CN102353750B - 轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，包括：配样注入系统、模型系统、PC监控系统、产出系统和分析系统，配样注入系统和模型系统相连，PC监控系统分别和模型系统、产出系统及分析系统相连，产出系统还分别和模型系统及分析系统相连，配样注入系统用于使天然气在死油中充分溶解形成活油以完成地层原油复配，PC监控系统用于在驱替过程中进行压力监测。由于本发明实施例的实验装置采用了活油，保证了样品和地层原油一致性，使得实验结果更真实可靠；而且由于监测系统可以在驱替过程中进行压力监测，因此可以使实验人员更好地认识空气驱油机理。

Description

轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置

技术领域

本发明属于石油开发领域，具体涉及一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验方法和装置。

背景技术

20世纪60年代以来，世界上许多国家包括美国、俄罗斯等国家都开展过轻质油藏注空气技术研究，许多深层轻质油藏开展了注空气矿场试验，均取得了技术上和经济上的成功；轻质油藏低温氧化开采在我国虽然起步较晚，但由于空气来源广，成本低廉，近几年来受到广泛关注，几个油田还进行了小规模的空气泡沫驱(调驱)现场试验，并取得了很好的效果。

轻质油藏注空气开采的缺点是存在不安全因素，即注入空气和原油未完全发生低温氧化反应时，产出气中烃类气体和氧气混合容易发生爆炸；另外，低渗透油藏注空气另外一个特点就是低温氧化后原油性质会发生变化，比如粘度变化，组分变化等，这些原油性质的变化有可能对低渗透油藏的孔隙结构造成伤害，这就严格要求前期做好低温氧化速率相关实验研究，在此基础上合理优化注采参数。这对轻质油藏注空气采油低温氧化实验方法及装置提出了新的挑战，包括：1)能够模拟高温高压条件，2)能够真实模注空气采油过程，3)室内实验安全性可靠，4)具备产出物自动分离、收集和准确计量系统，5)具备产出气体在线实时监测功能，实验流程自动化程度高，6)氧化后原油性质实施监测功能。

国外在轻质油藏注空气开发低温氧化动态评价实验模拟方法和装置方面开展了大量的工作，且有相关的论文发表，但是，其对于开展原油低温氧化动态实验研究现有实验方法和装置仍存在以下不足：1)从目前技术看，在虑重力分异作用下，原油发生低温氧化仍然是在油气界面和溶解在原油里的氧气参与反应，而氧化管过短，不能真实反映实际地层中氧化前缘长度，实验结果可信度较差，2)实验流程自动化程度不高，3)使用油样为死油，不能真实模拟活油情况下的低温氧化特点。

国内在轻质油藏注空气开发低温氧化动态评价实验方法和装置方面也开展了大量的工作，且有相关的论文发表，其对于开展原油低温氧化研究现有实验方法和装置仍存在以下不足：1)动态驱替过程装置考虑不周，在驱替过程中反应系统中取气样分析，容易打破实验平衡，再就是水平放置氧化管，容易造成气体窜流，实验结果可信度较差，2)模拟使用死油，不能真实反映地层中原油氧化规律，3)实验流程自动化程度不高，4)不具备产出气体在线实时监测功能。

发明内容

本发明实施例提供一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验方法和装置，用于弥补现有技术中的上述缺陷。

本发明实施例提供了一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，其特征在于，包括：配样注入系统、模型系统、PC监控系统、产出系统和分析系统，所述配样注入系统和所述模型系统相连，所述PC监控系统分别和所述模型系统、产出系统及分析系统相连，所述产出系统还分别和所述模型系统及所述分析系统相连，所述配样注入系统用于使天然气在死油中充分溶解形成活油以完成地层原油复配，所述模型系统用于真实模拟实际地层空气驱替过程，所述PC监控系统用于在驱替过程中进行压力监测，所述产出系统用于分离出地层原油中的气体和原油，所述分析系统用于完成对所述气体和原油进行分析，得到氧化速率、气体组分及原油组分结果。

优选的，本发明实施例的配样注入系统包括：高精度计量泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、死油活塞容器、天然气活塞容器、第一气体质量流量计、配样器、压力表和手动泵，所述高精度计量泵通过所述第一阀门和所述死油活塞容器的上端进口连接，且通过所述第二阀门和所述天然气活塞容器的上端进口连接；所述死油活塞容器的下端出口依次通过所述第三阀门和所述第五阀门与所述配样器的上端进口连接；所述天然气活塞容器的下端出口依次通过所述第一气体质量流量计、所述第四阀门及所述第五阀门与所述配样器的上端进口连接；所述手动泵和所述配样器相连，所述压力表设置在所述手动泵与所述配样器之间。

优选的，本发明实施例的模型系统包括：所述高精度计量泵、第六阀门、第七阀门、第八阀门、地层水活塞容器、空气活塞容器、第二气体质量流量计、六通阀、烘箱、细长氧化填砂盘管、背压阀和真空泵，所述高精度计量泵通过所述第六阀门和所述地层水活塞容器的上端进口连接，且通过所述第七阀门和所述空气活塞容器的上端进口连接；所述地层水活塞容器的下端出口连接至所述六通阀；所述空气活塞容器的下端出口通过所述第二气体质量流量计连接至所述六通阀；所述细长氧化填砂盘管设置于所述烘箱内，且所述细长氧化填砂盘管的上端口和所述六通阀连接，下端口和通过所述第八阀门和所述背压阀连接；所述真空泵也和所述六通阀连接。

优选的，本发明实施例的PC监控系统包括：压力传感器、PC监控主机、气体计量计、气体质量流量控制器，所述压力传感器设置于所述细长氧化填砂盘管上，通过数据线和所述PC监控主机连接，所述气体计量计和所述气体质量流量控制器分别通过数据线和所述PC监控主机连接；产出系统包括：带液体计量功能的分离器和第九阀门，所述分离器的上端进口和所述第八阀门相连，上端出口和所述气体计量计相连，所述第九阀门设置在所述分离器的下端出口处；分析系统包括：气相色谱分析仪、落球粘度计和液相色谱分析仪，所述气相色谱分析仪和所述气体计量计连接，所述落球粘度计的上端和所述第九阀门连接，下端和所述液相色谱分析仪连接。

优选的，本发明实施例还包括一高压氦气瓶，所述高压氦气瓶和所述气体质量流量控制器相连，用于为所述分离器内的产出气体提供氦气，对所述产出气体进行1∶1的稀释。

优选的，本发明实施例的压力传感器为多个，且均匀分布在所述细长氧化填砂盘管上。

优选的，本发明实施例的细长氧化填砂盘管由耐腐蚀材料制成，盘管内径为6mm，盘管长40m。

由于本发明实施例的实验装置采用了活油，保证了样品和地层原油一致性，使得实验结果更真实可靠，而且由于监测系统可以在驱替过程中进行压力监测，因此可以使实验人员更好地认识空气驱油机理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置的详细结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明实施例提供的一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置的结构示意图，该装置可以包括：配样注入系统110、模型系统120、PC监控系统130、产出系统140和分析系统150，其中配样注入系统110和模型系统120相连，PC监控系统130分别和模型系统120、产出系统140及分析系统相连150，产出系统140还分别和模型系统120及分析系统150相连。

配样注入系统110用于使天然气在死油中充分溶解形成活油以完成地层原油复配。模型系统120用于真实模拟实际地层空气驱替过程，PC监控系统130用于在驱替过程中进行压力监测，产出系统140用于分离出地层原油中的气体和原油，分析系统150用于完成对所述气体和原油进行分析，得到氧化速率、气体组分及原油组分结果。

由于本发明实施例的实验装置采用了活油，保证了样品和地层原油一致性，使得实验结果更真实可靠，而且由于监测系统可以在驱替过程中进行压力监测，因此可以使实验人员更好地认识空气驱油机理。

下面对上述实验装置进行进一步的描述：

如图2所示为本发明实施例提供的一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置的详细结构示意图。

在本实施例中，配样注入系统包括：高精度计量泵1、阀门2-5、死油活塞容器6、天然气活塞容器7、气体质量流量计8、配样器9、压力表10和手动泵11。

其中，高精度计量泵1通过阀门2和死油活塞容器6的上端进口连接，且通过阀门3和天然气活塞容器7的上端进口连接。死油活塞容器6的下端出口依次通过阀门4和阀门6与配样器9的上端进口连接。天然气活塞容器7的下端出口依次通过气体质量流量计8、阀门5及阀门6与配样器9的上端进口连接。手动泵11和配样器9相连，压力表10设置在手动泵11与配样器9之间。

在本实施例中，模型系统包括：高精度计量泵1、阀门12-14、地层水活塞容器15、空气活塞容器16、气体质量流量计17、六通阀18、烘箱19、细长氧化填砂盘管20、背压阀21和真空泵22。

其中，高精度计量泵1通过阀门12和地层水活塞容器15的上端进口连接，且通过阀门13和空气活塞容器16的上端进口连接。地层水活塞容器15的下端出口连接至六通阀18。空气活塞容器16的下端出口通过气体质量流量计17连接至六通阀18。细长氧化填砂盘管20垂直设置于烘箱19内，且细长氧化填砂盘管20的上端口和六通阀18连接，下端口和通过阀门14和背压阀21连接。真空泵22也和六通阀18连接。

作为本发明的一个实施例，细长氧化填砂盘管20由耐腐蚀材料制成，盘管内径为6mm，盘管长40m，工作压力为0～50MPa，工作温度为室温～200℃。在本实施例中，由于细长氧化填砂盘管20垂直放置，上端注气下端采出，最大限度的防止气窜的可能，保证了实验结果可靠性，而且由于采用了细长盘管，管长达40m之多，因此可以真实模拟驱替前缘低温氧化的特点。

在本实施例中，PC监控系统包括：压力传感器23、PC监控主机24、气体计量计25、气体质量流量控制器26。

其中，压力传感器23为多个(比如40个)，其均匀设置于细长氧化填砂盘管20上，通过数据线和PC监控主机24连接，气体计量计25和气体质量流量控制器26分别通过数据线和PC监控主机24连接。

在本实施例中，产出系统包括：带液体计量功能的分离器27和阀门28，分离器的上端进口和阀门14相连，上端出口和气体计量计25相连，阀门28设置在分离器27的下端出口处。

在本实施例中，分析系统包括：气相色谱分析仪29、落球粘度计30和液相色谱分析仪31，气相色谱分析仪29和气体计量计25连接，落球粘度计30的上端和阀门28连接，下端和液相色谱分析仪31连接。

作为本发明的一个实施例，实验装置还可以包括一高压氦气瓶32，该高压氦气瓶32和气体质量流量控制器26相连，可以为分离器27内的产出气体提供氦气，对产出气体进行1∶1的稀释，使得产出天然气中氧气含量进一步稀释到爆炸极限以下，保证了实验的安全性。

下面基于上述图2对应的实验装置对本发明实施例实验装置的工作流程进行如下介绍：

步骤1：关闭阀门4、阀门5、阀门14，打开阀门6，利用真空泵22对配样注入系统和模型系统抽真空0.1MPa。这里打开阀门6后可以将阀门4、5与阀门6之间管线内的空气也抽走，保证后续地层原油复配的正常进行。

步骤2：打开阀门2、阀门4和阀门6，通过高精度计量泵1把死油活塞容器6中一定量的死油转入配样器9中，然后再关闭阀门4。

步骤3：打开阀门3、阀门5，根据按照油田PVT测试气油比，并通过高精度计量泵1把一定量天然气由天然气活塞容器7转入配样器9中，然后再关闭阀门5和阀门6。

步骤4：设定好配样器9的温度为油藏温度，压力为油藏压力，并使配样器9充分搅拌，从而使得天然气在死油中充分溶解形成活油油样，完成地层原油复配。

步骤5：通过高精度计量泵1把地层水活塞容器15中地层水进行细长氧化填砂盘管20饱和地层水，背压阀21调整为油藏压力，通过手动泵11把配样器9中复配地层活油驱替细长氧化填砂盘管20地层水，造束缚水饱和度。

步骤6：通过高精度计量泵1利用空气活塞容器16中高压空气进行细长氧化填砂盘管20原油驱替。产出原油进入带计量功能的分离器27，产出气体由气体计量计25计量，通过PC监控主机24分析气量，并控制气体质量流量控制器26控制高压氦气瓶32的稀释氦气流量，由氦气1∶1稀释后进入气相色谱仪29进行组分分析，得到氧化速率及气体组分结果；分离原油进入落球粘度计30进行粘度测试，对于沥青质含量高的原油，应通过落球粘度计30取样后，用溶剂稀释处理去除沥青质后进入液相色谱分析仪31中分析原油组分变化，得到原油组分结果。

步骤7：定期取气样和油样分析，直到实验结束。

由于本发明实施例的实验装置采用了活油，保证了样品和地层原油一致性，使得实验结果更真实可靠，而且由于监测系统可以在驱替过程中进行压力监测，因此可以使实验人员更好地认识空气驱油机理。另外，本发明实施例的细长氧化填砂盘管垂直放置，上端注气下端采出，最大限度的防止气窜的可能，保证了实验结果可靠性，而且由于采用了管长达40m之多的细长盘管，因此可以真实模拟驱替前缘低温氧化的特点。再者，本发明实施例的压力传感器均匀分布在细长盘管上，可以更好的监测驱替实验过程中沿程压力变化特点，为空气驱替机理研究提供了手段。最后本发明实施例的产出系统采用了产出气自动稀释功能，既防止了室内活油实验产出气达到爆炸极限造成爆炸的危险，而又不影响实验结果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，其特征在于，包括：配样注入系统、模型系统、PC监控系统、产出系统和分析系统，

所述配样注入系统和所述模型系统相连，所述PC监控系统分别和所述模型系统、产出系统及分析系统相连，所述产出系统还分别和所述模型系统及所述分析系统相连；

所述配样注入系统用于使天然气在死油中充分溶解形成活油以完成地层原油复配，所述模型系统用于真实模拟实际地层空气驱替过程，所述PC监控系统用于在驱替过程中进行压力监测，所述产出系统用于分离出地层原油中的气体和原油，所述分析系统用于完成对所述气体和原油进行分析，得到氧化速率、气体组分及原油组分结果；

其中，所述模型系统包括：所述计量泵、第六阀门、第七阀门、第八阀门、地层水活塞容器、空气活塞容器、第二气体质量流量计、六通阀、烘箱、细长氧化填砂盘管、背压阀和真空泵，所述计量泵通过所述第六阀门和所述地层水活塞容器的上端进口连接，且通过所述第七阀门和所述空气活塞容器的上端进口连接；所述地层水活塞容器的下端出口连接至所述六通阀；所述空气活塞容器的下端出口通过所述第二气体质量流量计连接至所述六通阀；所述细长氧化填砂盘管设置于所述烘箱内，且所述细长氧化填砂盘管的上端口和所述六通阀连接，下端口和通过所述第八阀门和所述背压阀连接；所述真空泵也和所述六通阀连接；

所述PC监控系统包括：压力传感器、PC监控主机、气体计量计、气体质量流量控制器，所述压力传感器设置于所述细长氧化填砂盘管上，通过数据线和所述PC监控主机连接，所述气体计量计和所述气体质量流量控制器分别通过数据线和所述PC监控主机连接；

所述产出系统包括：带液体计量功能的分离器和第九阀门，所述分离器的上端进口和所述第八阀门相连，上端出口和所述气体计量计相连，所述第九阀门设置在所述分离器的下端出口处；

所述分析系统包括：气相色谱分析仪、落球粘度计和液相色谱分析仪，所述气相色谱分析仪和所述气体计量计连接，所述落球粘度计的上端和所述第九阀门连接，下端和所述液相色谱分析仪连接。

2.如权利要求1所述的轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，其特征在于，所述配样注入系统包括：计量泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、死油活塞容器、天然气活塞容器、第一气体质量流量计、配样器、压力表和手动泵，所述计量泵通过所述第一阀门和所述死油活塞容器的上端进口连接，且通过所述第二阀门和所述天然气活塞容器的上端进口连接；所述死油活塞容器的下端出口依次通过所述第三阀门和所述第五阀门与所述配样器的上端进口连接；所述天然气活塞容器的下端出口依次通过所述第一气体质量流量计、所述第四阀门及所述第五阀门与所述配样器的上端进口连接；所述手动泵和所述配样器相连，所述压力表设置在所述手动泵与所述配样器之间。

3.如权利要求1所述的轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，其特征在于，还包括一高压氦气瓶，所述高压氦气瓶和所述气体质量流量控制器相连，用于为所述分离器内的产出气体提供氦气，对所述产出气体进行1:1的稀释。

4.如权利要求1所述的轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，其特征在于，所述压力传感器为多个，且均匀分布在所述细长氧化填砂盘管上。

5.如权利要求4所述的轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置，其特征在于，所述细长氧化填砂盘管的盘管内径为6mm，盘管长40m，工作压力为0～50MPa，工作温度为室温～200℃。

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