电位测量装置实施例的组成结构示意图；

图2是本申请电位测量装置实施例中承压筒的剖视和俯视示意图；

图3是本申请电位测量装置实施例中第二端柱塞的剖视示意图；

图4是本申请电位测量装置实施例中测试筒的剖视示意图；

图5是本申请电位测量装置实施例中同轴电容体的剖视和俯视示意图；

图6是本申请电位测量装置另一个实施例的组成结构示意图；

图7是本申请一种电位测量方法实施例的流程图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种电位测量装置及方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1是本申请电位测量装置实施例的组成结构示意图，如图1所示，所述电位测量装置可以包括：流体测试装置、流体驱动装置200及电信号测试装置。

所述流体测试装置可以包括：承压筒110以及设置在所述承压筒110内的测试筒120，所述承压筒110与所述测试筒120之间可以形成用于容纳测试流体的腔体130。

所述承压筒110可以包括：相对封闭的第一本体111和设置在所述第一本体上的用于排气的第一开口112、用于进气的第二开口113和用于进液的第三开口114。所述测试筒120可以包括：第二本体121和间隔预定距离设置在所述第二本体121内的第一电极122、第二电极123。所述承压筒110和所述测试筒120可以由不锈钢材料制成，可以承受高压。

所述流体驱动装置200，可以分别通过所述第二开口113和第三开口114与所述承压筒110相连通。

所述电信号测试装置可以包括：用于测量所述测试筒120内测试气体和测试流体组成的微分散驱油体系的流动电位的电压表310、用于测量所述腔体130压力与所述承压筒110外部压力之间的压力差的压差表320以及用于测量所述微分散驱油体系的电容的电容测量装置330，所述电压表310、压差表320和电容测量装置330分别通过第三开口114与所述承压筒110相连通。

在所述实施例中，所述电位测量装置中设置了流体测试装置、流体驱动装置200及电信号测试装置。所述流体测试装置包括：承压筒110以及设置在所述承压筒110内的测试筒120，所述承压筒110与所述测试筒120之间形成用于容纳测试流体的腔体130。首先，通过流体驱动装置200将测试气体和测试流体注入测试筒120内，在测试筒120中形成微分散驱油体系。通过流体驱动装置200将测试流体通入承压筒110内，可以在承压筒110内部形成高于常压的压强环境。由于测试筒120位于承压筒110内部，可以保证测试筒120处于高于常压的压强环境下。再通过电信号测试装置测量测试筒120内部的微分散驱油体系的流动电位和的电容，以及腔体130压力与承压筒110外部的压力差。最后，根据测量的流动电位、电容和压力差，以及预设测试流体粘度、预设测试流体电导率和预设装置修正因子，通过数据处理装置确定测试筒120内部的微分散驱油体系的Zeta电位，从而实现在高于常压的压强下测量微分散驱油体系的Zeta电位。

图2是本申请电位测量装置实施例中承压筒110的剖视和俯视示意图。图2中(a)和(b)分别为承压筒110的剖视和俯视示意图。图3是本申请电位测量装置实施例中第二端柱塞的剖视示意图。如图2和图3所示，所述第一本体111可以包括：可拆卸连接的盖体和筒体，所述筒体是具有上端开口的容器，所述第一开口112、第二开口113设置在所述盖体上，所述第三开口114设置在背离所述盖体的一端。

所述盖体可以包括：可拆卸连接的压盖1111和第一端柱塞1112，所述压盖1111与所述筒体可拆卸连接，所述第一开口112、第二开口113设置在所述第一端柱塞1112上。

所述筒体可以包括：可拆卸连接的第一筒壁1113和第二端柱塞1114，所述第三开口114设置在第二端柱塞1114上。

图4是本申请电位测量装置实施例中测试筒的剖视示意图。如图4所示，所述第二本体121可以包括：可拆卸连接的第二筒壁1211和第三端柱塞1212，所述第三端柱塞1212设置有第四开口，所述第四开口与所述第三开口114相连通。所述第二本体1211内设置有：沿所述第二本体121纵长延伸方向依次设置的第一限位件1213、第二限位件1214和第三限位件1215，所述第一限位件1213与所述第二本体121内壁上端为一体，所述第一电极122位于所述第一限位件1213和所述第二限位件1214之间，所述第二电极123位于所述第二限位件1214和所述第三限位件1215之间，所述第三限位件1214搭置在所述第三端柱塞1212上。

所述第二本体121还可以包括：位于所述第一电极122和所述第二限位件121之间的压力调节片1216、设置在所述第二本体121内壁上的第一绝缘层1217，以及设置在所述第二本体121侧壁上的第一电极开口1218和第二电极开口1219。所述第一绝缘层1217纵向位于所述第一限位件1213与所述第三端柱塞1212之间。所述第一电极开口1218和所述第二电极开口1219分别与所述第一电极122和所述第二电极123相配合。

所述电压表310通过导线分别与所述第一电极122和所述第二电极123电性连接，所述导线与所述第一电极122和所述第二电极123相连的一端设置有导电弹片，所述导电弹片分别与所述第一电极122和所述第二电极123相接触。所述导电弹片可以防止装置长期使用后导线端部的导电性能变差。所述第一电极开口1218和所述第二电极开口1219内设置有压帽，所述压帽包裹在所述导线上，可以有效固定所述导线。

所述电容测量装置330可以包括：设置在所述腔体中的同轴电容体331，以及与所述第三开口114相连通的电容表，所述电容表通过第三开口114与所述同轴电容体331相连通。例如，图5是本申请电位测量装置实施例中同轴电容体的剖视和俯视示意图。如图5所示，所述同轴电容体331可以包括：外环筒3311、第二绝缘层3312和同轴柱3313，所述外环筒3311内径大于所述同轴柱3313直径，第二绝缘层3312与所述外环筒3311外壁为一体。所述同轴电容体还可以包括：耐压线3314和耐压管3315，所述耐压管3315一端设置有密封塞3316，所述密封塞3316包括两个开口。所述耐压线3314一端分别与所述外环筒3311和所述同轴柱3313相连，所述耐压线3314另一端与所述密封塞3316的两个开口相连。可以通过电容导线将所述电容表和所述同轴电容体相连通。所述耐压线3314和耐压管3315可以用于将所述电容导线与所述测试流体隔离。

在另一种实施例中，所述流体驱动装置200可以包括：测试气体驱动装置和测试流体驱动装置，所述测试气体驱动装置通过所述第二开口113与所述承压筒110相连通，所述流体驱动装置通过所述第三开口114与所述承压筒110相连通。例如，图6是本申请电位测量装置另一个实施例的组成结构示意图。所述气体驱动装置可以包括：驱替泵210和气体中间容器220，所述驱替泵210侧壁设置有驱替泵出水口，所述气体中间器220顶部和底部分别设置有气体中间器出气口和气体中间器进水口，所述驱替泵出水口与所述气体中间器进水口相连通，所述气体中间器出气口与所述第二开口113相连通。所述测试流体驱动装置可以包括：往复泵230和液体中间容器240，所述往复泵230侧壁设置有往复出水口，所述液体中间器240的顶部和底部分别设置有液体中间器出液口和液体中间器进水口，所述往复泵出水口与所述液体中间器进水口相连通，所述液体中间器出液口与所述第三开口114相连通。

在另一种实施例中，所述装置还包括：数据处理装置，所述数据处理装置与所述电信号测试装置相连，用于根据所述电信号测试装置测量的流动电位、电容和压力差，以及预设测试流体粘度、预设测试流体电导率和预设装置修正因子，确定所述测试筒内微分散驱油体系的电动电位。

在本申请实施例中，还提出了一种电位测量方法，其核心思路是利用流体驱动装置200向承压筒110内注入测试流体后，对承压筒110的气体进行压缩，增加承压筒100内的压力，为承压筒110内的测试筒120提供高于常压的压力环境，从而真实反映油田开发过程中地层的压力，测量此时测试筒120内微分散驱油体系的Zeta电位。具体地，如图7所示，所述电位测量方法，可以包括以下步骤。

步骤S101：通过所述流体驱动装置将测试气体和测试流体注入所述测试筒和所述承压筒。

步骤S102：通过电信号测试装置测量所述测试筒内部测试气体和测试流体组成的微分散驱油体系的流动电位和电容，以及所述腔体压力与所述承压筒外部压力的压力差。

步骤S103：根据所述测量的流动电位、电容和压力差，以及预设测试流体粘度、预设测试流体电导率和预设装置修正因子，确定所述测试筒内微分散驱油体系的电动电位。

具体地，可以采用下述公式确定所述测试筒内微分散驱油体系的电动电位：

公式中，ζ表示所述电动电位，η表示所述预设测试流体粘度，ε表示与所述电容相关联的介电常数，U表示所述流动电位，X表示所述预设测试流体电导率，ΔP表示所述压力差，G表示所述预设装置修正因子。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。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。