CN105044312B - 高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，所述的装置包括模型主体、摆动控制系统、温度控制系统和电路保护系统，所述的模型主体上设有空气注入口、环压口、热电偶接口、接线柱、采出口、金属套和热电偶，所述的空气注入口内设有点火器，所述的模型主体内设有环形空间连通至环压口，所述的金属套外设置有补偿加热片，所述的热电偶分别插入金属套内，所述的金属套内装有试样，所述的热电偶通过热电偶接口接出。本发明通过原油与空气的低温氧化反应、高温氧化动态或燃烧驱替实验提高原油采收率，克服了现有实验装置存在热量散失等缺点，通过快速温度补偿功能对实验环境同步升温，达到绝热的实验条件。

Description

高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置

技术领域

本发明涉及一种高温高压热跟踪补偿绝热氧化实验装置，尤其涉及一种模拟油藏注空气原油氧化实验的高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置。

背景技术

近年来，油藏注空气已经被证明是一种行之有效且极具潜力的提高原油采收率的技术。注空气技术能否有效实施，关键在于氧气是否能和地层原油充分发生氧化反应。因此，研究原油在空气中的氧化反应有很大意义。

国内外对于研发原油氧化装置和驱替装置开展了工作并取得一些成果，如：轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置(申请号：201110148934.6)，模拟地层驱替装置(申请号：200420020302.5)等。目前可用于大尺度研究原油氧化的设备主要有恒温可控氧化反应器和高压升温反应器。恒温可控反应器只能在恒定温度下研究静态原油氧化反应，主要存在以下不足：(1)不能模拟空气动态驱替原油过程；(2)反应器不能绝热，氧化反应释放的热量会快速传递到周围环境，热量难以聚集，因此很难监测到反应过程中温度的变化情况，而明确反应过程中温度的变化对认识原油氧化反应模式及反应条件有重要意义；(3)由于反应器热量损失严重，因此不能实现连续的氧化反应。

高压升温反应器可以用于模拟动态驱替过程，但主要是借助外部加热升温，观察原油在升温条件下的氧化反应过程，这和原油在油藏中实际的氧化反应有着本质的不同。因此，现有的实验设备不能够在绝热条件下模拟油藏注空气的动态氧化驱替过程。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种结构简单、温度自动补偿、补偿温度精度高、耐温耐压、工作稳定的高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置；本发明提供的装置，可以在绝热条件下进行静态氧化实验，也可以进行动态氧化驱替实验，在驱替实验中，可采用填砂物理模拟实验，也可以固结压实岩心物理模拟实验。

本发明的技术方案是：

一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，其特征在于：包括模型主体、摆动控制系统、温度控制系统和电路保护系统，所述的模型主体上设有空气注入口、环压口、热电偶接口、接线柱、采出口、金属套、热电偶、堵头一、压实堵头和隔热件，所述空气注入口内设有点火器，空气注入口安装于模型主体最底端，所述模型主体内设有环形空间连通至环压口，所述金属套外设置有补偿加热片，所述热电偶分别插入金属套内，所述的金属套内装有试样，所述的热电偶通过热电偶接口接出；所述堵头一安装于金属套下端外侧，热电偶接口、接线柱设置于堵头一外侧，通过电路连接到环形空间中的热电偶上，采出口设置于压实堵头上端并穿过隔热件与金属套内侧联通；

所述模型主体外还设有保温加热片和保温套，模型主体通过旋转轴连接有支架，支架上安装有操控面板，操控面板与模型主体通过支架连接；

所述摆动控制系统，是由直流电机依次通过减速箱、连杆、齿轮、旋转轴连接模型主体，控制模型主体摆动，旋转轴内引穿管线、电线、信号线；

所述温度控制系统是通过面板电源开关由温控仪通过Pt100电阻测量温度信号，再根据温度信号由温控仪控制固态继电器的导通时间来控制加热圈上的通电时间，从而达到温度控制的目的。

优选的，所述的热电偶在金属套内侧和金属套中心均设有测温点。

优选的，所述补偿加热片和热电偶数量均为6-18个，具体数量根据实验设备大小和实验对象情况来确定。

优选的，所述操控面板上设有开关按钮和显示仪表，其内部设有断电保护电路和超温超压保护电路。

本发明的有益效果是：

1.用于油藏注空气低温氧化、高温氧化或就地燃烧实验，通过原油与空气的低温氧化反应、高温氧化反应或燃烧反应，实现原油就地改质，降低原油粘度，提高原油采收率；

2.实验主体可旋转，增加混合力度，同时可模拟不同井下斜度摆放实验主体，提高实验的仿真度；

3.实验过程中通过热电偶对模型反应器中心及反应器壁面处温度进行实时监测，并根据实测数据自动控制补偿加热片对其加热补偿，且补偿温度不超过模型反应器中心由于氧化反应所增加的温度，确保与氧化反应同步升温，使反应在绝热条件进行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图主视图；

图2是本发明的结构示意图侧视图；

图3是本发明的摆动控制系统结构示意图。

图中1是点火器，2是紧固件，3是法兰，4是堵头一，5是密封件，6是热电偶，7是补偿加热片，8是金属套，9是主体，10是试样，11是隔热件，12是堵头二，13是压实堵头，14是压帽，15是顶紧螺钉，16是空气注入口，17是环压口，18是热电偶接口，19是接线柱，20是采出口，21是支架，22是保温套，23是保温加热片，24是保温被，25是旋转轴，26是操控面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1、图2所示，一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，所述的装置包括模型主体、摆动控制系统、温度控制系统和电路保护系统，所述的模型主体上设有空气注入口16、环压口17、热电偶接口18、接线柱19、采出口20、金属套8和热电偶6，热电偶6的数量为6-18个，所述的空气注入口16内设有点火器1；所述的模型主体内设有环形空间连通至环压口17；所述的金属套8外设置有补偿加热片7，补偿加热片7的数量为6-18个；所述的热电偶6插入金属套8内用来监测温度，热电偶6上有两处测温点，分别位于金属套8内壁和金属套8中心，可同时检测内壁温度与金属套8中心的温度，热电偶6通过热电偶接口18接出；所述的金属套8内装有试样10，试样10为重油或油砂；因为金属套8和紧固件等大多数部件均为金属材质，为实验安全及防止温度流失过快选用了特殊的隔热材料，提高隔热效果，同时在环压口17中注入惰性气体，使金属套8的内部压力和外部的环形压力保持一致，同时也起到一定隔热作用；将压实堵头13拧紧起到压实试样10的作用，管线等从接线柱19中接出。

为防止模型主体热量损失过快，在主体外部安装了保温加热片23和保温套22，模型主体通过旋转轴25固定在支架21上，支架21与操控面板26相连接，操控面板26上一般设有注入压力、环压压力、砂层压力、采出压、温度Ⅰ、温度Ⅱ、模型温度、点火温度、加热Ⅰ、加热Ⅱ、热跟踪、点火器开关、摆动开关、总电源、启动等开关按钮及显示仪表。

摆动控制系统由直流电机依次通过减速箱、连杆、齿轮、旋转轴25连接模型主体组成，摆动控制系统用于控制模型主体摆动，所述旋转轴25内设有穿管线、电线、信号线；摆动控制系统是通过面板电源开关，行程接近开关来控制两个直流继电器的导通，使电机正反转而达到摆动的目的，且两个直流接触器导通的延时时间是通过面板上的两个电子延时器来控制的。

温度控制系统是通过面板电源开关由温控仪通过Pt100电阻测量温度信号，再根据温度信号由温控仪控制固态继电器的导通时间来控制加热圈上的通电时间，从而达到温度控制的目的。

本装置电源采用220V，面板设有总电源开关和各支路电源开关，仪器面板上设有断电保护的启动开关、断电保护电路，即在停电后，再来电时电路不会继续通电，必须重新启动仪器的电源启动按钮，仪器方可正常工作，还设有超温超压保护电路，即温度或压力任何一个参数超过设定值时，仪器会进行断电保护。本发明装置最高耐压值为70MPa，主体最高耐温值为700℃，补偿温度精度为±0.3℃。

实施例1：

静态氧化实验时，从环压口17注入惰性气体，使金属套8的内部压力和外部的环形压力保持一致，从空气注入口16注入空气或氧气，静态实验一般只进行低温氧化实验，在实验中，气体和式样10进行氧化反应；通过热电偶接口18导出温度场的温度数据，如测得金属套8内侧温度和金属套8中心温度超过设定阈值，则通过程序控制，使温度场的温度既能够迅速得到补偿，又不会超过反应中心的温度，让整个实验内部温度均衡，减少中心部分热量向外部散失，通过实验了解静态氧化反应效果；在实验过程中，如果需要让气体和式样10混合更均匀，则开启摆动控制系统让模型主体随着旋转轴25旋转或摆动，转动速度和转动频率可根据实验需要进行设定，如果需要调整到某一具体角度模拟地层倾角后进行试验，可将装置倾斜角度设置为所需地层倾角的角度并固定。

实施例2：

动态氧化驱替实验时，从环压口17注入惰性气体，使金属套8的内部压力和外部的环形压力保持一致，从空气注入口16注入空气或氧气，高温氧化实验中，气体和式样10进行氧化反应，燃烧驱替实验中，在温度不能达到自燃的情况下，通过点火器1作用，使试样10与氧气燃烧产生热形成驱替热前缘，高温氧化实验和燃烧驱替实验均通过热电偶接口18导出温度场的温度数据，如测得金属套8内侧温度和金属套8中心温度超过设定阈值，则通过程序控制，使温度场的温度既能够迅速得到补偿，又不会超过反应中心的温度，让整个实验内部温度均衡，减少中心部分热量向外部散失，驱替原油向采出口方向流动，最终通过采出口20得到实验产出物，通过实验了解原油的动态氧化驱替效果；如果需要调整到某一具体角度模拟地层倾角进行试验，可将装置倾斜角度设置为所需地层倾角的角度并固定。

Claims (4)

1.一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，其特征在于：包括模型主体、摆动控制系统、温度控制系统和电路保护系统，所述的模型主体上设有空气注入口(16)、环压口(17)、热电偶接口(18)、接线柱(19)、采出口(20)、金属套(8)、热电偶(6)、堵头一(4)、压实堵头(13)和隔热件(11)，所述空气注入口(16)内设有点火器(1)，空气注入口(16)安装于模型主体最底端，所述模型主体内设有环形空间连通至环压口(17)，所述金属套(8)外设置有补偿加热片(7)，所述热电偶(6)分别插入金属套(8)内，所述的金属套(8)内装有试样(10)，所述的热电偶(6)通过热电偶接口(18)接出；所述堵头一(4)安装于金属套(8)下端外侧，热电偶接口(18)、接线柱(19)设置于堵头一(4)外侧，通过电路连接到环形空间中的热电偶(6)上，采出口(20)设置于压实堵头(13)上端并穿过隔热件(11)与金属套(8)内侧联通；

所述模型主体外还设有保温加热片(23)和保温套(22)，模型主体通过旋转轴(25)连接有支架(21)，支架(21)上安装有操控面板(26)，操控面板(26)与模型主体通过支架(21)连接；

所述摆动控制系统由直流电机依次通过减速箱、连杆、齿轮、旋转轴(25)连接模型主体组成，摆动控制系统用于控制模型主体摆动；

所述温度控制系统是通过面板电源开关由温控仪测量温度信号，再根据温度信号由温控仪控制固态继电器的导通时间来控制加热圈上的通电时间，从而达到温度控制的目的。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，其特征在于：所述的热电偶(6)在金属套(8)内侧和金属套(8)中心均设有测温点。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，其特征在于：所述补偿加热片(7)和热电偶(6)的数量均为6-18个。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置，其特征在于：所述的操控面板(26)上设有开关按钮和显示仪表，其内部设有断电保护电路和超温超压保护电路。