CN104697888A - 超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，包括一高压气罐，高压气罐连接有一可视溶吸反应釜，可视溶吸反应釜上连接有数据采集记录设备，可视溶吸反应釜底部连接有超声波发生系统。该装置模拟超声波作用下二氧化碳驱油田采出液在分离器内的降压解吸过程，实验初始条件与终止条件易于控制、实验可重复性好，数据测量记录准确，超声波频率与功率组合多样化，解吸现象可视化，有利于深入研究二氧化碳在采出液中的溶解特性、解吸特性以及超声波的强化解吸作用。

Description

超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置

技术领域

本发明涉及油田地面工艺的气体解吸技术领域，尤其涉及一种超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置。

背景技术

目前，二氧化碳驱采油技术是提高原油采收率中最具潜力的方法之一，随着二氧化碳驱采油技术的不断推广与应用，二氧化碳驱采出液中气液能否高效、迅速分离成为制约该技术大规模应用的瓶颈之一，因为未能及时有效分离的采出液中含有大量二氧化碳与水，会造成采出液集输管线及设备腐蚀加剧，给油气集输生产带来了诸多难题，提高了生产运行及维护成本。

合理的气体解吸方法能够有效提高气液分离的效率，目前化工中常用的解吸方法有气提解吸、加热解吸、降压解吸以及加热减压联合解吸等。

采出液地面集输系统中的气体解吸是通过降低采出液的压力，依靠气液两相的浓度差实现的(即降压解吸法)。二氧化碳驱采出液中含有的气体有二氧化碳和常规伴生气(如甲烷)，目前二氧化碳驱采出液的气体解吸采用的技术是在接转站中设置气液两相分离器，并在分离器后加装常压缓冲罐，通过延长采出液在气液分离器内的停留时间使更多的气体解吸出来，并利用常压缓冲罐使未在分离器内分离出的二氧化碳气体逸出。该技术中凭借经验延长采出液在气液分离器内的停留时间在一定程度上增大了气体解吸量，但由于二氧化碳和常规伴生气在采出液中的溶解度和解吸特性存在很大差异，该技术中延长停留时间是有限的，因此增大的气体解吸量也是有限的，尤其在二氧化碳驱油田开发后期，采出液中气体含量较高，该技术气液分离效果明显下降。因此无法有效提高二氧化碳驱采出液中大量二氧化碳的解吸效率，无法解决管线及设备腐蚀、生产运行及维护成本高的问题。

研究发现，超声波的机械振动作用、空化作用及热效应能有效促进气体的解吸脱附，如果在采出液地面集输系统中的气体解吸过程中加以合理应用，对于气体解吸的效率提升会有很大的帮助，进而能够解决现有技术中存在的腐蚀及成本问题。因此，超声波技术在具体应用中的作用方式及功率、频率、作用时间等参数设定成为在该领域中的技术关键。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，为超声波技术在地面气液分离工艺中的应用奠定研究基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，该装置模拟超声波作用下二氧化碳驱油田采出液在分离器内的降压解吸过程，实验初始条件与终止条件易于控制、实验可重复性好，数据测量记录准确，超声波频率与功率组合多样化，解吸现象可视化，有利于深入研究二氧化碳在采出液中的溶解特性、解吸特性以及超声波的强化解吸作用。

本发明的目的是这样实现的，一种超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，包括一高压气罐，所述高压气罐连接有一可视溶吸反应釜，所述可视溶吸反应釜上连接有数据采集记录设备；所述可视溶吸反应釜底部连接有超声波发生系统。

在本发明的一较佳实施方式中，所述超声波发生系统包括超声波发生器，所述超声波发生器通过导线连接于一超声波换能器，所述超声波换能器与所述可视溶吸反应釜底部连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可视溶吸反应釜底部设置有第一法兰，所述超声波换能器通过压紧装置固定连接于所述第一法兰。

在本发明的一较佳实施方式中，所述超声波发生器为基于DDS技术的变频超声波发生器，所述超声波换能器为多组超声波换能单元组成的换能模组。

在本发明的一较佳实施方式中，所述高压气罐顶部出口连接有气罐阀门，所述气罐阀门出口依次连接有第一背压阀、压力表和第一流量计，所述第一流量计上设有第一出口和第二出口，所述第一出口连接有第一流量积压仪，所述第二出口连接有反应釜进气管；所述可视溶吸反应釜顶部设置有第二法兰，所述第二法兰上设置有第一入口、第三出口和第四出口，所述反应釜进气管密封通过所述第一入口进入所述可视溶吸反应釜内部下方，所述反应釜进气管上位于所述第二出口和所述第一入口之间设置有单向阀；所述第三出口连接有三通针型阀，所述三通针型阀上设有三通针型阀第一接口、三通针型阀第二接口和三通针型阀第三接口，所述第三出口与所述三通针型阀第一接口连接，所述三通针型阀第二接口顺序连接有压力传感器和压力显示仪，所述三通针型阀第三接口顺序连接有球阀、第二背压阀和干燥罐，所述干燥罐侧壁下方设置有干燥罐第一接口，所述第二背压阀与所述干燥罐第一接口连接，所述干燥罐顶部设置有干燥罐第二接口，所述干燥罐第二接口连接有并联的第一支路和第二支路，所述第一支路上顺序连接有第一针型阀、第二流量计和第二流量积压仪，所述第二支路上顺序连接有第二针型阀、第三流量计和第三流量积压仪，所述第一流量积压仪、第二流量积压仪和第三流量积压仪均连接于所述数据采集记录设备；所述第四出口内部密封穿设通过第一热电偶，所述第一热电偶位于所述可视溶吸反应釜外侧一端顺序连接有第一温度传感器和第一温度显示仪。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可视溶吸反应釜相对的两侧壁上对应设置有上下间隔的可视窗，所述可视溶吸反应釜外壁设置有电加热带，所述电加热带顺序连接有第二温度传感器和第二温度显示控制仪，所述电加热带外部还设置有保温层。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可视窗的数量为四个，所述可视窗材料为透明有机玻璃。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可视溶吸反应釜材质为316钢，最大承压能力是3MPa。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可视溶吸反应釜安装于一旋转支架上。

由上所述，本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置具有如下有益效果：

(1)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置能够实现承压条件下的超声波促解吸实验，该实验全程可视化，方便观察超声波对气体解吸的促进作用；

(2)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置能够连续测量并记录溶解气量以及降压解吸过程中的气体解吸速率，并且能够连续改变超声波频率与功率，得到不同频率与功率组合下的解吸特性，为研究二氧化碳在采出液中的溶解特性、解吸特性以及超声波的强化解吸作用提供准确的数据；

(3)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置能够对不同区块的二氧化碳驱采出液进行气体解吸实验，适用性强；

(4)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置结构简单，操作方便，实验初始条件与终止条件易于控制、实验可重复性好。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置结构简图。

图2：为本发明的可视溶吸反应釜及旋转支架结构简图。

图3：为本发明的超声波换能器和压紧装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置1000，包括一高压气罐1，高压气罐1内部为二氧化碳气体，高压气罐1连接有一可视溶吸反应釜2，可视溶吸反应釜2上连接有数据采集记录设备3，可视溶吸反应釜2底部连接有超声波发生系统4。在本实施方式中，超声波发生系统4包括超声波发生器41，超声波发生器41为基于DDS(Direct Digital Synthesizer直接数字式频率合成器，为现有技术)技术的变频超声波发生器，超声波发生器41通过导线连接于一超声波换能器42，超声波换能器42为多组超声波换能单元组成的换能模组，超声波发生器41预设有超声波换能器42发射的超声波功率和频率，控制超声波的作用时间，该功率和频率能够连续变化，任意组合；超声波换能器42与可视溶吸反应釜2底部连接。如图2、图3所示，在本发明的实施方式中，可视溶吸反应釜2底部设置有第一法兰21，超声波换能器42通过压紧装置421固定连接于第一法兰21，超声波换能器42位于可视溶吸反应釜2外部，防止超声波换能器42在高压条件下损坏，并避免超声波换能器42在可视溶吸反应釜2内的液体中发生漏电现象，保证实验的安全；为了减少超声波能量传递过程的损耗，第一法兰21的连接接触部分厚度应尽可能小，在本实施方式中，该部分的厚度为3mm。

在本实施方式中，如图1所示，高压气罐1顶部出口连接有气罐阀门11，气罐阀门11出口依次连接有第一背压阀12、压力表13和第一流量计14，第一流量计14上设有第一出口141和第二出口142，第一出口141连接有第一流量积压仪51，第二出口142连接有反应釜进气管15，第一背压阀12用于控制反应釜进气管15的进气流量和压力，以满足压力表13和第一流量计14的量程要求，同时有助于气体溶解于采出液中；可视溶吸反应釜2顶部设置有第二法兰22(在本实施方式中，可视溶吸反应釜2为一圆柱筒体，第一法兰21是可视溶吸反应釜2的底部密封端盖，第二法兰22是可视溶吸反应釜2的顶部密封端盖)，第二法兰22上设置有第一入口221、第三出口222和第四出口223，反应釜进气管15密封通过第一入口221进入可视溶吸反应釜2内部下方，注液后反应釜进气管15出口处于液面下方，反应釜进气管15上位于第二出口142和第一入口221之间设置有单向阀16；第三出口222连接有三通针型阀23，三通针型阀23上设有三通针型阀第一接口231、三通针型阀第二接口232和三通针型阀第三接口233，第三出口222与三通针型阀第一接口231连接，三通针型阀第二接口232顺序连接有压力传感器61和压力显示仪62，三通针型阀第三接口233顺序连接有球阀24、第二背压阀25和干燥罐7，第二背压阀25用于控制气体解吸终压，以满足不同终压条件下的气体解吸特性研究；干燥罐7侧壁下方设置有干燥罐第一接口71，第二背压阀25与干燥罐第一接口71连接，干燥罐7顶部设置有干燥罐第二接口72，干燥罐第二接口72连接有并联的第一支路721和第二支路722，干燥罐7内部设置有变色硅胶(现有技术，图中未显示)，保证进入两个支路上流量计的气体干燥，防止流量计损坏；第一支路721上顺序连接有第一针型阀7211、第二流量计7212和第二流量积压仪52，第二支路722上顺序连接有第二针型阀7221、第三流量计7222和第三流量积压仪53，第二流量积压仪52和第三流量积压仪53在实验过程中切换使用，增大气体解吸率的测量范围，在本实施方式中，第二流量积压仪52和第三流量积压仪53的量程分别为20L/min和0.5L/min；第一流量积压仪51、第二流量积压仪52和第三流量积压仪53均连接于数据采集记录设备3，在本实施方式中，数据采集记录设备3是计算机；各流量计分别与流量积压仪连接，各流量积压仪与计算机连接，实现气体解吸速率和解析量的精确计量和记录；第四出口223内部密封穿设通过第一热电偶81，第一热电偶81位于可视溶吸反应釜2外侧一端顺序连接有第一温度传感器82和第一温度显示仪83。

进一步，如图2所示，可视溶吸反应釜2相对的两侧壁上对应设置有上下间隔的可视窗26，可视窗26的数量为4个，可视窗26材料为透明有机玻璃，透过可视窗26可以清晰观察气体解吸过程中气泡的生成与上升过程。如图1所示，可视溶吸反应釜2外壁设置有电加热带27，电加热带27顺序连接有第二温度传感器84和第二温度显示控制仪85，电加热带27外部设置有保温层28。第一电偶81位于可视溶吸反应釜2内部，通过第一温度传感器82将可视溶吸反应釜2内部温度显示在第一温度显示仪83上，第二温度显示控制仪85通过第二温度传感器84控制电加热带27的温度，并显示其温度。

为满足气液分离所要求的承压要求，在本实施方式中，可视溶吸反应釜2材质为316钢，最大承压能力是3MPa。

如图1、图2所示，为了实现可视溶吸反应釜2的360°旋转，便于清洗可视溶吸反应釜2内部空间和安装超声波换能器42，可视溶吸反应釜2安装于旋转支架9上，为了便于移动，旋转支架9底部安装有万向轮91。

采用本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置1000的实验步骤如下：

(1)检查装置：

检查本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置1000是否处于正常工作状态，包括：超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置1000的气密性检验，第一温度传感器82、第二温度传感器84采集数据是否稳定、准确，第一温度显示仪83、第二温度显示控制仪85工作是否正常，电加热带27是否完好并能正常工作，各流量计是否正常工作，压力显示仪62、各流量积压仪和计算机是否工作正常，各阀门是否按要求开关。

(2)实验介质的预处理：

将实验所需的采出液按预定体积准备好，预先加热至实验温度，经导流管(现有技术，图中未示出)注入可视溶吸反应釜2，避免液体飞溅至可视窗26而影响观察实验现象，然后固定可视溶吸反应釜2顶部的第二法兰22，设定第二温度显示控制仪85，将采出液温度加热至预定温度。

(3)通气加压：

依次打开单向阀16、第一背压阀12和气罐阀门11，将二氧化碳气体缓慢注入可视溶吸反应釜2，待压力显示仪62上显示的压力到达预定值，停止通气，依次关闭气罐阀门11、第一背压阀12和单向阀16。同时，记录保存相关实验数据。

(4)静置：

在预定温度下，静置一定时间，待可视溶吸反应釜2内压力不再变化，认为溶解达到平衡状态。

(5)降压解吸：

溶解平衡后，将三通针型阀23全开，然后缓慢打开球阀24，同时观察记录可视溶吸反应釜2内液面现象，待液面开始有气泡产生时，认为可视溶吸反应釜2内气体空间的气体基本排出，解吸开始，瞬间将球阀24全开，同时打开超声波发生器41，进行降压解吸，同时记录超声波频率和功率。待第二流量计7212瞬间流量小于0.5L/min时，同时打开第三流量计7222，待第三流量计7222示数小于10ml/min时，认为实验结束，整个过程的解吸速率与解吸量由数据采集与记录系统进行记录。

(6)记录气液界面：

随着解吸的进行，采出液内产生气泡并逐渐变化，此时通过可视窗26观察或用相机拍摄记录变化过程，用于对比解吸的剧烈程度。

(7)重复(3)至(6)实验步骤，研究在不同初压、不同终压、不同压差以及不同温度下，未加超声波、不同频率与功率组合超声波作用下的解吸特性，深入研究超声波对二氧化碳驱油田采出液解吸特性的影响。

由上所述，本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置具有如下有益效果：

(1)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置能够实现承压条件下的超声波促解吸实验，该实验全程可视化，方便观察超声波对气体解吸的促进作用；

(2)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置能够连续测量并记录溶解气量以及降压解吸过程中的气体解吸速率，并且能够连续改变超声波频率与功率，得到不同频率与功率组合下的解吸特性，为研究二氧化碳在采出液中的溶解特性、解吸特性以及超声波的强化解吸作用提供准确的数据；

(3)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置能够对不同区块的二氧化碳驱采出液进行气体解吸实验，适用性强；

(4)本发明的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置结构简单，操作方便，实验初始条件与终止条件易于控制、实验可重复性好。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，包括一高压气罐，所述高压气罐连接有一可视溶吸反应釜，所述可视溶吸反应釜上连接有数据采集记录设备；其特征在于：所述可视溶吸反应釜底部连接有超声波发生系统。

2.如权利要求1所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述超声波发生系统包括超声波发生器，所述超声波发生器通过导线连接于一超声波换能器，所述超声波换能器与所述可视溶吸反应釜底部连接。

3.如权利要求2所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述可视溶吸反应釜底部设置有第一法兰，所述超声波换能器通过压紧装置固定连接于所述第一法兰。

4.如权利要求2所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述超声波发生器为基于DDS技术的变频超声波发生器，所述超声波换能器为多组超声波换能单元组成的换能模组。

5.如权利要求1所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述高压气罐顶部出口连接有气罐阀门，所述气罐阀门出口依次连接有第一背压阀、压力表和第一流量计，所述第一流量计上设有第一出口和第二出口，所述第一出口连接有第一流量积压仪，所述第二出口连接有反应釜进气管；所述可视溶吸反应釜顶部设置有第二法兰，所述第二法兰上设置有第一入口、第三出口和第四出口，所述反应釜进气管密封通过所述第一入口进入所述可视溶吸反应釜内部下方，所述反应釜进气管上位于所述第二出口和所述第一入口之间设置有单向阀；所述第三出口连接有三通针型阀，所述三通针型阀上设有三通针型阀第一接口、三通针型阀第二接口和三通针型阀第三接口，所述第三出口与所述三通针型阀第一接口连接，所述三通针型阀第二接口顺序连接有压力传感器和压力显示仪，所述三通针型阀第三接口顺序连接有球阀、第二背压阀和干燥罐，所述干燥罐侧壁下方设置有干燥罐第一接口，所述第二背压阀与所述干燥罐第一接口连接，所述干燥罐顶部设置有干燥罐第二接口，所述干燥罐第二接口连接有并联的第一支路和第二支路，所述第一支路上顺序连接有第一针型阀、第二流量计和第二流量积压仪，所述第二支路上顺序连接有第二针型阀、第三流量计和第三流量积压仪，所述第一流量积压仪、第二流量积压仪和第三流量积压仪均连接于所述数据采集记录设备；所述第四出口内部密封穿设通过第一热电偶，所述第一热电偶位于所述可视溶吸反应釜外侧一端顺序连接有第一温度传感器和第一温度显示仪。

6.如权利要求1所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述可视溶吸反应釜相对的两侧壁上对应设置有上下间隔的可视窗，所述可视溶吸反应釜外壁设置有电加热带，所述电加热带顺序连接有第二温度传感器和第二温度显示控制仪，所述电加热带外部还设置有保温层。

7.如权利要求6所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述可视窗的数量为四个，所述可视窗材料为透明有机玻璃。

8.如权利要求1所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述可视溶吸反应釜材质为316钢，最大承压能力是3MPa。

9.如权利要求1所述的超声波促进二氧化碳驱采出液气体解吸实验装置，其特征在于：所述可视溶吸反应釜安装于一旋转支架上。