一種制備納米分散體系的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備納米分散體系的方法及裝置，屬于石油開發技術領域。
【背景技術】
[0002]油藏開發普遍采用補充能量的方法，采用向油藏中注入驅替劑(水、聚合物溶液、氣體等)驅替原油的方式，在我國應用最為廣泛的是注水開發。
[0003]目前，注水開發面臨兩個常見問題:一是油藏非均質性導致注入水沿大孔道竄流，使其無法進入滲透率相對較低的孔隙。二是低滲透油藏，巖石孔隙半徑小，注入水在較大壓差下才能滲流進入孔隙。如果能將納米、納米級氣泡分散到水中使之成為分散體系，在驅油時，微小氣泡可以進入注入水不能進入的孔隙內，從而提高波及效率，提高采出程度。
[0004]目前尚沒有這種適合在高溫高壓油藏條件下的分散體系，現有產生納米-毫米級氣泡的方法及裝置所生成的氣泡分散體系在高溫下很難穩定、高壓下極易合并。
[0005]因此探索納米級分散體系生成方法，研制反應裝置，使分散體系注入孔隙后實現氣泡提高采出程度成為本領域亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種制備納米分散體系的方法及裝置，采用本發明提供的裝置制備得到的納米分散體系，該納米分散體系在高溫下具有良好的穩定性，能夠應用于高溫高壓油藏注水開采等領域。
[0007]本發明中的納米分散體系是指兩相不能按照任意比例互溶的流體(流體I和流體2)，流體I的密度大于流體2的密度，流體2能夠在流體I中形成納米氣泡或納米液滴并以一定濃度均勻分布在流體I中。
[0008]為達到上述目的，本發明提供了一種制備納米分散體系的裝置，該裝置包括電子散射源、體系反應生成容器、攪拌器、換能片、超聲波發生器、中間容器和驅替栗，所述換能片置于所述體系反應生成容器內，所述超聲波發生器置于體系反應生成容器外，所述換能片通過導線與所述超聲波發生器連接，所述中間容器一端連接所述體系反應生成容器，另一端連接驅替栗；攪拌器能夠對體系反應生成容器內的兩相流體進行攪拌，使兩相流體處于飽和溶解狀態，超聲波發生器能夠控制換能片的運作，驅替栗能夠將中間容器內盛裝的流體注入體系反應生成容器內；
[0009]所述體系反應生成容器包括可視端蓋和釜體，所述可視端蓋置于所述釜體的側面，并通過密封墊壓壓實在所述釜體上；所述可視端蓋上設有玻璃塊(通過玻璃塊可以觀察并控制納米分散體系的形成)，可視端蓋的厚度、釜體的厚度、玻璃塊的厚度和直徑可以由實際耐壓要求確定；所述釜體的上方設有兩個流體入口，分別為第一入口和第二入口(兩相流體能夠分別從第一入口和第二入口進入體系反應生成容器內)，所述釜體的下方設有出口(形成的納米分散體系能夠從出口流出)；
[0010]所述換能片包括鋼片和換能環；所述鋼片的中間分布有孔眼，所述換能環置于所述鋼片的上方，所述孔眼位于所述換能環的環空區域內，以使納米級氣泡能夠從孔眼中噴射出來；
[0011 ] 所述中間容器包括第一中間容器和第二中間容器，所述第一中間容器的一端連接所述第一入口，另一端連接所述驅替栗，所述第二中間容器的一端連接所述第二入口，另一端連接所述驅替栗；
[0012]所述電子散射源的電子束發射端與所述玻璃塊正對，其發射的電子束能夠穿透玻璃塊。
[0013]在上述裝置中，優選地，所述孔眼的直徑為50-100 μπι;所述鋼片中孔眼所在區域的厚度為0.05-0.1mm，更優選為0.1mm ;所述鋼片中孔眼所在區域外的厚度為0.2mm ;所述換能環是由陶瓷壓電材料制成的。
[0014]在上述裝置中，優選地，所述換能環包括正極和負極，所述換能環的正極與所述超聲波發生器的正極相連，所述換能環的負極與所述超聲波發生器的負極相連。
[0015]在上述裝置中，優選地，所述電子散射源包括第一陽極、陰極、加速陽極、可調聚焦線圈和玻璃外罩；所述第一陽極、陰極和加速陽極從上至下依次設置在所述電子散射源背對玻璃塊的一端上，所述可調聚焦線圈置于所述玻璃外罩的外面，能夠沿玻璃外罩的軸向移動。
[0016]在上述裝置中，優選地，所述攪拌器在低壓條件下可以為普通螺桿攪拌器，其攪拌頭位于體系反應生成容器內，且不影響反應體系生成容器的密封性；在高壓條件下可以采用磁力攪拌的方式。
[0017]在上述裝置中，優選地，所述體系反應生成容器上設有壓力表。
[0018]在上述裝置中，優選地，所述體系反應生成容器的出口通過出口管線與應用系統相連。
[0019]在上述裝置中，優選地，所述電子散射源與所述玻璃塊之間的距離< 10cm。
[0020]本發明還提供了一種利用上述裝置制備納米分散體系的方法，其包括以下步驟:
[0021]步驟1:利用驅替栗將流體I和流體2分別注入體系反應生成容器內，并使體系反應生成容器內的溫度和壓力達到設計值；
[0022]步驟2:利用攪拌器攪拌，使流體I和流體2處于飽和溶解狀態；
[0023]步驟3:開啟超聲波發生器和電子散射源，換能片工作，體系反應生成容器內形成納米分散體系；
[0024]其中，所述流體I和流體2為兩相不能按照任意比例互溶的流體，且流體I的密度大于流體2的密度。
[0025]本發明中超聲波發生器能夠為換能片提供能量，使其將電能轉化為高頻機械能，換能片上的孔眼快速剪切周圍流體，將氣相流體以噴射方式形成微米級顆粒；電子散射源發射的電子束能夠穿透可視端蓋上的玻璃塊進入體系反應生成容器內被納米氣泡捕獲，伴隨自發溶解和電子間的相互排斥作用，其中一相流體形成的納米級氣泡或液滴能夠穩定分布于另一相流體中，形成適宜油藏開發的納米分散體系。
[0026]在上述方法中，優選地，在步驟I中，將流體I和流體2分別注入體系反應生成容器內時，先注入流體1，待流體I的液面至玻璃塊底部的距離占整個玻璃塊高度的1/4-3/4時(使兩相的界面處于利于觀察的區域)，停止注入流體1，并注入流體2。
[0027]在上述方法中，優選地，所述換能片位于流體I的內部或液面處。
[0028]在上述方法中，優選地，在步驟3中，超聲波發生器的振蕩頻率為1.5-2.0MHz0
[0029]在上述方法中，優選地，在步驟I中，所述體系反應生成容器內的溫度為常溫至90°C，壓力為0-20MPa，該溫度和壓力條件與高溫高壓油藏條件相近，制得的分散體系能夠在該條件下保持分散特性，直接應用于高溫高壓油藏。
[0030]在上述方法中，優選地，始終保持體系反應生成容器內的溫度和壓力為上述設計值。
[0031]在上述方法中，優選地，該方法還包括當形成納米分散體系時，將其從體系反應生成容器的出口注入應用系統的步驟。
[0032]本發明中所使用的兩相流體為液相流體和氣相流體。
[0033]本發明的創造性地利用超聲波振蕩方法生成納米分散體系，以流體2(氣體)向流體1(水)中分散為例，本發明提供的技術方案的核心包括三個過程:溶解飽和、超聲振蕩和電子捕獲。
[0034]溶解飽和一一在設計溫度壓力條件下，在密閉容器內注入流體I和流體2，使兩者充分接觸，達到最大溶解狀態；
[0035]超聲振蕩一一利用中間帶微孔陣的環狀換能片高頻持續振蕩，可形成微米級別的氣泡(流體2微粒)，見圖1 ;
[0036]電子捕獲一一微米泡在流體I中有自發溶解現象，此時利用電子散射源將電子打入微泡周圍并使其捕獲電子。伴隨自發溶解，分布有一定數量電子的微米泡縮小至納米級，此時電子相互排斥使氣泡本身無法縮小，納米泡之間也因電子排斥作用而保持合理距離，形成穩定分布，見圖2。
[0037]本發明具有以下有益效果:
[0038]I)本發明提供的納米分散體系具有良好的穩定性和易注入性，納米級氣泡能進入低滲微孔隙內，提高波及效率；同時，納米級氣泡進入大孔道時，在較大壓差作用下，氣泡迅速膨脹，多個氣泡在孔道內填充后形成的賈敏效應，使分散體系進入較小孔徑的孔隙內，起到調剖作用；
[0039]2)帶有負電的納米級氣泡具有剝離油膜的作用，提高采出程度；
[0040]3)該方法具有簡單、易于操作的優點，符合礦場實施條件。
【附圖說明】
[0041]圖1為納米級氣泡生成的原理圖；
[0042]圖2為納米級氣泡生成的示意圖；
[0043]圖3為制備納米分散體系的裝置的結構示意圖；
[0044]圖4為體系反應生成容器的結構示意圖；
[0045]圖5為換能片的結構示意圖；
[0046]圖6為電子散射源的結構不意圖；
[0047]主要附圖標號說明:
[0048]1:電子散射源；2:電子束；3 ;體系反應生成容器；4:出口管線；5:應用系統；6:驅替栗；7:換能片；8:超聲波發生器；9:第二中間容器；10:第一中間容器；11:微米氣泡；12:納米氣泡；101:陰極；102:加速陽極；103:可調聚焦線圈；104