CN104747153A - 一种模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，主要包括流体注入装置、填砂管模型装置、流体采出装置和数据测量装置；流体注入装置，向模拟管中同时注入表面活性剂和蒸汽，并采用所述温度、压力控制蒸汽的发生条件；流体采出装置，通过电加热的方式，把连接管和分离器管道的温度维持在50℃左右，用氮气和回压控制器来控制管出口压力，维持在0.7MPa，冷凝器用水冷凝装置进行冷凝；数据测量装置，通过数据采集部件将必要的数据每隔30s记录到文件中。用于提高原油采收率的研究工作，添加表面活性剂从而提高原油采收率；在装置中设置两种填砂模型，垂直管特点是能够排除蒸汽超覆对实验的影响，能够较好的还原实际地层的情况。

Description

一种模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置

技术领域

    本发明涉及石油工程和工艺技术领域，具体涉及一种用于模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置。

背景技术

在蒸汽注入的时候加入一些表面活性化学剂是一种较为普遍的提高稠油油藏采收率的方法，目的是为了能够开采油藏中剩余的残余油。已经证明，在水驱之后，可以通过注蒸汽表活剂的方法来增加原油的波及体积，同时也能够降低地层中油和水的界面张力。因而有必要对该方面进行深入的研究。物理模拟是常见有效的实验手段之一。在装置中，使用垂直管能够很好的排除蒸汽超覆的影响，可对比实验中蒸汽驱的采收率。

发明内容

    为了给蒸汽表面活性剂驱提供稠油油藏研究工作的实验条件，本发明设计了一种用于模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，用于模拟地层注入蒸汽的同时，添加一些表面活性剂，或者其它化学剂如聚合物、碱、泡沫剂等，进而研究提高稠油或沥青采收率的方法和实验装置。

本发明采用的技术方案是：一种用于模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，主要包括流体注入装置、填砂管模型装置、流体采出装置和数据测量装置；所述的流体注入装置包括三部分，第一部分：储水罐连接泵体A，且两者之间设有阀门A，所述的泵体A连接质量流量计A，质量流量计A连接回压调节器A，回压调节器A连接蒸汽发生装置，且回压调节器A与蒸汽发生装置之间设有压力表A，蒸汽发生装置连接填砂管模型装置，且蒸汽发生装置与填砂管模型装置设有阀门B和温度控制器A；第二部分：泵体B连接活塞容器A，且泵体B与活塞容器A之间设有阀门C，活塞容器A连接质量流量计B，且活塞容器A与质量流量计B之间设有阀门D，质量流量计B连接填砂管模型装置；第三部分：泵体C连接活塞容器B，且泵体C与活塞容器B之间设有阀门E，活塞容器B连接填砂管模型装置，且活塞容器B与填砂管模型装置之间设有阀门F；填砂管模型装置内部设有带式加热器，外部设有真空包壳，真空包壳连接真空泵，且真空包壳与真空泵之间设有压力表B，真空包壳还连接温度控制器B；流体采出装置包括三个分离器，第一分离器的一端连接阀门G，另一端连接填砂管模型装置,，第一分离器与填砂管模型装置之间设有阀门N，第二分离器与第一分离器之间设有阀门H，第二分离器连接量筒，且第二分离器与量筒之间设有阀门I，第二分离器连接填砂管模型装置；第三分离器通过回压调节器B、干燥器、阀门J、压力表C和回压调节器C与填砂管模型装置连接，第三分离器通过阀门K，回压调节器D和压力表D连接氮气罐，氮气罐上设有阀门L，第三分离器上设有阀门M；第一分离器、第二分离器和第三分离器均连接冷凝器；数据测量装置包括压力表A、压力表B、压力表C、温度控制器A、温度控制器B、压力传感器和数据纪录仪，压力表A、压力表B、压力表C、温度控制器A、温度控制器B、压力传感器均与数据纪录仪连接。

所述的带式加热器为钢制的带式加热器，且至少设有5个。

所述的填砂管模型装置的进口端和出口端及第一个分离器进口用加热带缠绕。

    所述的填砂管模型装置中带式加热器存在两个类型的结构，一个是水平带式加热器，另外一个是垂直带式加热器。

    所述的填砂管模型装置的水平带式加热器中分布热电偶，垂直带式加热器中分布热电偶，水平带式加热器和垂直带式加热器中的热电偶套管的底部和热电偶管的最底部用钢丝网缠绕。

本发明的有益效果：本装置可以分别用于蒸汽驱、蒸汽表面活性剂驱，同时可以注入非凝性气体，研究对原油采收率的影响，装置中的填砂管模型装置有两种，垂直管可以防止蒸汽超覆对原油采收率的影响。

附图说明

图1为模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置总体结构组成示意图。

图2垂直带式加热器及其内部热电偶分布示意图。

图3水平带式加热器及其内部热电偶分布示意图。

图中：1、储水罐，2、阀门A，3、泵体A，4、质量流量计A，5、回压调节器A，6、压力表A，7、蒸汽发生装置，8、阀门B，9、压力传感器，10、泵体B，11、阀门C，12、活塞容器A，13、阀门D，14、质量流量计B，15、温度控制器A，16、阀门F，17、活塞容器B，18、阀门E，19、泵体C，20、温度控制器B，21、压力表B，22、真空泵，23、阀门N，24、第一分离器，25、第二分离器，26、阀门H，27、阀门G，28、阀门I，29、量筒，30、回压调节器C，31、压力表C，32、阀门J，33、干燥器，34、回压调节器B，35、阀门K，36、回压调节器D，37、压力表D，38、阀门L，39、冷凝器，40、第三分离器，41、氮气罐，42、阀门M，43、真空包壳，44、带式加热器，45、填砂管模型装置，46、数据纪录仪。

具体实施方式

本发明的实施实例如图1所示，该模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置主要包括流体注入装置、填砂管模型装置、流体采出装置和数据测量装置；所述的流体注入装置包括三部分，第一部分：储水罐1连接泵体A3，且两者之间设有阀门A2，所述的泵体A3连接质量流量计A4，质量流量计A4连接回压调节器A5，回压调节器A5连接蒸汽发生装置7，且回压调节器A5与蒸汽发生装置7之间设有压力表A6，蒸汽发生装置7连接填砂管模型装置45，且蒸汽发生装置7与填砂管模型装置45设有阀门B8和温度控制器A15；第二部分：泵体B10连接活塞容器A12，且泵体B10与活塞容器A12之间设有阀门C11，活塞容器A12连接质量流量计B14，且活塞容器A12与质量流量计B14之间设有阀门D13，质量流量计B14连接填砂管模型装置45；第三部分：泵体C19连接活塞容器B17，且泵体C19与活塞容器B17之间设有阀门E18，活塞容器B17连接填砂管模型装置45，且活塞容器B17与填砂管模型装置45之间设有阀门F16；填砂管模型装置45内部设有带式加热器44，外部设有真空包壳43，真空包壳43连接真空泵22，且真空包壳43与真空泵22之间设有压力表B21，真空包壳43还连接温度控制器B20；流体采出装置包括三个分离器，第一分离器24的一端连接阀门G27，另一端连接填砂管模型装置45,，第一分离器24与填砂管模型装置45之间设有阀门N23，第二分离器25与第一分离器24之间设有阀门H26，第二分离器45连接量筒29，且第二分离器25与量筒29之间设有阀门I28，第二分离器25连接填砂管模型装置45；第三分离器40通过回压调节器B34、干燥器33、阀门J32、压力表C31和回压调节器C30与填砂管模型装置45连接，第三分离器40通过阀门K35，回压调节器D36和压力表D37连接氮气罐41，氮气罐41上设有阀门L38，第三分离器40上设有阀门M42；第一分离器24、第二分离器25和第三分离器40均连接冷凝器39；数据测量装置包括压力表A6、压力表B21、压力表C31、温度控制器A15、温度控制器B20、压力传感器9和数据纪录仪46，压力表A6、压力表B21、压力表C31、温度控制器A15、温度控制器B20、压力传感器9均与数据纪录仪连接46。所述的带式加热器44为钢制的带式加热器，且至少设有5个，所述的真空包壳43为不锈钢圆筒，这样可以能够很好的隔热，防止热量的散失。所述的填砂管模型装置45的进口端和出口端及第一个分离器进口用加热带缠绕。所述的填砂管模型装置45中带式加热器44存在两个类型的结构，一个是水平带式加热器，另外一个是垂直带式加热器。所述的填砂管模型装置45的水平带式加热器中分布热电偶，分布位置如图3；水平管规格：长度134cm，内直径是3.43cm，垂直带式加热器中分布热电偶，分布位置如图2。垂直管规格：长度80cm，内直径是8.6cm，水平带式加热器和垂直带式加热器中的热电偶套管的底部和热电偶管的最底部用钢丝网缠绕。

流体注入装置中，蒸汽发生装置7和表面活性剂溶液的活塞容器A12共同注入；所述的蒸汽发生装置7中，打开阀门A2，注入水通过泵体A3驱替，由质量流量计A4控制注入的速率，再经回压调节器A5、压力表A6注入到蒸汽发生装置7中，蒸汽经过阀门B8注入到填砂管模型装置45当中；所述的表面活性剂溶液通过泵体B10驱替，打开阀门C11和阀门D13，经由质量流量计B14注入到填砂模型当中；所述的流体注入装置还包括气体（CO₂、N₂等）注入装置，通过泵体C19驱替活塞容器B17，打开阀门F16和阀门E18，注入到填砂管模型装置45当中；填砂管模型装置45置于真空包壳43之中，位于真空包壳43和填砂管模型装置45之间的圆环用真空泵22抽真空处理，真空能够减少在蒸汽注入过程中的热量损失，同时用压力表B21观察压力数据，通过真空夹套温度控制器观察温度；真空包壳43配备了带式加热器44，这样就可以在把温度加热到所预期的地层温度；使用了数据记录仪和个人电脑，每隔30秒中就会往文件中记录一次参数数据，会记录蒸汽注入压力、蒸汽注入温度、管出口压力、管内剖面温度和水泵的速率。

本发明实验装置方法，在实验开始之前，所有的部件都需要彻底地清洗，以清除任何存在的砂颗粒和油迹。压力传感器9、泵体、压力表和数据记录部件都要经过检查和校准。

第二个实验步骤是制备油砂混合物。在实验中所用的原油是脱水后原油。100~200目尺寸的干净砂子、水和油的质量比都要预先确定。而后，把这些成分都全部放到机械搅拌器中，搅拌均匀。然后型砂在夯实之后放入，直到管道填满。管道在装满前和装满后的质量都要测量。两者只差就可以计算出孔隙体积，流体和填砂量，以及饱和度。底部的柱头固定在注入管道的法兰上。管道是放到真空包壳43中的。管道的入口位置连接到蒸汽发生器上，且在其出口的位置连接到分离器上。把氮气充满整个系统，测试压力要达到1.0MPa。真空包壳43通过抽真空来检验是不是漏气。真空包壳43的温度提前设定好，过夜，以保证之后仍能够维持在储罐所需的温度（50℃）。在管和包壳之间的连接管抽真空，这样就可以在注入蒸汽的时候减少热量损失。为了进一步防止热散失，把一个电加热带缠绕到连接在填砂管模型装置45上。另一个电加热带同样也缠绕到第一个分离器24上。

用泵体A3把水送入到蒸汽发生装置7中，速率是恒定的（5.50 mL/min 或 4.0mL/min），这可以经过质量流量计A4调控。当蒸汽发生装置7的温度和压力到达200℃、0.7MPa的时候，就可以向填砂管模型装置45中注入。蒸汽注入温度可以用温度控制器A15来控制。

在填砂管模型装置45出口的开采压力是经过回压调节器D36的来供应氮气来调节。

表面活性剂的注入：注入的速率恒定，设定在2.5mL/min 或 1.0 mL/min。表活剂溶液（3.0%）随着蒸汽直接注入到填砂管模型装置45中，从第二分离器25中周期采样，分离的样品是在2000rpm的转速下离心35min，这样可以确保油和水能够分离进而能恰当地对采出体积进行测量。两份油的密度和粘度用安东帕DMA 4100密度计和Haake RS6000流变仪进行测量。

    水的流速、注入的压力、注入的温度、产出液压力和管道温度都通过数据记录仪记录了下来。在运行的时候，数据记录仪会实时的把记录到的数据显示在计算机显示器上，进而能够调控实验条件。

Claims (5)

1.一种模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，其特征在于：主要包括流体注入装置、填砂管模型装置、流体采出装置和数据测量装置；所述的流体注入装置包括三部分，第一部分：储水罐连接泵体A，且两者之间设有阀门A，所述的泵体A连接质量流量计A，质量流量计A连接回压调节器A，回压调节器A连接蒸汽发生装置，且回压调节器A与蒸汽发生装置之间设有压力表A，蒸汽发生装置连接填砂管模型装置，且蒸汽发生装置与填砂管模型装置设有阀门B和温度控制器A；第二部分：泵体B连接活塞容器A，且泵体B与活塞容器A之间设有阀门C，活塞容器A连接质量流量计B，且活塞容器A与质量流量计B之间设有阀门D，质量流量计B连接填砂管模型装置；第三部分：泵体C连接活塞容器B，且泵体C与活塞容器B之间设有阀门E，活塞容器B连接填砂管模型装置，且活塞容器B与填砂管模型装置之间设有阀门F；填砂管模型装置内部设有带式加热器，外部设有真空包壳，真空包壳连接真空泵，且真空包壳与真空泵之间设有压力表B，真空包壳还连接温度控制器B；流体采出装置包括三个分离器，第一分离器的一端连接阀门G，另一端连接填砂管模型装置,，第一分离器与填砂管模型装置之间设有阀门N，第二分离器与第一分离器之间设有阀门H，第二分离器连接量筒，且第二分离器与量筒之间设有阀门I，第二分离器连接填砂管模型装置；第三分离器通过回压调节器B、干燥器、阀门J、压力表C和回压调节器C与填砂管模型装置连接，第三分离器通过阀门K，回压调节器D和压力表D连接氮气罐，氮气罐上设有阀门L，第三分离器上设有阀门M；第一分离器、第二分离器和第三分离器均连接冷凝器；数据测量装置包括压力表A、压力表B、压力表C、温度控制器A、温度控制器B、压力传感器和数据纪录仪，压力表A、压力表B、压力表C、温度控制器A、温度控制器B、压力传感器均与数据纪录仪连接。

2.根据权利要求1所述的模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，其特征在于：所述的带式加热器为钢制的带式加热器，且至少设有5个。

3. 根据权利要求1所述的模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，其特征在于：所述的填砂管模型装置的进口端和出口端及第一个分离器进口用加热带缠绕。

4. 根据权利要求1所述的模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，其特征在于：所述的填砂管模型装置中带式加热器存在两个类型的结构，一个是水平带式加热器，另外一个是垂直带式加热器。

5. 根据权利要求4所述的模拟化学辅助蒸汽驱的一维模型装置，其特征在于：所述的填砂管模型装置的水平带式加热器中分布热电偶，垂直带式加热器中分布热电偶，水平带式加热器和垂直带式加热器中的热电偶套管的底部和热电偶管的最底部用钢丝网缠绕。