CN106939785A - 一种可视化三维火驱模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

一种可视化三维火驱模拟实验系统，由注入系统、地层模型、数据采集与测控系统、采出计量分析系统组成，注入系统由高压N₂、O₂瓶及流量调节阀、蒸汽发生器、气体成分检测仪、流量计等组成；地层模型为填砂密闭耐压、外表面隔热、顶盖透明、内部安装4层温度、压力传感器；数据采集与测控系统由温度、压力数据收集装置和数据处理显示装置组成；采出计量分析系统包括采出液的分离、冷却换热、油、水收集及伴生气收集分析装置。

Description

一种可视化三维火驱模拟实验系统

技术领域

本发明涉及一种实验系统，具体涉及火驱模拟过程中气体的注入控制，地层温度场、压力场的模拟，采出产物的计量与测试，属于热力采油领域。

背景技术

火驱(也称为火烧油层)是提高原油采收率的重要方法之一，它是在一定井网下，将空气通过压缩机设备注入油藏中，在油层内形成一个狭窄高温燃烧带，形成驱替的燃烧前沿。室内试验证明，已燃烧区残余油饱和度几乎为零，采收率可达85％～90％；在已实施的现场火驱方案中，采收率也能达到50％～80％。火烧油层技术的应用范围很广，它不仅适用于重质油藏，也适用于轻质油藏，还可用于注蒸汽或水驱后的油藏开采残余油。

一些研究者通过一维燃烧管实验对火驱的点火温度，火焰传播速率以及燃烧前沿传播规律和温度场分布等一系列问题展开了讨论和研究。也有部分学者利用三维模拟实验得出了火驱后地层的变化情况。现有的这些物模实验中的规律的得出都是在实验完整进行后对实验规律的研究分析，并不能在实验过程中实时的、可视化的观测地层及产出物的变化规律。即并没有形成一整套合理完整的三维可视化火驱模拟实验装置。

发明内容

本发明目的是提供一种可视化三维火驱模拟实验系统，实现气体有规律、有配比的注入，进行地层火驱燃烧的模拟以及产出液、产出气的收集与处理，分析反应前后的地层变化情况，从而实现地层中火驱驱油模拟。

本发明提供一种可视化三维火驱模拟实验系统，包括注入系统、地层模型、数据采集与测控系统、采出计量分析系统。其中，注入系统包括N₂、O₂高压气瓶及其流量调节、蒸汽发生器及其产量调节两个环节，阀门、流量计、气体成分检测仪、管线及管线保温等附属配件；地层模型本体为填砂密闭三维结构，模型密封耐压、外表面隔热保温、上面用透明特殊石英材料密封、内部分上下4层安装高精度测压、测温设备；数据采集与测控系统包括温度、压力数据的收集装置以及数据处理显示装置；采出计量分析系统包括采出液的分离、冷却换热、油、水收集及伴生气收集分析装置。

本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：注入系统提供N₂+O₂自由配比注气，通过流量控制阀分别控制N₂和O₂的注入量来调整二者配比，并利用气体成分检测仪检测N₂+O₂的配比状态；

本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：蒸汽发生器提供的是0～10MPa，0～10mL/min的去离子水，蒸汽发生装置提供加热功率是0～6kW，通过温度的控制反馈加热炉的继电器，由蒸汽压力检测表与温度的值判断蒸汽的状态以模拟不同注蒸汽的实验条件；

本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：地层模型本体大小为1000×800×500mm，其中充填含油砾岩或砂岩，分4层4次填充，每层敷设35个温度传感器，每层温度传感器中间部分等间隔敷设24个高精度压力传感器，传感器内侧接口处用300目钢丝网隔离砂体防止堵塞传感器；

本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：地层模型一端设置3个高低位的点火器，可通过设置不同点火器的开启控制点火的位置，四周设有氮气灭火孔，可以在试验中随时停止实验观察地层变化。模型本体底部设有气体通道，使气体更加均匀充满整个地层模型本体；

本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统，其特征在于：地层模型本体顶盖用特殊的透明石英材质制成，经两端紧密螺纹与本体相连，可保证实验过程中实验过程的全程可视性；

本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统，其特征在于：地层模型本体中的温度、压力传感器数据经数据收集装置收集后传输至数据处理装置分析整理，最终呈现地层模型中动态温度场、压力场的变化规律；

本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统，其特征在于：采出液经过冷凝器换热后分离气液，气体经烟气分析仪实时监测成分变化，并用采样袋采集后进行气相色谱检测，最终剩余气体用气囊收集处理，液体进入液体收集装置计量称重、化验分析。

附图1说明

1—高压N₂瓶，2—高压O₂瓶，3—流量控制阀，4—气体成分检测仪，5—截止阀，6—三向旋塞阀，7—蒸汽发生器，8—温压检测装置，9—流量计，10—地层模型本体，11—模拟地层保温环境，12—数据收集装置，13—数据处理显示器，14—冷凝器，15—气液分离装置，16—液体收集装置，17—烟气分析仪，18—气相色谱仪，19—气囊，注入系统—001，地层模型—002，数据采集与测控系统—003，采出计量分析系统—004。

其中，注入系统001由1—高压N₂瓶，2—高压O₂瓶，3—流量控制阀，4—气体成分检测仪，5—截止阀，6—三向旋塞阀，7—蒸汽发生器，8—温压检测装置，9—流量计组成，地层模型002由10—地层模型本体，11—模拟地层保温环境组成；数据采集与测控系统003由12—数据收集装置，13—数据处理显示器组成；采出计量分析系统004由14—冷凝器，15—气液分离装置，16—液体收集装置，17—烟气分析仪，18—气相色谱仪，19—气囊组成。

附图2说明

1—固定螺钉，2—透明石英顶盖，3—保温层，4—注气通道，5—产出物通道，6—点火器，7—氮气充气孔，8—温度传感器，9—压力传感器，10—模型内腔，11—模型外腔。

图1是本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统流程示意图；

图2是地层模型本体示意图；

图3是地层模型本体中温度传感器和压力传感器排布示意图；

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明：

附图1所示为本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统流程示意图，包括注入系统—001，地层模型—002，数据采集与测控系统—003，采出计量分析系统—004。其中，注入系统001由1—高压N₂瓶，2—高压O₂瓶，3—流量控制阀，4—气体成分检测仪，5—截止阀，6—三向旋塞阀，7—蒸汽发生器，8—温压检测装置，9—流量计组成，地层模型002由10—地层模型本体，11—模拟地层保温环境组成；数据采集与测控系统003由12—数据收集装置，13—数据处理显示器组成；采出计量分析系统004由14—冷凝器，15—气液分离装置，16—液体收集装置，17—烟气分析仪，18—气相色谱仪，19—气囊组成。

其具体工艺流程为：先通过7蒸汽发生器产生一定温度流量的蒸汽通过6三向旋塞阀注入10地层模型本体中。通过一定时间的注蒸汽预热地层后，将6三向旋塞阀转至注气一端。通过流量控制阀控制1高压N₂瓶和2高压O₂瓶中气体流量，并通过4气体成分检测仪监测调整N₂和O₂的配比以实现不同的配比气体的注入。通过10地层模型本体后，产出物经14冷凝器冷却后进入15气液分离装置进行气液分离，分离出的液体进入16液体收集装置进行计量和成分、热值监测分析。分离出的气体进入17烟气分析仪实时检测气体中N₂、O₂、CO_X、SO₂等气体的含量，另外一部分气体进入气袋收集进行后期的18气相色谱仪进行成分精确分析。并将剩余气体通入19气囊中收集。

附图2是地层模型本体内部示意图，由1—固定螺钉，2—透明石英顶盖，3—保温层，4—注气通道，5—产出物通道，6—点火器，7—氮气充气孔，8—温度传感器，9—压力传感器，10—模型内腔，11—模型外腔组成。

其具体的工艺流程为：在实验前期通过4注气通道注入相应气体后，利用6点火器点燃地层，内部的8温度传感器和9压力传感器在实验过程中可以将地层中的温度场和压力场实时传输至外部显示器。实验过程中产出物可经5产出物通道进入采出计量分析系统进行采出物的分析。

附图3详细给出了在地层模型中温度传感器和差压传感器的排布方式，这样分布温度传感器和压力传感器可以有效地检测出该层地层模型温度、压力分布情况。这样排布的方式可以有效的进行高精度、实时有效的检测地层内部在实验过程中的温度场和压力场变化情况。

本发明技术可以实现的效果：

1)在实验室中，可以完整的模拟整个火驱驱油从注入到产出的过程；

2)通过监测地层模型中的温度场、压力场的变化，可以三维展示火驱驱油过程中地层区域的温度、压力变化，可有效观测火驱对地层的影响规律；

3)通过中途的氮气灭火装置，可以观察分析出某一特定时刻火驱对地层的影响规律；

4)通过透明的特殊材质的石英顶盖，可以实时可视化观测火驱驱替的整个过程；

5)通过后期对产出液和产出气的详细分析可以得出火驱过程对地层原油的影响；

举个例子来具体说明本专利带来的实际效果：

以辽河油田兴6区块馆观4井为例，来详细介绍本发明，将馆观4井的岩心充满油藏模型，实验前期注入2MPa，温度为300℃的蒸汽，预加热8个小时。然后通入N₂：O₂＝8:2的配比气体，同时打开3个点火器点火。反应时间为72个小时，反应过程中每隔6个小时，打开采出通道阀门进行产出物冷却和气液分离。对产出液计量称重分析其中油的含量并测定热值；对产出气利用烟气分析仪分析其中无机气体成分，并收集一定量气体进行气相色谱分析。

Claims (8)

1.本发明提供一种可视化三维火驱模拟实验系统，包括注入系统、地层模型、数据采集与测控系统、采出计量分析系统。其中，注入系统包括N₂、O₂高压气瓶及其流量调节、蒸汽发生器及其产量调节两个环节，阀门、流量计、气体成分检测仪、管线及管线保温等附属配件；地层模型本体为填砂密闭三维结构，模型密封耐压、外表面隔热保温、上面用透明特殊石英材料密封、内部分上下4层安装高精度测压、测温设备；数据采集与测控系统包括温度、压力数据的收集装置以及数据处理显示装置；采出计量分析系统包括采出液的分离、冷却换热、油、水收集及伴生气收集分析装置。

2.本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：注入系统提供N₂+O₂自由配比注气，通过流量控制阀分别控制N₂和O₂的注入量来调整二者配比，并利用气体成分检测仪检测N₂+O₂的配比状态。

3.本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：蒸汽发生器提供的是0～10MPa，0～10mL/min的去离子水，蒸汽发生装置提供加热功率是0～6kW，通过温度的控制反馈加热炉的继电器，由蒸汽压力检测表与温度的值判断蒸汽的状态以模拟不同注蒸汽的实验条件。

4.本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：地层模型本体大小为1000×800×500mm，其中充填含油砾岩或砂岩，分4层4次填充，每层敷设35个温度传感器，每层温度传感器中间部分等间隔敷设24个高精度压力传感器，传感器内侧接口处用300目钢丝网隔离砂体防止堵塞传感器。

5.本发明提供的一种可视化三维火驱模拟实验系统，其特征在于：地层模型一端设置3个高低位的点火器，可通过设置不同点火器的开启控制点火的位置，四周设有氮气灭火孔，可以在试验中随时停止实验观察地层变化。模型本体底部设有气体通道，使气体更加均匀充满整个地层模型本体。

6.本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统，其特征在于：地层模型本体顶盖用特殊的透明石英材质制成，经两端紧密螺纹与本体相连，可保证实验过程中实验过程的全程可视性。

7.本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统，其特征在于：地层模型本体中的温度、压力传感器数据经数据收集装置收集后传输至数据处理装置分析整理，最终呈现地层模型中动态温度场、压力场的变化规律。

8.本发明提供的一种可视化三维火驱模型实验系统，其特征在于：采出液经过冷凝器 换热后分离气液，气体经烟气分析仪实时监测成分变化，并用采样袋采集后进行气相色谱检测，最终剩余气体用气囊收集处理，液体进入液体收集装置计量称重、化验分析。