CN106483246A - 一种火烧油层化学点火试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及火驱采油技术领域，尤其涉及一种火烧油层化学点火试验装置，其包括依次连接的气体注入装置、加样装置、燃烧管装置和尾气分析装置；所述气体注入装置包括高压氧气罐和高压氮气罐，所述高压氧气罐和高压氮气罐分别连接所述加样装置，所述加样装置设有用于添加化学助燃剂的加样孔；所述燃烧管装置设有传感器，所述传感器连接用于采集试验数据的数据采集系统。本发明的火烧油层化学点火试验装置，能够模拟油层条件，模拟化学点火助燃剂的注入和点火，为火烧油层化学点火试验研究提供有效的技术支撑。

Description

一种火烧油层化学点火试验装置
技术领域
本发明涉及火驱采油技术领域，尤其涉及一种火烧油层化学点火试验装置。
背景技术
稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等工艺技术。火烧油层是发展最早的热力采油技术，也是最重要的改进型采油技术之一，其原理是通过注入含氧气体(如空气)，燃烧掉油藏中少部分原油，燃烧产生高温、高压，具有降黏和驱替效果，从而实现高效采油的目的。火烧油层具有采收率高、应用范围广等优点，是一种有效的提高油藏采收率的技术，可以在比蒸汽驱采油更复杂、更苛刻的地层条件下应用。
实施火驱采油提高油田采收率，首先要解决点燃油层问题，只有成功点火才能保证火驱的继续实施，油层点燃程度直接影响火驱的成功与否。常见的点火方式有热气流点火、电点火和化学点火。化学点火是通过注入助燃剂，在油层内产生热量，实现点火的技术，具有热量利用率高、适用范围广、点火成功率高和费用低等优点，是火驱点火技术中的新方向。目前应用的化学点火工艺一般需要注蒸汽预热油藏、注入化学药剂和注入空气等步骤。
现有的火驱化学点火试验仪器有热重分析仪(Thermogravimetric Analysis,TG)、差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)、加速量热仪(Accelerating Rate Calorimetry,ARC)和燃烧管试验装置。其中，TG，DSC和ARC可用于计算动力学参数，燃烧管试验用于模拟真实油藏情况。其模拟过程中，先将化学助燃剂与油砂混合，然后装入燃烧装置中，此后对燃烧装置加热升温并注入含氧气体，从而完成模拟油藏情况的试验，但是该试验方法与现场实际应用中加入化学助燃剂的方法不符，不能实现化学助燃剂注入工艺过程的模拟，不能真实模拟油藏情况。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种火烧油层化学点火试验装置，用于解决采用现有火驱化学点火试验仪器不能注入化学助燃剂，不能模拟助燃剂注入工艺，不能真实模拟油藏情况的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种火烧油层化学点火试验装置，包括依次连接的气体注入装置、加样装置、燃烧管装置和尾气分析装置；所述气体注入装置包括高压氧气罐和高压氮气罐，所述高压氧气罐和高压氮气罐分别连接所述加样装置，所述加样装置设有用于添加化学助燃剂的加样孔；所述燃烧管装置设有传感器，所述传感器连接用于采集试验数据的数据采集系统。
其中，所述高压氧气罐和高压氮气罐分别通过管线连接所述加样装置，且每根管线上设有减压阀，所述减压阀与所述加样装置之间设有控制气体流量的流量计。
其中，所述传感器包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器分别连接所述数据采集系统。
其中，所述燃烧管装置包括油砂套管，所述油砂套管两端设有端板，所述端板设有开孔用以分别连接所述加样装置的出口端和所述尾气分离装置的入口端，所述油砂套管外由内向外依次套设有加热装置和保温外壳。
其中，所述燃烧管装置还包括所述油砂套管能够在其上转动的支撑装置，所述支撑装置包括支撑架、旋转轴和控制所述油砂套管旋转角度的限位组件，所述支撑架的相对两侧分别通过旋转轴与所述保温外壳连接，所述旋转轴的轴线与所述油砂套管的轴线垂直。
其中，所述限位组件包括紧锁套和紧锁螺钉，所述紧锁套套设于所述旋转轴的一端与所述支撑架上的轴孔相配合；所述支撑架上设有与所述紧锁套垂直设置的所述紧锁螺钉，所述紧锁螺钉与所述紧锁套配合作用锁紧所述旋转轴。
其中，所述温度传感器为多个，沿轴向分别设置在所述油砂套管内的不同位置；所述压力传感器设置在所述油砂套管的入口端或出口端。
其中，所述加热装置为对开式加热瓦，沿所述油砂套管外侧轴向布置。
其中，所述保温外壳由两块半开式保温壳体组成，以与所述油砂套管可拆卸连接。
其中，所述数据采集系统包括数据采集模块、数据处理模块和显示设备，用于显示、记录和存储。
其中，所述尾气分析装置包括气体分析器和与所述气体分析器连接的气液分离器，所述气液分离器连接所述燃烧管装置的出口端。
(三)有益效果
本发明提供的火烧油层化学点火试验装置，通过在气体注入装置与燃烧管装置之间设置加样装置，能够在火烧油层化学点火试验过程中模拟助燃剂注入工艺，该模拟过程与现场实际应用相符合，为火烧油层化学点火试验研究提供有效的技术支撑；通过温度传感器和压力传感器，可以实时监测油砂套管内温度和压力；通过设置支撑装置，可以将油砂套管定位在水平至垂直间的任何角度。
附图说明
图1为本发明提供的火烧油层化学点火试验装置的结构示意图；
图2是本发明提供的火烧油层化学点火试验装置的燃烧管装置的示意图。
图中，1：高压氧气罐；2：高压氮气罐；3：减压阀；4：流量计；5：加样装置；6：进口阀门；7：燃烧管系统；8：压力传感器；9：气体分析器；10：气液分离器；11：数据采集系统。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种火烧油层化学点火试验装置，用于解决采用现有火驱化学点火试验仪器不能注入化学助燃剂，不能模拟助燃剂注入工艺，不能真实模拟油藏情况的问题。
如图1所示，本发明实施例中提供一种火烧油层化学点火试验装置，包括依次连接的气体注入装置、加样装置5、燃烧管装置7和尾气分析装置；其中，气体注入装置包括高压氧气罐1和高压氮气罐2，用以提供注入助燃剂的高压空气和维持油层燃烧所需的氧气，高压氧气罐1和高压氮气罐2分别连接加样装置5，加样装置5上设有加样孔，用于添加化学助燃剂；燃烧管装置7设有传感器，该传感器连接用于采集试验数据的数据采集系统11。本发明提供的火烧油层化学点火试验装置，在气体注入装置与燃烧管装置7之间加设加样装置，试验时，加样装置5中注入化学助燃剂，气体注入装置中注入含氧气体，通过含氧气体携带化学助燃剂进入燃烧管装置7内，在燃烧管装置7实现火烧油层化学点火试验模拟过程，解决了现有火驱化学点火试验仪器没有加样装置，不能注入化学点火助燃剂，不能模拟气体携带注入助燃剂的工艺过程的技术问题。
本实施例中，高压氧气罐1和高压氮气罐2分别通过管线连接加样装置5，且每根管线上设有减压阀3，用以控制不同气体的比例，此外，为了控制进入加样装置内的气体的流量，在减压阀3与加样装置5之间还设有流量计4。可以理解的是，采用的气体可以为按照不同的比例混合的氮气和氧气的混合物，也可以直接采用氧气；加样装置5设置为三通状，顶部设有加样孔，加样装置的两端设有进口端和出口端，分别与流量计4和燃烧管装置连接。试验时，通过加样装置5的顶部加入一定的化学助燃剂后，关闭加样孔，再利用气体吹扫作用将加样装置5内的化学助燃剂携带注入油层中。具体的，加样装置5整体为管状，两端采用无缝连接，并方便拆卸；加样装置5的内径与燃烧管装置7的入口内径保持一致，且加样装置5内光滑，容积为10～20mL。
本实施例中，传感器包括温度传感器15和压力传感器8，所述温度传感器15和压力传感器8均连接数据采集系统11，通过数据采集系统对温度传感器15和压力传感器8检测到的温度和压力进行采集、记录和存储。
本实施例中，燃烧管装置7包括油砂套管16，油砂套管16内设有温度传感器15，油砂套管16外由内向外依次套设有加热装置17和保温外壳18。可以理解的是，油砂套管16的两端设有端板，端板上开孔以便于通过管线分别连接加样装置5的出口端和尾气分析装置的入口端，该油砂套管16采用与油田现场采油井套管相同的内径和材质，用于模拟实际点火井条件。具体的，本实施例中，油砂套管16采用P110钢管，能够承受的温度为室温～1000℃，且该P110钢管的内径为62mm，外径为73mm，长度为0.3～2m。其中，加热装置17的工作温度为室温～500℃，控温精度为±1℃。
本实施例中，为便于油砂套管16能够处于水平到垂直之间的任何角度，燃烧管装置7还包括支撑装置，且油砂套管16能够在支撑装置上转动。具体的，支撑装置包括支撑架19、旋转轴14和控制油砂套管16旋转角度的限位组件，支撑架19的相对两侧分别通过旋转轴14与保温外壳18连接，旋转轴14的轴线与油砂套管16的轴线垂直。
本实施例中，限位组件包括紧锁套13和紧锁螺钉12，紧锁套13套设于旋转轴14的一端与支撑架19上的轴孔相配合；支撑架19上设有与紧锁套13垂直设置的紧锁螺钉12，紧锁螺钉12与紧锁套13配合作用锁紧旋转轴14。
本实施例中，为便于采集油砂套管16内不同位置的温度，便于测量油层内燃烧前缘传播情况，油砂套管16内设有多个温度传感器15，其沿轴向分别布置在砂套管16内的不同位置。具体的，该温度传感器15采用不同长度的测温热电偶，分别布置在管内不同纵向距离处。此外，为便于采集油砂套管16内的压力，在油砂套管16的入口端或出口端设置压力传感器8，本实施例中，压力传感器8设置在油砂套管16的出口端。
本实施例中，加热装置17沿油砂套管16外侧轴向设置，且加热装置17采用对开式加热瓦，以便于加热装置17与油砂套管16的安装；保温外壳18采用两块半开式，其在油砂套管16的顶端相对方向能够相向扣合，以实现保温外壳18与油砂套管的可拆卸连接。
本实施例中，燃烧管装置7的入口端即油砂套管16的入口端设置进气阀门6，用以控制气体的通入；可以理解的是，燃烧管装置7的出口端即油砂套管16的出口端还可以设置出气阀门，用以方便通过控制气体的流出控制燃烧管7内的压力。
本实施例中，数据采集系统11包括数据采集模块、数据处理模块和显示设备，用于显示、记录和存储试验数据。试验时，温度传感器和压力传感器采集的数据既可以在数据处理模块的仪表上直观地显示，又可以通过数据处理模块中的数据采集软件在计算机等设备上显示、记录和存储。其中，数据采集软件通过VB、C语言和Labview等语言编制。
本实施例中，尾气分析装置包括气体分析器9和气液分离器10，其中，气液分离器10连接燃烧管装置7的出口端，即连通油砂套管16的出口端，气体分析器9连接气液分离器10，用以分析尾气中的气体成分和含量。试验时，通过气液分离器10分离从燃烧管装置7内流出的流出物中的尾气，通过气体分析器9分析尾气中的气体成分和含量；可以理解的是，为便于测量进入气体分析器9中的尾气流量，气体分析器9和气液分离器10之间还可以设置有流量计。
本发明提供的火烧油层化学点火试验装置的运行过程如下所述：
先将预先混合好的油砂装入燃烧管装置7的油砂套管16中，然后关闭燃烧管装置7两端的阀门，密闭加热油砂套管16内的油砂。当燃烧管内油砂温度达到预定温度时停止加热，打开出气阀门缓慢泄压。当燃烧管装置7内压力与环境压力相等时，保持出气阀门敞开，打开进气阀门6，氮气携带化学助燃剂注入，然后注入含氧气体，观察并记录油砂套管16内温度和压力数据，实现化学点火过程，完成模拟气体携带化学助燃剂注入工艺的过程以及模拟油藏情况的过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，包括依次连接的气体注入装置、加样装置、燃烧管装置和尾气分析装置；所述气体注入装置包括高压氧气罐和高压氮气罐，所述高压氧气罐和高压氮气罐分别连接所述加样装置，所述加样装置设有用于添加化学助燃剂的加样孔；所述燃烧管装置设有传感器，所述传感器连接用于采集试验数据的数据采集系统。
2.根据权利要求1所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述高压氧气罐和高压氮气罐分别通过管线连接所述加样装置，且每根管线上设有减压阀，所述减压阀与所述加样装置之间设有控制气体流量的流量计。
3.根据权利要求1所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述传感器包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器分别连接所述数据采集系统。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述燃烧管装置包括油砂套管，所述油砂套管两端设有端板，所述端板设有开孔用以分别连接所述加样装置的出口端和所述尾气分离装置的入口端，所述油砂套管外由内向外依次套设有加热装置和保温外壳。
5.根据权利要求4所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述燃烧管装置还包括所述油砂套管能够在其上转动的支撑装置，所述支撑装置包括支撑架、旋转轴和控制所述油砂套管旋转角度的限位组件，所述支撑架的相对两侧分别通过旋转轴与所述保温外壳连接，所述旋转轴的轴线与所述油砂套管的轴线垂直。
6.根据权利要求5所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述限位组件包括紧锁套和紧锁螺钉，所述紧锁套套设于所述旋转轴的一端与所述支撑架上的轴孔相配合；所述支撑架上设有与所述紧锁套垂直设置的所述紧锁螺钉，所述紧锁螺钉与所述紧锁套配合作用锁紧所述旋转轴。
7.根据权利要求4所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述温度传感器为多个，沿轴向分别设置在所述油砂套管内的不同位置；所述压力传感器设置在所述油砂套管的入口端或出口端。
8.根据权利要求4所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述加热装置为对开式加热瓦，沿所述油砂套管外侧轴向布置。
9.根据权利要求4所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述保温外壳由两块半开式保温壳体组成，以与所述油砂套管可拆卸连接。
10.根据权利要求1所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括数据采集模块、数据处理模块和显示设备，用于显示、记录和存储。
11.根据权利要求1所述的火烧油层化学点火试验装置，其特征在于，所述尾气分析装置包括气体分析器和与所述气体分析器连接的气液分离器，所述气液分离器连接所述燃烧管装置的出口端。
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