CN101864947A - 注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注多元热流体采油三维模拟试验地层温度的模拟方法和装置；模型本体固定在高压舱内，热电偶分布在高压舱内与计算机连接；两台电加热盘管位于高压舱上下内壁面，与位于高压舱外上下两台温度控制器一连接；两台循环流体盘管位于高压舱的上下内壁面，分别与位于高压舱外上下两台带压缩机的制冷装置、两台温度控制器二连接，构成上下两个闭合循环回路，风道安装在高压舱两侧端盖内，两台磁力搅拌器位于高压舱两侧的端盖上，磁力搅拌器叶片安装在高压舱内风道中，磁力搅拌器叶片由电机轴穿过高压舱端盖与高压舱外的电机连接；系统结构紧凑，模拟温度场均匀、稳定；模拟的温度范围广；升温/降温过程快，能耗低。

Description

注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟方法和装置

技术领域：

本发明涉及一种注多元热流体采油高温(350℃)高压(20MPa)三维模拟试验地层温度的模拟装置方法和应用。

背景技术

多元热流体：是指在油藏条件下可用于进行原油驱替且被油藏自身或人为加热的介质，包括热水、蒸汽、热溶剂及被加热的非凝析气体等单质及其混合物。

注多元热流体采油高温高压三维模拟试验装置可以开展油藏压力20MPa、温度350℃条件下利用注蒸汽、注气、注热溶剂等多种方式提高石油采收率技术的研究，可以最大限度再现真实油藏开发状况，是室内解决油藏开采机理、优化油藏开发方案的重要也是最有力的研究手段。地层温度模拟是注多元热流体采油高温高压三维模拟试验成功开展的先决条件。

三维模拟试验中通常将试验模型置于高压舱内，模型与高压舱之间充满围压介质，温度模拟即根据实验需求来控制围压介质的温度。国内的专利和文献中所报道的试验装置大部分采用液体(如水、导热油)作为围压介质，地层温度的模拟主要是通过加热液体围压介质来实现的，此温度模拟方式存在如下不足：a)液体的热容大，需要较长的加热时间；b)没有搅拌装置，围压介质无法有效的流动，不能保证温度场均匀。对国外的专利及文献调研显示，国外早期的实验装置均采用液体围压方式，近年来发展到采用气体作为围压介质，但此围压方式下的温度模拟方法文献中少有报道。已公开的报道显示：其地层温度模拟方法是向高压舱循环通入加热的气体，气体加热装置置于高压舱外部，此温度模拟方式存在如下不足：a)加热装置置于高压舱外部，增加了系统复杂程度；b)外部管路会带来热损失，降低加热效率；c)由于加热管换热面积限制，对大流量气体的加热效果较差。

现有技术一的技术方案

1.模型与高压舱之间充满导热油，高压舱外缠有加热带，通过外部加热带加热高压舱，并通过导热的方式将热量传递给整个液体区域。论文：江如意，王家禄，蒋志祥，高温高压三维水平井物理模拟系统，石油勘探与开发，26(6)，1999

现有技术一的缺点

1)高压舱外部缺乏保温措施，热损失大，能耗高，加热效果差；

2)由于导热油热容大，通过导热的方式将热量传递给整个液体区域，升温过程十分缓慢；

3)无搅拌装置，不能形成有效的流动，高压舱内表面与模型外表面间存在温度梯度，不能形成均匀的温度场；

4)仅存在加热装置，无法实施有效冷却。

现有技术二的技术方案

2.高压舱与模型之间充满水，在高压舱的底部布置有3个电加热，测温点布置在高压舱底部，通过温控仪、固态继电器对流体加热温度进行控制。高压舱外包裹高效保温材料并在保温层外包裹0.2mm不锈钢板，《一种油藏开发开发模拟系统、上覆压力系统及其数据处理方法》发明专利，公开号CN 101509367A。

现有技术二的缺点

1)电加热装置仅布置在高压舱的下部，且无搅拌装置，受流体导热影响，高压舱内上下的流体存在温度梯度，不能形成均匀的温度场；

2)水的热容较大，将其加热至所需的温度，耗时长，耗能大；

3)仅存在加热装置，无法实施有效冷却。

现有技术三的技术方案

高压舱与模型之间充满氮气，在高压舱上装有循环管线，将高压舱内气体引出舱外。高压舱外安装有加热器，氮气被加热后通过循环管线引入高压舱。

现有技术三的缺点

1)加热装置置于高压舱外部，增加了系统复杂程度；

2)外部管路会带来热损失，降低加热效率；

3)由于加热管换热面积限制，对大流量气体的加热效果较差。

发明内容

本发明的目的是提出一种注多元热流体采油高温(350℃)高压(20MPa)三维模拟试验地层温度模拟方法和装置。围压介质为气体。通过多点测温，多区域控温、强制对流换热的方式，达到模拟均匀、稳定的地层温度的效果。

本发明所述的注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟装置：

由高压舱，模型本体，保温涂层，热电偶，磁力搅拌器，计算机，风道，电加热盘管，循环流体盘管，带压缩机的制冷装置，密封件，温度控制器一以及温度控制器二组成。

保温涂层涂覆在高压舱的内壁上，模型本体固定在高压舱内，12根热电偶分布在高压舱内壁、模型本体外壁和高压舱内两端断面上，经密封件引出高压舱与计算机相连接；两台电加热盘管分别位于高压舱上下内壁面附近，固定在高压舱上，由电源两极穿过密封件引出高压舱，分别与位于高压舱外上下两台温度控制器一相连接，电加热盘管上加装有翅片式散热片，上下两台电加热盘管的温度由设置在上下的两台温度控制器一单独控制，两台温度控制器一的测温热电偶放置于电加热盘管表面的附近区域但并不与加热管表面直接接触，测温热电偶与计算机相连接。

两台循环流体盘管分别位于高压舱的上下内壁面附近，固定在高压舱上；由管线从高压舱内引出，分别与位于高压舱外上下两台带压缩机的制冷装置、两台温度控制器二相连接，构成上下两个闭合循环回路，两台温度控制器二的测温热电偶放置于循环流体盘管表面的附近区域但并不与循环流体盘管表面直接接触，测温热电偶与计算机相连接；循环流体盘管的外表面上装有翅片式散热片。

风道安装在高压舱两侧端盖内，风道与竖直方向成0-90°夹角，两侧风道的方向相同，两台磁力搅拌器分别位于高压舱两侧的端盖上，磁力搅拌器叶片安装在高压舱内风道中，磁力搅拌器叶片由电机轴穿过高压舱端盖与位于高压舱外的电机连接，磁力搅拌器转速为1000-3000rpm。

上下两个带压缩机的制冷装置由温度控制器二单独控制。

本发明所述的注多元热流体采油高温高压三维模拟试验地层温度模拟方法：

注多元热流体采油高温高压三维模拟试验过程中，饱和油、模型冷却以及蒸汽驱实验等三步过程中高压舱内温度都需要进行调控，控制方法如图3所示。在整个实验过程中，高压舱两端的磁力搅拌器都保持开启状态，确保高压舱内温度场的均匀。然后在不同的实验过程中，通过加热/冷却装置的不同设置，来调控高压舱内的温度。

饱和油过程：

1.开启磁力搅拌器；

2.开启温度控制器一并设定控制温度，设置范围0-100℃(一般为原油具有流动性的温度条件)；

3.高压舱内围压气体在常压下被电加热盘管所加热，直至设定温度；

4.开始常压饱和油过程，此过程中温度控制器一设置不变，电加热盘管维持高压舱温度为设定温度；(稠油粘度较高，在较高温度条件下才能具有一定的流动性)

5.开始加压饱和油过程，高压舱内围压气体不断充入，电加热盘管保持加热维持高压舱温度为设定温度，直至饱和油结束；

6.关闭磁力搅拌器及温度控制器一。

模型冷却过程：

1.开启磁力搅拌器；

2.开启温度控制器二并设定控制温度，设置范围：0℃-室温；

3.高压舱内温度在循环流体盘管及与之相连的带压缩机的制冷装置共同作用下稳步下降，直至设定温度；(磁力搅拌器强化低温循环液体与高压舱内部气体之间的对流换热，快速的降低舱内气体温度)

4.关闭磁力搅拌器及温度控制器二。

蒸汽驱实验过程：

1.开启磁力搅拌器；

2.开启温度控制器一和温度控制器二并设定控制温度为原始地层温度；

3.在循环流体盘管(包括与之相连的带压缩机的制冷装置)与电加热盘管的共同作用下，高压舱温度维持恒定直至实验结束(实验过程中模型与高压舱间始终存在热交换，为维持高压舱内气体温度恒定以模拟实际油藏中原始地层温度，高压舱内气体需要不断与循环流体盘管以及电加热盘管换热)；

4.关闭磁力搅拌器、温度控制器一和温度控制器二。

发明效果

1)系统结构紧凑，在有限的空间内实现了温度模拟的功能；

2)系统控制简单，自动化程度高，仅通过设定温度控制器的数值可实现温度模拟的功能；

3)温度场模拟效果好，高压舱内部温度场均匀、稳定；

4)除加热功能外，可有效实施冷却，模拟的温度范围广；

5)以气体作为围压介质的温度模拟方法，升温/降温过程快，能耗低。

附图说明：

图1注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟装置。

图2注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟装置对应热电偶在高压舱两侧断面上的位置。

其中：1、高压舱  2、模型本体  3、保温涂层  4、热电偶  5、磁力搅拌器  6、计算机  7、风道  8、电加热盘管  9、循环流体盘管  10、带压缩机的制冷装置  11、密封件  12、温度控制器一  13、温度控制器二。

图3注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟装置控制流程图。

具体实施方式

参见图一，本发明所述的注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟装置：

由高压舱1，模型本体2，保温涂层3，热电偶4，磁力搅拌器5，计算机6，风道7，电加热盘管8，循环流体盘管9，带压缩机的制冷装置10，密封件11，温度控制器一12以及温度控制器二13组成。

保温涂层3涂覆在高压舱1的内壁上，模型本体2固定在高压舱1内，12根热电偶4分布在高压舱1内壁、模型本体2外壁和高压舱内两端断面上，经密封件11引出高压舱1，与计算机6相连接；两台电加热盘管8分别位于高压舱上下内壁面附近，固定在高压舱上，由电源两极穿过密封件11引出高压舱1，分别与位于高压舱1外上下两台温度控制器一12相连接；电加热盘管8上加装有翅片式散热片；上下两路电加热盘管8的温度由设置在上下的两台温度控制器一12单独控制，两台温度控制器一12的测温热电偶4放置于电加热盘管8表面的附近区域但并不与加热管表面直接接触，测温热电偶与计算机6相连接。

两台循环流体盘管9分别位于高压舱的上下内壁面附近，固定在高压舱上；由管线从高压舱1内引出，分别与位于高压舱1外上下两台带压缩机的制冷装置10、两台温度控制器二13相连接，构成上下两个闭合循环回路，两台温度控制器二13的测温热电偶放置于循环流体盘管9表面的附近区域但并不与循环流体盘管表面直接接触，测温热电偶与计算机6相连接；循环流体盘管9的外表面上装有翅片式散热片。

风道7安装在高压舱1两侧端盖内，两侧风道7的方向相同，两台磁力搅拌器5分别位于高压舱两侧的端盖上，磁力搅拌器叶片安装在高压舱内风道7中，磁力搅拌器叶片由电机轴穿过高压舱端盖与位于高压舱外的电机连接。

实施例1

在依据本发明的一个实施例中，实验运行压力为2MPa，电加热盘管的功率为5KW。

饱和油过程：

1.开启磁力搅拌器5；

2.开启温度控制器一12，将控制温度设定为80℃；

3.高压舱内围压气体在常压下被电加热盘管所加热，直至80℃；

4.开始常压饱和油过程，此过程中温度控制器设置不变，电加热盘管维持高压舱温度为80℃；(稠油粘度较高，在较高温度条件下才能具有一定的流动性)

5.开始加压饱和油过程，高压舱内围压气体不断充入，电加热盘管7保持加热维持高压舱温度为80℃，直至饱和油结束；

6.关闭磁力搅拌器5及温度控制器一12。

模型冷却过程：

1.开启磁力搅拌器5；

2.开启温度控制器二13，将控制温度设置为室温(25℃)；

3.高压舱1内温度在循环流体盘管9及与之相连的带压缩机的制冷装置10共同作用下稳步下降，直至25℃；(磁力搅拌器强化低温循环液体与高压舱内部气体之间的对流换热，快速的降低舱内气体温度)

4.关闭磁力搅拌器5及温度控制器二13。

蒸汽驱实验过程：

1.开启磁力搅拌器5；

2.开启温度控制器一12和温度控制器二13，将控制温度设置为原始地层温度18℃；

3.在循环流体盘管9(包括与之相连的带压缩机的制冷装置10)与电加热盘管的共同作用下，高压舱1温度维持18℃恒定直至实验结束。(实验过程中模型与高压舱间的始终存在热交换，高压舱温度会缓慢上升。为维持高压舱内气体温度恒定在18℃以模拟实际油藏中无穷远处的地层温度，高压舱内气体需要不断与循环流体换热和电加热盘管)；

4.关闭磁力搅拌器5、温度控制器一12和温度控制器二13。

实施例2：

在依据本发明的一个实施例中，实验运行压力为20MPa，电加热盘管的功率为20KW。

饱和油过程：

1.开启磁力搅拌器5；

2.开启温度控制器一12，将控制温度设定为90℃；

3.高压舱内围压气体在常压下被电加热盘管所加热，直至90℃；

4.开始常压饱和油过程，此过程中温度控制器设置不变，电加热盘管维持高压舱温度为90℃；(稠油粘度较高，在较高温度条件下才能具有一定的流动性)

5.开始加压饱和油过程，高压舱内围压气体不断充入，电加热盘管7保持加热维持高压舱温度为90℃，直至饱和油结束；

6.关闭磁力搅拌器5及温度控制器11。

模型冷却过程：

1.开启磁力搅拌器5；

2.开启温度控制器二13，将控制温度设置为室温(25℃)；

3.高压舱1内温度在循环流体盘管9及与之相连的带压缩机的制冷装置10共同作用下稳步下降，直至25℃；(磁力搅拌器强化低温循环液体与高压舱内部气体之间的对流换热，快速的降低舱内气体温度)

4.关闭磁力搅拌器5及温度控制器二13。

蒸汽驱实验过程：

1.开启磁力搅拌器5；

2.开启温度控制器一12和温度控制器二13，将控制温度设置为原始地层温度45℃；

3.在循环流体盘管9(包括与之相连的带压缩机的制冷装置10)与电加热盘管的共同作用下下，高压舱1温度恒定在45℃直至实验结束。(实验过程中模型与高压舱间的始终存在热交换，高压舱温度会缓慢上升。为维持高压舱内气体温度恒定在45℃以模拟实际油藏中无穷远处的地层温度，高压舱内气体需要不断与循环流体盘管以及电加热盘管换热)；

4.关闭磁力搅拌器5、温度控制器一12和温度控制器二13。

Claims (2)

1.一种注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟方法，其特征在于：将模型本体放置于高压舱内，围压介质为气体；通过多点测温、多区域控温、强制对流换热的方式，达到模拟均匀、稳定的地层温度；循环流体为水或水与防冻液的混合物，循环流体冷却至0℃～室温；高压舱两端的磁力搅拌器始终保持开启状态，维持高压舱内温度场的均匀；

具体步骤如下：

饱和油过程温度模拟：

1)开启温度控制器一，将控制温度设定为0-100℃；

2)高压舱内围压气体在常压下被电加热盘管加热，直至0-100℃；

3)开始常压饱和油过程，此过程中温度控制器设置不变，电加热盘管维持高压舱温度为0-100℃；

4)开始加压饱和油过程，高压舱内围压气体不断充入，电加热盘管保持加热维持高压舱温度为0-100℃，直至饱和油结束；

5)关闭温度控制器一；

冷却过程温度模拟：

1)开启温度控制器二，将控制温度设定为0℃～室温；

2)高压舱内温度在循环流体盘管和带压缩机的制冷装置共同作用下稳步下降，直至设定温度；

3)关闭温度控制器二；

蒸汽驱实验过程温度模拟：

1)开启温度控制器一和温度控制器二，将控制温度设置为实际油藏地层温度；

2)在循环流体盘管、带压缩机的制冷装置和电加热盘管的共同作用下，高压舱温度维持恒定直至实验结束；

3)关闭温度控制器一和温度控制器二。

2.一种权利要求1所述的注多元热流体采油三维模拟试验地层温度模拟方法用装置，其特征在于：

由高压舱，模型本体，保温涂层，热电偶，磁力搅拌器，计算机，风道，电加热盘管，循环流体盘管，带压缩机的制冷装置，密封件，温度控制器一以及温度控制器二组成；

保温涂层涂覆在高压舱的内壁上，模型本体固定在高压舱内，12根热电偶分布在高压舱内壁、模型本体外壁和高压舱内两端断面上，经密封件引出高压舱，与计算机相连接；两台电加热盘管分别位于高压舱上下内壁面附近，固定在高压舱上，由电源两极穿过密封件引出高压舱，分别与位于高压舱外上下两台温度控制器一相连接；电加热盘管上加装有翅片式散热片；上下两路电加热盘管的温度由设置在上下的两台温度控制器一单独控制，两台温度控制器一的测温热电偶放置于电加热盘管表面的附近区域但并不与加热管表面直接接触，测温热电偶与计算机相连接；

两台循环流体盘管分别位于高压舱的上下内壁面附近，固定在高压舱上；由管线从高压舱内引出，分别与位于高压舱外上下两台带压缩机的制冷装置、两台温度控制器二相连接，构成上下两个闭合循环回路，两台温度控制器二的测温热电偶放置于循环流体盘管表面的附近区域但并不与循环流体盘管表面直接接触，测温热电偶与计算机相连接；循环流体盘管的外表面上装有翅片式散热片；

风道安装在高压舱两侧端盖内，风道与竖直方向成0-90°夹角，两侧风道的方向相同，两台磁力搅拌器分别位于高压舱两侧的端盖上，磁力搅拌器叶片安装在高压舱内风道中，磁力搅拌器叶片由电机轴穿过高压舱端盖与位于高压舱外的电机连接，磁力搅拌器转速为1000-3000rpm。

Images