CN105626019B - 稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，包括高温高压仓、高压玻璃视窗，还包括抽屉式微观模型支架、上压板、下压板，所述高温高压仓为呈方桶状的仓体，仓体内壁上部和下部各具有一环状台阶，环状台阶各固定有一个高压玻璃视窗，在高压玻璃视窗外侧分别设置上压板和下压板，所述高温高压仓设置有通往仓体内腔的加热器，所述仓体侧面还开设模型支架入口，所述抽屉式微观模型支架从该入口推入仓体内部。“抽屉式”的高温高压夹持器，使得操作简单快捷，避免了反复拆装可视窗引起的仓体密封性不可靠问题。采用多个注入口及其控制阀门、死堵和回压阀实现了注入流体间的互不干扰，同时保证了注入流体和压力的连续性。

Description

稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器
技术领域
本发明涉及稠油开发用夹持装置，具体地说是稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器。
背景技术
稠油粘度高，密度大，开采流动阻力大，热采是目前常用的方法。目前的玻璃微观模拟实验装置(专利号：200610165013.X，200820123024.6，201310280351.8)实验温度较稠油热采温度偏低，尤其不适于稠油蒸汽驱和过热水驱。已有发明专利在稠油热采玻璃微观驱替实验过程中存在以下问题：
1、稠油热采过程中，实验温度一般大于100℃，且注入压力比常规原油驱替高，对装置的密封性要求高。已有的夹持器装置安装模型时反复拆装使得夹持器装置的操作不便，密封性难以保证。
2、为了保证稠油热采时，过热流体的产生需要施加一定的回压，以往的专利均未施加回压。
3、以往发明专利注入流体均采用单孔注入，不能保证不同注入流体间进行切换注入时互不干扰，又不能保证实验过程中压力的连续性。
4、无法使高温高压下实验过程的可视化效果更好或者保温性能优越。
发明内容
本发明的目的在于提供稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，本发明从装置的材料和结构，提高了实验装置的耐温性和保温性，以及整个体系的密封性。“抽屉式”的高温高压夹持器，使得操作简单快捷，避免了反复拆装可视窗引起的仓体密封性不可靠问题。采用多个注入口及其控制阀门、死堵和回压阀实现了注入流体间的互不干扰，同时保证了注入流体和压力的连续性。仓体采用高温钛合金制作，内壁涂覆耐高温隔热层，内部设有加热元件、控温部件，使得模型轻便且加热和保温效果好，控温精度高。同时，采用惰性气体为玻璃微观模型施加环压，在保证模型受压平衡不易破裂的基础上，具有适应的实验温度更高、可视化效果更好并兼有保温的优点。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，包括高温高压仓、高压玻璃视窗，还包括抽屉式微观模型支架、上压板、下压板，所述高温高压仓为呈方桶状的仓体，仓体内壁上部和下部各具有一环状台阶，环状台阶各固定有一个高压玻璃视窗，在高压玻璃视窗外侧分别设置上压板和下压板，所述上压板和下压板中心开设通孔，所述高温高压仓设置有通往仓体内腔的加热器，所述仓体侧面还开设模型支架入口，所述抽屉式微观模型支架从该入口推入仓体内部。
所述抽屉式微观模型支架包括连接成一体的夹持器端板、夹持器平板、微观玻璃模型，所述夹持器端板设有三个阀门，分别对应夹持器端板上开设的两个流体输入口和一个入流通道，夹持器端板侧面有用于排空的死堵出口；入流通道连通至支持器平板，所述支持器平板上开设出流通道，所述入流通道和出流通道共同组成导流通道；所述夹持器平板中央为一40mm×40mm的方通孔，在方通孔的对角线方向上各有一个环形槽，流体通过平板内部的导流通道流入和流出环形槽，环形槽内是带有中心圆孔的带孔垫圈，带孔垫圈的中心圆孔插有一根耐温且有韧性的耐温导管；所述微观玻璃模型开设进出孔并通过进出孔与带孔垫圈上的耐温导管定位，准确地与带孔垫圈的中心圆孔连接，环形槽一侧各有一个模型压块通过螺栓将将玻璃模型完全压紧在缓冲垫上，所述微观玻璃模型与高压玻璃视窗的位置相适应。
所述仓体的上下环状台阶上有铜垫，玻璃视窗压紧在铜垫上，在高压玻璃视窗与仓体的上、下环状内壁之间有密封圈、保护圈和压环，下压板和上压板通过紧顶螺栓与压环连接在一起，下压板和上压板与压环之间有缓冲垫片，下压板、仓体和上压板形成一个高温高压密闭室，下压板和上压板的通孔与玻璃视窗的中心均在同一垂向轴线上。
所述仓体上还设置有温度探头，所述温度探头连通至仓体内。
所述仓体上还开设环压孔，环压孔一端连通至仓体内部，一端通过高压管线与氦气瓶相连。
所述上压板、下压板通过主螺栓以及反弹螺栓固定在仓体的上下表面，所述抽屉式微观模型支架通过内六角螺栓固定在仓体侧壁。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明针对稠油开发过程中在高温高压模拟条件下进行微观模型的驱油机理及效果的可视化模拟实验开发的一种耐高温且密封性能优越的夹持装置。本发明可实现模拟稠油油藏热采时高温高压条件下的微观可视化微观物理模拟实验研究。该新型高位高压微观玻璃模型夹持器采用高温钛合金制作，重量轻，便于操作。高温高压密封仓的内壁涂覆耐温隔热层，防止了热量损失，具有很好的保温性。“抽屉式”的模型支架使不拆卸可视窗即可取出模型，保证了夹持器高温高压密封可靠。另外，可视窗采用平面和周边环形密封相结合的方法，密封性可靠。特别的，采用惰性气体对微观模型施加环压，气体高温高压条件下的性质稳定，导热慢，在保证模型内外压受压平衡的基础上，使得实验的可视化效果更好并具有保温的效果。新型高温高压玻璃微观模型夹持器进一步提高了传统的玻璃微观模型进行驱替实验的温度和压力范围。针对稠油热采过程中高温和高压的油藏条件，从材料和设计方面充分考虑了实验装置的耐温性、保温性、密封性和可视化效果。本发明可适用于研究稠油热采过程中的热流体的微观渗流规律、提高采收率的机理及剩余油分布等。所以本发明充分体现了便于操作，易于观察，可靠性高和模拟程度好等优点。
1、稠油热采过程中，实验温度一般大于100℃，且注入压力比常规原油驱替高，对装置的密封性要求高。已有的夹持器装置安装模型时反复拆装使得夹持器装置的操作不便，密封性难以保证。“抽屉式”模型支架可大大简化模型的安装，密封性更易保证。
2、为了保证稠油热采时，过热流体的产生需要施加一定的回压，以往的专利均未施加回压。通过单向阀进行回压控制，既可防止回流引起微观模型中流体不稳定，又可以保证高温下(＞100℃)过热流体的形成。
3、多个注入流体入口、控制阀门、死堵及回压控制可以保证不同注入流体间进行切换注入时互不干扰，又保证实验过程中压力的连续性。以往发明专利注入流体均采用单孔注入，无法实现此功能。
4、通过惰性气体施加环压，使得高温高压下实验过程的可视化效果更好，保温性能优越。
综上所述，只有本发明专利可以实验稠油热采的微观模拟实验，实验操作简单，同时改进了装置的密封性，实现了不同注入流体切换时流体和注入压力的连续性，实验可视化效果更好。
附图说明
图1为本发明高温高压玻璃微观模型夹持器的结构剖面示意图；
图2为图1俯视图。
图3为“抽屉式”模型支架结构的结构剖面示意图；
图4为“抽屉式”模型支架结构的俯视图；
图5为连通器结构示意图。
图中，1.主螺栓，2.上压板，3.紧顶螺栓，4.缓冲垫，5.压环，6.保护圈，7.密封圈，8.铜垫，9.入液口，9-1.入液口，9-2.入液口，9-3.入液口，10.阀门，10-1.阀门，10-2.阀门，10-3.阀门，11.抽屉式微观模型支架，12.密封垫，13.高压玻璃视窗，14.高温高压仓，15.连通器,15-1.螺栓，15-2.压块，15-3.缓冲垫，15-4.耐温导管，15-5.带孔垫圈，16.下压板，17.温度探头，18.加热器，19.反弹螺栓，20.环压孔，21.死堵，22.内六角螺栓，23.微观玻璃模型，24.导流通道，24-1.入流通道，24-2.出流通道,25.环形槽。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
参照附图1-5，稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，分为仓体安装和模型安装。
仓体安装参阅附图1和图2。一种新型高温高压玻璃微观模型夹持器，下压板16高温钛合金制成，长170毫米，宽170毫米，厚度30毫米，带有45°倒角。上压板2具有与下压板一样的尺寸和结构。上压板2、上压板2和下压板14中央均有通孔，通孔内各有一个高压玻璃视窗13。玻璃视窗13由耐高温高压且透明效果好的玻璃制成，直径100mm,厚20mm。玻璃视窗13的侧面安装上保护圈6和密封圈7。在下压板16上放一铜垫8，起缓冲作用。将带有保护圈6和密封圈7的玻璃视窗13嵌入压环5中间后，一起放在铜垫8上。下压板16与高温高压仓14之间通过连接主螺栓1(共10个)和反弹螺栓19(共4个)紧密连接。连接时，先对称收紧主螺栓1，每个主螺栓1的预紧力为10N.M(共10个)，然后对称收紧反弹螺栓19(共4个)，每个反弹螺栓19的预紧力为30N.M，最后再次收紧主螺栓1，每个螺栓的预紧力为70N.M。随后，压环5间通过紧顶螺栓3(共10个)与下压板16连接在一起，预紧力为70N.M。同理，将上压板2与高温高压仓14间，上压板2与压环5之间通过主螺栓1、反弹螺栓19和紧顶螺栓3收紧密封好。至此，仓体安装完毕。
模型安装参阅图3、图4和图5。将带孔垫圈15-5装入“抽屉式”微观模型支架11的平板上的凹槽中，凹槽深度为3mm,直径2.5mm，然后把耐高温导管15-4插入带孔垫圈15-5的圆孔中且高出垫圈15-5的上端平面1mm。带孔垫圈15-5的直径2.5mm,厚度为4.5mm,中间圆孔1.5mm,耐高温导管15-4的外径1.5mm,高度3mm。将玻璃微观模型23的入口和出口对准耐高温导管15-4后，通过内六角紧顶螺栓15-1和压块15-2安装在“抽屉式”微观模型支架11上。至此，模型安装完成。
特别说明的是：阀门10-1和10-2可分别对入液口9-1和9-2进行开关控制，阀门10-3仅可对入流通道24-1起到打开和关闭作用，入液口9-1为注入压力测试口，为常开口。如此设计，便可实现注入流体切换注入时互不干扰，驱替过程中压力连续性好。
将“抽屉式”微观模型支架11和微观模型23安装好后，推入高温高压仓14腔体内，在微观模型支架11与腔体入口处装有耐高温密封垫12，通过内六角螺栓22将“抽屉式”微观模型支架与仓体紧固密封在一起。
应用方法如下：
1、将抽空饱和水的玻璃微观模型安装到支架上：将微观模型23的入口和出口对准连接入流通道24-1和出流通道24-2的耐高温导管15-4，然后通过压块15-2和内六角紧顶螺栓15-1压紧。
2、将带有玻璃微观模型的模型支架装入仓体中：仓体安装好后，将带有微观模型的“抽屉式”模型支架11推入仓体的高温高压仓14腔体内。通过密封垫12和内六角螺栓22将“抽屉式”模型支架和仓体紧密连接在一起。
3、通过加热器18对仓体内进行加热，通过温度探头17进行温度控制，将仓体内温度升至实验所需温度，并恒温保持2个小时。
4、通过环压孔20向高温高压仓14的腔体内注入惰性气体，将环压设置到所需的压力值，比注入压力稍高。
5、通过出流通道24-2处设置回压阀进行回压控制，回压值可根据实验需要进行设定。对于过热水驱替可使回压值高于实验温度下的水的饱和蒸汽压0.5MPa,对于过热蒸汽驱替可设置回压值低于实验温度下水的饱和蒸汽压0.5MPa。
6、将入液口9-1、9-2、9-3连上Φ1.5mm的管线，其中入液口9-3连接压力传感器，入液口9-1和9-2分别作为油和水的入液口。
饱和油：关闭阀门10-2和10-3，打开阀门10-1，打开死堵21，泵入稠油。待死堵21处排空气完毕后，关闭死堵21，打开阀门10-3，稠油开始进入模型，待模型饱和稠油完毕后，关闭阀门10-3，记录下此时的入液口9-3所测得压力P1，同时设置出流通道24-2处的单向阀处反向回压为P1；
注入热流体(水或水蒸气)：关闭阀门10-1，打开死堵21，打开阀门10-2，泵入热流体。死堵21处排空稠油后，关闭死堵21。当入液口9-3处压力升至P1时，打开阀门10-3，热流体开始进入模型进行驱替稠油实验。
通过以上操作便保证了不同注入流体间互不干扰和驱替过程压力的连续性，保证了实验效果。
7、将整个高温高压围观玻璃夹持置于体式显微镜下方，从下压板16中央的高压玻璃视窗13射入冷光，通过上压板2上的高压玻璃视窗13便可观察到流体在微观玻璃模型23中的渗流情况。
8、采用工业摄像头和电脑数据软件进行动态拍摄和图像处理，从而对稠油热采的效果进行分析，对驱油机理进行研究。
该发明装置便于操作，易于观察，可靠性高和模拟程度好，可对现场稠油热采进行理论指导，对微观实验在稠油热采中的广泛应用和推广具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (5)

1.稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，包括高温高压仓、高压玻璃视窗，其特征在于，还包括抽屉式微观模型支架、上压板、下压板，所述高温高压仓为呈方桶状的仓体，仓体内壁上部和下部各具有一环状台阶，环状台阶各固定有一个高压玻璃视窗，在高压玻璃视窗外侧分别设置上压板和下压板，所述上压板和下压板中心开设通孔，所述高温高压仓设置有通往仓体内腔的加热器，所述仓体侧面还开设模型支架入口，所述抽屉式微观模型支架从该入口推入仓体内部；所述抽屉式微观模型支架包括连接成一体的夹持器端板、夹持器平板、微观玻璃模型，所述夹持器端板设有三个阀门，分别对应夹持器端板上开设的两个流体输入口和一个入流通道，夹持器端板侧面有用于排空的死堵出口；入流通道连通至支持器平板，所述支持器平板上开设出流通道，所述入流通道和出流通道共同组成导流通道；所述夹持器平板中央为一40mm×40mm的方通孔，在方通孔的对角线方向上各有一个环形槽，流体通过平板内部的导流通道流入和流出环形槽，环形槽内是带有中心圆孔的带孔垫圈，带孔垫圈的中心圆孔插有一根耐温且有韧性的耐温导管；所述微观玻璃模型开设进出孔并通过进出孔与带孔垫圈上的耐温导管定位，准确地与带孔垫圈的中心圆孔连接，环形槽一侧各有一个模型压块通过螺栓将将玻璃模型完全压紧在缓冲垫上，所述微观玻璃模型与高压玻璃视窗的位置相适应。
2.根据权利要求1所述的稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，其特征在于，所述仓体的上下环状台阶上有铜垫，玻璃视窗压紧在铜垫上，在高压玻璃视窗与仓体的上、下环状内壁之间有密封圈、保护圈和压环，下压板和上压板通过紧顶螺栓与压环连接在一起，下压板和上压板与压环之间有缓冲垫片，下压板、仓体和上压板形成一个高温高压密闭室，下压板和上压板的通孔与玻璃视窗的中心均在同一垂向轴线上。
3.根据权利要求1所述的稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，其特征在于，所述仓体上还设置有温度探头，所述温度探头连通至仓体内。
4.根据权利要求1所述的稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，其特征在于，所述仓体上还开设环压孔，环压孔一端连通至仓体内部，一端通过高压管线与氦气瓶相连。
5.根据权利要求1所述的稠油热采用高温高压玻璃微观模型夹持器，其特征在于，所述上压板、下压板通过主螺栓以及反弹螺栓固定在仓体的上下表面，所述抽屉式微观模型支架通过内六角螺栓固定在仓体侧壁。
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