CN110346403A - 一种可视化流体相变观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可视化流体相变观测装置及方法，包括底座、设置在所述底座上的上座、设置在所述上座上的体式显微镜、恒速恒压泵、真空泵、烘箱、设置在所述烘箱内的高压气瓶Ⅰ和高压气瓶Ⅱ、冷热油箱；所述上座、底座上分别同轴的上中心孔、下中心孔，所述底座内设有左通道、右通道，外表面上设有与左通道连通的左法兰、与右通道连通的右法兰，顶部设有下观察板；所述恒速恒压泵、高压气瓶Ⅰ、左法兰通过管线依次连通，所述真空泵、高压气瓶Ⅱ、右法兰也通过管线依次连通。本发明可对气固/气液/固液两相变化和气液固三相变化进行可视化观测；而且该装置结构合理、设计精巧、实验设备先进，具有适用范围广、测量准确等特点。

Description

一种可视化流体相变观测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种可视化流体相变观测装置及方法。

背景技术

油气开采是一个极其复杂的过程，在地层油气渗流与管线油气生产过程中，由于温度和压力的变化，常引起油气相态发生改变。特别地，当油气藏开采过程中出现固体析出和沉积时，诸如：原油和凝析气析蜡、高含硫气体析硫、沥青质沉积、结垢、析盐、天然气析苯以及水合物形成等，造成地层孔隙、渗流通道、以及井筒与生产管线及地面设备堵塞，严重影响正常油气生产，造成巨大经济损失。因此，掌握油气水相中固体颗粒随温度和压力变化的析出规律，探究固体颗粒生成方式与沉积规律，对于指导油气生产工作制度，开展防蜡除蜡，防硫除硫，防垢除垢等预防和治理工作，从而提高油气生产效率，具有重要指导意义。

目前，国内外对于固体析出与沉降的研究主要集中于流体相态，沉降理论模型，以及宏观沉析实验研究，缺乏对析出固相动态过程的微观研究与观察。对于关键性参数固相析出点(温度和压力)的计算方法误差较大，实验测试方法也因温度受周围环境影响不稳定，需进一步提升对关键参数析出点的测试。专利ZL201410244003.X提出了一种井筒硫沉积可视化实验装置及方法，实现对井筒硫晶体的析出与生产规律的观察，但烘箱对流体控温受环境干扰影响大，容易造成流体状态不连续变化，影响实验准确性；同时，实验可视化观察窗在每次实验拆卸与安装较为麻烦，实验设备寿命较短，成本较高；更重要的是，测量气固析出点时往往观察时间较短，需要稳定连续的实验环境保证测试数据的准确性。因此，研制结构方便，简单，能稳定观察流体相变，对于探究固体析出与沉降规律，测定关键固体析出点的微观可视化装置非常重要。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种可视化流体相变观测装置及方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种可视化流体相变观测装置，包括底座、设置在所述底座上的上座、设置在所述上座上的体式显微镜、恒速恒压泵、真空泵、烘箱、设置在所述烘箱内的高压气瓶Ⅰ和高压气瓶Ⅱ、冷热油箱；

所述上座、底座上分别同轴的上中心孔、下中心孔，所述底座内设有左通道、右通道，外表面上设有与左通道连通的左法兰、与右通道连通的右法兰，顶部设有下观察板；

所述上座内设有压在所述下观察板上的上观察板、环形导热油腔，外表面还设有两个导热油法兰；所述冷热油箱的进口、出口分别通过高压管线与两个导热油法兰连通；

所述恒速恒压泵、高压气瓶Ⅰ、左法兰通过管线依次连通，所述真空泵、高压气瓶Ⅱ、右法兰也通过管线依次连通。

进一步的技术方案上，所述底座为截面为T形的圆柱，具有凸起圆柱部；所述左通道、右通道均为L形通道，且对称分布；

所述上座包括外圆筒和螺纹连接在所述外圆筒内的内圆筒，所述外圆筒内壁设有环形凹槽，所述内圆筒螺纹连接在所述凸起圆柱部上。

进一步的技术方案上，所述外圆筒和内圆筒之间、底座和下观察板之间均设有密封圈，所述上观察板与底座的顶部之间设有密封环，所述下观察板、下中心孔、左通道和右通道的上端均位于密封环内。

进一步的技术方案上，所述高压气瓶Ⅰ的两端分别设有阀门A、阀门C，所述高压气瓶Ⅱ的两端分别设有阀门B、阀门D。

进一步的技术方案上，所述底座与高压气瓶Ⅰ、高压气瓶Ⅱ之间分别设有压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ。

进一步的技术方案上，所述体式显微镜上设有CCD摄像机、LED灯源。

进一步的技术方案上，所述体式显微镜上还设有摄像机偏光片、灯源偏光片。

一种可视化流体相变观测装置及方法，应用于凝析气析蜡观测，包括以下步骤：

S1、清洗设备和管线，连接好实验装置，用酒精、石油醚清洗实验系统；

S2、打开阀门A、阀门B、阀门D，关闭阀门C，利用真空泵将高压气瓶Ⅰ、高压气瓶Ⅱ和管线抽成真空，然后关闭阀门A、阀门B、阀门D；

S3、利用冷热油箱控制环形导热油腔的温度，用以底座内模拟地层温度；

S4、配制地层流样，在高压气瓶Ⅰ中充入含蜡凝析气体，并保持在地层温压条件下；

S5、在定温和降压条件下，通过体式显微镜观察含蜡气体析出固体；

S6、再在定压、降温的条件下，通过体式显微镜观察含蜡气体析出固体。

本发明的有益效果：本发明不仅实现地层条件下气固沉析变化可视化观察，也能实现对气液相变和水合物生成与分解观察，沥青质沉积，蜡沉积与硫沉积，盐析与结垢、天然气析苯等流体的气固/气液/固液两相变化和气液固三相变化进行可视化观察，可以应用于原油、凝析气、天然气、地层水等流体的相变测试；而且该装置结构合理、设计精巧、实验设备先进，具有适用范围广、测量准确等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是实施例中底座和上座的主视示意图；

图3是实施例中底座和上座的俯视示意图；

图4是实施例中通过显微镜观测析出固体的图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。

如图1-3所示，本发明的一种可视化流体相变观测装置，包括底座21、螺纹连接在所述底座21上的上座20、固定在所述上座20上的体式显微镜1、恒速恒压泵14、真空泵15、烘箱16、设置在所述烘箱10内的高压气瓶Ⅰ10和高压气瓶Ⅱ11、冷热油箱19；

所述上座20、底座21上分别同轴的上中心孔22、下中心孔23，所述底座21内设有左通道24、右通道25，外表面上设有与左通道24连通的左法兰26、与右通道25连通的右法兰27，顶部设有下观察板28；

所述上座20内设有压在所述下观察板28上的上观察板29、环形导热油腔30，外表面还设有两个导热油法兰31；所述冷热油箱19的进口、出口分别通过高压进口管线17、高压出口管线18与两个导热油法兰31连通；

所述恒速恒压泵14、高压气瓶Ⅰ10、左法兰26通过管线依次连通，所述真空泵15、高压气瓶Ⅱ11、右法兰27也通过管线依次连通。

本装置的工作流程是：冷热油箱19内的热油通过泵打入到环形导热油腔30内，环形导热油腔30是围绕住所述底座21的，即热油环形导热油腔30内通过热传递，对底座21进行加热，从而模拟地层温度；由于泵的一直打入热油，热传递后的热油重新打入冷热油箱19内进行加热，从而形成循环；

在高压气瓶Ⅰ10中充入含蜡凝析气体，然后通过恒速恒压泵14将含蜡凝析气体泵入到所述左通道24到，然后根据左通道24的流道，泵入到所述下观察板28与上观察板29之间的缝隙内，再通过右通道25泵入到高压气瓶Ⅱ11进行存储；

其中由于体式显微镜1的镜头对准上中心孔22，即体式显微镜1从上中心孔22看到上观察板29与下观察板28之间的缝隙；再改变压力、温度，当有固体沉析出来，即可立即在所述体式显微镜1观测到。

如图2和3所示，本实施例中，所述底座21为截面为T形的圆柱，具有凸起圆柱部；所述左通道24、右通道25均为L形通道，且左右对称分布；

所述上座20包括外圆筒和螺纹连接在所述外圆筒内的内圆筒，所述外圆筒内壁设有环形凹槽，所述环形凹槽与内圆筒的外壁之间即形成环形空腔,即为环形导热油腔30，所述内圆筒螺纹连接在所述凸起圆柱部上。

如图2所示，在本实施例中为了提高装置的气密性，优选的实施方式是，所述外圆筒和内圆筒之间、底座21和下观察板28之间均设有密封圈，所述上观察板29与底座21的顶部之间设有密封环，所述下观察板28、下中心孔23、左通道24和右通道25的上端均位于密封环内。

如图1所示，本实施例中，所述高压气瓶Ⅰ10的两端分别设有阀门A8、阀门C12，所述高压气瓶Ⅱ11的两端分别设有阀门B9、阀门D13，所述底座21与高压气瓶Ⅰ10、高压气瓶Ⅱ11之间分别设有压力传感器Ⅰ6、压力传感器Ⅱ7，可实时监测压力。

如图1所示，本实施例中，为了提高观测效果，所述体式显微镜1上设有CCD摄像机2、LED灯源5，所述体式显微镜1上还设有摄像机偏光片3、灯源偏光片4。

上述装置的可视化流体相变观测方法，应用于凝析气析蜡观测，包括以下步骤：

S1、清洗设备和管线，连接好实验装置，用酒精、石油醚清洗实验系统；

S2、打开阀门A8、阀门B9、阀门D13，关闭阀门C12，利用真空泵15将高压气瓶Ⅰ10、高压气瓶Ⅱ11和管线抽成真空，然后关闭阀门A8、阀门B9、阀门D13；

S3、利用冷热油箱19控制环形导热油腔30的温度，用以底座21内模拟地层温度；

S4、配制地层流样，在高压气瓶Ⅰ10中充入含蜡凝析气体，并保持在地层温压条件下；

S5、在定温和降压条件下，通过体式显微镜1观察含蜡气体析出固体(如图4)；

S6、再在定压、降温的条件下，通过体式显微镜1观察含蜡气体析出固体。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，包括底座(21)、设置在所述底座(21)上的上座(20)、设置在所述上座(20)上的体式显微镜(1)、恒速恒压泵(14)、真空泵(15)、烘箱(16)、设置在所述烘箱(10)内的高压气瓶Ⅰ(10)和高压气瓶Ⅱ(11)、冷热油箱(19)；

所述上座(20)、底座(21)上分别同轴的上中心孔(22)、下中心孔(23)，所述底座(21)内设有左通道(24)、右通道(25)，外表面上设有与左通道(24)连通的左法兰(26)、与右通道(25)连通的右法兰(27)，顶部设有下观察板(28)；

所述上座(20)内设有压在所述下观察板(28)上的上观察板(29)、环形导热油腔(30)，外表面还设有两个导热油法兰(31)；所述冷热油箱(19)的进口、出口分别通过高压管线与两个导热油法兰(31)连通；

所述恒速恒压泵(14)、高压气瓶Ⅰ(10)、左法兰(26)通过管线依次连通，所述真空泵(15)、高压气瓶Ⅱ(11)、右法兰(27)也通过管线依次连通。

2.根据权利要求1所述的一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，所述底座(21)为截面为T形的圆柱，具有凸起圆柱部；所述左通道(24)、右通道(25)均为L形通道，且对称分布；

所述上座(20)包括外圆筒和螺纹连接在所述外圆筒内的内圆筒，所述外圆筒内壁设有环形凹槽，所述内圆筒螺纹连接在所述凸起圆柱部上。

3.根据权利要求2所述的一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，所述外圆筒和内圆筒之间、底座(21)和下观察板(28)之间均设有密封圈，所述上观察板(29)与底座(21)的顶部之间设有密封环，所述下观察板(28)、下中心孔(23)、左通道(24)和右通道(25)的上端均位于密封环内。

4.根据权利要求1所述的一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，所述高压气瓶Ⅰ(10)的两端分别设有阀门A(8)、阀门C(12)，所述高压气瓶Ⅱ(11)的两端分别设有阀门B(9)、阀门D(13)。

5.根据权利要求4所述的一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，所述底座(21)与高压气瓶Ⅰ(10)、高压气瓶Ⅱ(11)之间分别设有压力传感器Ⅰ(6)、压力传感器Ⅱ(7)。

6.根据权利要求1所述的一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，所述体式显微镜(1)上设有CCD摄像机(2)、LED灯源(5)。

7.根据权利要求6所述的一种可视化流体相变观测装置，其特征在于，所述体式显微镜(1)上还设有摄像机偏光片(3)、灯源偏光片(4)。

8.一种可视化流体相变观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、清洗设备和管线，连接好实验装置，用酒精、石油醚清洗实验系统；

S2、打开阀门A(8)、阀门B(9)、阀门D(13)，关闭阀门C(12)，利用真空泵(15)将高压气瓶Ⅰ(10)、高压气瓶Ⅱ(11)和管线抽成真空，然后关闭阀门A(8)、阀门B(9)、阀门D(13)；

S3、利用冷热油箱(19)控制环形导热油腔(30)的温度，用以底座(21)内模拟地层温度；

S4、配制地层流样，在高压气瓶Ⅰ(10)中充入含蜡凝析气体，并保持在地层温压条件下；

S5、在定温和降压条件下，通过体式显微镜(1)观察含蜡气体析出固体；

S6、再在定压、降温的条件下，通过体式显微镜(1)观察含蜡气体析出固体。