CN102500306A - 一种微波稠油降粘实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于模拟微波在地层中对稠油的降粘过程，从而评价微波降粘效果的微波稠油降粘实验装置。它通过改变微波频率、功率、作用时间等因素评价微波热效应效果。其技术方案：该实验装置由微波发射单元、模拟地层高压实验仓组成，将变压器、高压二极管、电容器和频率可调磁控管依次串联，再连接波导管，出口连接固定螺母，其前端旋紧耐高温高压蓝宝石玻璃并密封；耐高温高压釜体外侧包裹加热套，内侧设置硅橡胶吸波筒，前端和尾部装有针式截止阀，釜体上部和下部装有温度传感器和压力传感器；釜体安有支承架固定，硅橡胶吸波筒内腔为实验仓。本装置能够准确模拟在高温高压的下微波对稠油降粘的过程，经济实用、操作简单，用于稠油降粘研究。

Description

一种微波稠油降粘实验装置

技术领域

本发明涉及一种用于模拟微波在地层中微波对稠油的降粘过程，从而评价微波降粘效果的微波稠油降粘实验装置。

背景技术

稠油亦称重质原油或高粘原油，随着较轻原油资源的逐渐减少，不得不开始开采一些较难开采的重质油，因此在世界石油产量中重质油的份额正在逐步的增大，近年来，我国也在加速稠油的开发，目前稠油产量已占到全国石油年产量的十分之一左右。

稠油的黏度高、流动性差成为制约稠油开采和集输的主要问题，稠油的黏度对温度的敏感性使得加热成为稠油开采和集输的主要方法，但由于稠油的导热性差，常规以传导为主要传热方式的加热方法往往效率低、速度慢。我国稠油油田开采稠油的主要方式为：蒸汽吞吐和蒸汽驱替技术，对于蒸汽吞吐而言，蒸汽注入地层冷却变成水，在采油中不能将水全部排出，将部分水留在地层中再次注入水蒸气，除地层散热外，不得不加热这些地层水，使蒸汽热量用于稠油加热的有效利用率降低，这样仅仅只是几个循环，注入的蒸汽就已经很难达到热采油层的效果了，另外由于沿注入管线的热损耗，使得注入蒸汽注入地层的干度大大降低，因此在一般的情况下，蒸汽吞吐仅适用于埋深不超过1200m的稠油油藏的开发，蒸汽驱除要求蒸汽的干度高外，还要求地层的孔隙度好、连通性好，且注入井和采油井距离较小，由于注蒸汽开采工艺存在局限性，从而使我国目前的稠油采收率最高只能到30%左右。

在二十世纪五十年代，人们开始将微波能应用于石油工业领域，微波是频率大约在300 MHz—300 GHz、波长在100 cm—1 mm范围内的电磁波。微波作用于介电材料时会产生两种效应:热效应和非热效应，热效应是由于微波会对介电材料产生电了或原了极化、界面及偶极转向极化，造成介质损耗从而将损耗能转变成热能，因微波作用是介质内外部同时吸收微波能量，是一种体加热，这也区别于传统意义上由外及单传热的加热方式。在微波开采稠油的过程中，将微波能量辐射到油层中，微波在油层中传播时，由于岩石骨架对微波的损耗较小，大部分能量被最靠近微波源处油层岩石孔隙中的油和束缚水吸收，油温和水温升高，油的黏度降低，在一定情况下，油中的气体和轻烃挥发出来，由于束缚水对微波的吸收远比稠油大，束缚水很快蒸发，增加了地层的压力，便于稠油的开采，随着这部分被加热的稠油的开采，这一加热区域的介电损耗逐渐减小，微波的集肤深度增加，微波能逐渐向更远的地层传播；而非热效应是在微波作用下，反应体系在低温状态下的产率或反应速度等同或优于常规加热状态，稠油是准塑性流型的流体，在微波作用下会发生非热效应化学裂解反应。原因是微波对稠油辐射后，在一定的条件下，能引起微波化学意义上的化学变化，高频微波给极性胶质沥青质分子提供了一个额外的转动矩，使其作旋转运动，目微波的频率接近分子的转动频率，使处于微波场中的烃类大分子发生共振产生剪应力，该剪应力会使发生分了键断裂，使大分子烃链断裂成小分子烃链，引起化学分子结构的变化，从而使得稠油中胶质沥青质含量减小，降低稠油粘度，改善了稠油流动性，且稠油粘度在低温下不反弹，微波加热稠油具有效率高、速度快的特点，更重要的是微波加热处理改变了稠油的化学组分，不可逆地改善了稠油的流变性。

目前，实验室微波稠油降粘过程的实验装置很少，且大部分都不能都进行高温高压的地层模拟实验，为了更好的研究微波稠油降粘过程中热效应对稠油降粘的影响，为微波稠油开采现场提供科学的依据和必要的实验数据，迫切需要一种能够准确模拟在地层条件下微波对稠油降粘的作用的实验装置。

发明内容

本发明的目的是：为模拟在地层条件下微波对稠油降粘的过程，通过改变微波频率、功率、作用时间等因素评价微波热效应效果，优选经济可行的方案，为微波稠油开采现场提供科学的依据和必要的实验数据，特提供一种微波稠油降粘实验装置。

为达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：一种微波稠油降粘实验装置，由微波发射单元、模拟地层高压实验仓两大部分构成，其主要构思是：微波发射单元主要包括相互电连接的频率可调磁控管，变压器、电容、高压二极管、微波导管及其它部件，变压器、高压二极管和电容器将民用电从220V提升到3,000V以上，通过导线将高压电送往磁控管，磁控管产生微波，微波由天线送出，经由微波导管透过耐高温、高压蓝宝石玻璃进入模拟地层高压实验仓；模拟地层高压实验仓主要由耐高温高压釜体、高压容器O型密封圈、蓝宝石玻璃窗、容器后盖构成密封系统，加热套用于给耐高温高压釜体加热模拟地层温度、硅橡胶吸波筒内置于耐高温高压釜体内侧用于吸收微波，防止微波反射对实验造成误差、压力传感器、温度传感器完成对实验仓内温度压力进行实时监测，尾部针式截止阀为加压气体入口。

一种微波稠油降粘实验装置，由微波发射单元、模拟地层高压实验仓两部分组成，其结构特征是: 微波发射单元是将变压器、高压二极管、电容器和频率可调磁控管依次用导线串联电连接，频率可调磁控管天线连接波导管，波导管出口连接环形固定螺母接口，环形固定螺母在前端旋紧固定耐高温高压蓝宝石玻璃，耐高温高压蓝宝石玻璃后端由第二高压容器O型密封圈及耐高温高压釜体前端挡板密封，整个微波发射单元安装有微波发射单元金属外罩固定；模拟地层高压实验仓实在耐高温高压釜体外侧包裹加热套，耐高温高压釜体内侧放置半径略小的硅橡胶吸波筒，在耐高温高压釜体前端装有前端针式截止阀、尾部装有尾部针式截止阀，耐高温高压釜体上端等距离分布9个温度传感器，下端装有1个压力传感器，9个温度传感器和一个压力传感器分别用信号线与电脑相联接；耐高温高压釜体下部安有支承架固定，耐高温高压釜体尾部由第一高压容器O型密封圈与容器后盖密封，容器后盖上安装尾部针式截止阀，硅橡胶吸波筒内腔为实验仓。

本发明装置的工作过程是:将装置容器后盖朝上侧放在地上，卸下容器后盖，将稠油按比例混合细沙后装入实验仓内用细木棍捣实，直至装满整个实验仓，旋紧容器后盖，将装置水平放置在实验台上，关闭前端针式截止阀、打开尾部针式截止阀缓慢注入高压N₂，同时密切注意通过压力传感器测得的压力读数，待压力达到实验地层压力后停止注入，关闭尾部针式截止阀，打开加热开关，加热到实验地层温度，观察压力变化，通过开关尾部针式截止阀始终保持实验地层压力；打开微波发射单元开关，实时监测各温度传感器变化值，通过改变微波频率、功率、作用时间等因素评价热效应效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:（1）能够准确模拟在高温、高压的地层条件下微波对稠油降粘的过程；（2）能够方便的改变微波频率、功率、作用时间等变量；（3）经济实用、操作简单。

附图说明

图1为本发明一种微波稠油降粘实验装置结构示意图； 

图中:1、变压器，2、高压二极管，3、电容，4、频率可调磁控管，5、波导管，6、支承架，7、压力传感器，8、加热套，9、耐高温高压釜体，10、硅橡胶吸波筒，11、第一高压容器O型密封圈，12、容器后盖，13、尾部针式截止阀，14、微波发射单元金属外罩，15、环形固定螺母，16、耐高温高压蓝宝石玻璃，17、前端针式截止阀，18、温度传感器a，19、温度传感器b，20、温度传感器c，21、温度传感器d，22、温度传感器e，23、温度传感器f，24、温度传感器g，25、温度传感器h，26、温度传感器i，27、第二高压容器O型密封圈，28、耐高温高压釜体前端挡板，29、试验仓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种微波稠油降粘实验装置，其结构特征是: 变压器1、高压二极管2、电容器3和频率可调磁控管4用导线串联电连接，频率可调磁控管4的天线连接波导管5，波导管5的出口连接环形固定螺母15接口，环形固定螺母15在前端旋紧固定耐高温高压蓝宝石玻璃16，耐高温高压蓝宝石玻璃16后端由第二高压容器O型密封圈27及耐高温高压釜体前端挡板28密封；耐高温高压釜体9外侧包裹加热套8，耐高温高压釜体9内侧设置半径略小的硅橡胶吸波筒10，在耐高温高压釜体9前端装有前端针式截止阀17、尾部装有尾部针式截止阀13，耐高温高压釜体9上端等距离安装9个温度传感器18-26，下端装有1个压力传感器7，温度传感器18-26、压力传感器7分别与电脑相联，耐高温高压釜体9下部由支承架6支承固定，耐高温高压釜体9尾部由第一高压容器O型密封圈11与容器后盖12密封，容器后盖12上安装尾部针式截止阀13。

实验时，将装置容器后盖12朝上侧放在地上，卸下容器后盖12，将稠油按比例混合细沙后装入实验仓29内用细木棍捣实，直至装满整个实验仓29，旋紧容器后盖12，以支承架6为底面，将装置水平放置在实验台上，关闭前端针式截止阀17、打开尾部针式截止阀13缓慢注入高压N₂，同时密切注意通过压力传感器7测得的压力读数，待压力达到实验地层压力后停止注入，关闭尾部针式截止阀13，打开加热开关，加热到实验地层温度，观察压力变化，通过开关尾部针式截止阀13始终保持实验地层压力；打开微波发射单元开关，实时监测各温度传感器18-26变化值，通过改变微波频率、功率、作用时间等因素评价热效应效果。

Claims (1)

1.一种微波稠油降粘实验装置，由微波发射单元、模拟地层高压实验仓两大部分组成，其特征是：微波发射单元是将变压器（1）、高压二极管（2）、电容器（3）和频率可调磁控管（4）依次用导线串联电连接，频率可调磁控管（4）天线连接波导管（5），波导管（5）的出口连接环形固定螺母（15）接口，环形固定螺母（15）在前端旋紧固定耐高温高压蓝宝石玻璃（16），耐高温高压蓝宝石玻璃（16）后端由第二高压容器O型密封圈（27）及耐高温高压釜体前端挡板（28）密封，整个微波发射单元安装有微波发射单元金属外罩（14）固定；模拟地层高压实验仓是在耐高温高压釜体（9）外侧包裹加热套（8），耐高温高压釜体（9）内侧放置半径略小的硅橡胶吸波筒（10），在耐高温高压釜体（9）前端装有前端针式截止阀（17）、耐高温高压釜体（9）的尾部装有尾部针式截止阀（13），耐高温高压釜体（9）上端等距离分布9个温度传感器，即温度传感器a（18）、温度传感器b（19）、温度传感器c（20）、温度传感器d（21）、温度传感器e（22）、温度传感器f（23）、温度传感器g（24）、温度传感器h（25）、温度传感器i（26），耐高温高压釜体（9）下端安装有1个压力传感器（7），9个温度传感器和一个压力传感器分别用信号线与电脑相联接；耐高温高压釜体（9）下部安有支承架（6）固定，耐高温高压釜体（9）尾部安装有第一高压容器O型密封圈（11）与容器后盖（12）密封，容器后盖（12）上安装尾部针式截止阀（13），硅橡胶吸波筒（10）内腔为实验仓（29）。