CN110954479A - 高温高压微观相态测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压微观相态测试装置，包括围压泵通过第一管道与观察机构的输入口连通；第一计量泵通过第二管道与观察机构的微观缝洞模型入口连接，微观缝洞模型入口设有第一阀门，第二管道中设有第一支管，第一支管的输入端设有第二阀门，第一支管的中部设有第三阀门，第一支管的输出端设有第四阀门；第一支管与第二支管连通，第二支管的一端与配样容器机构的上端口连通；微观缝洞模型出口与第三管道连通，第三管道中设有第五阀门，第二支管的另一端与第三管道分别与第三支管连通到第二计量泵，第三支管中设有第六阀门；所述第三计量泵通过第四管道与配样容器机构的下端口连通；实现了高温高压环境下的微观缝洞模型相态测试。

Description

高温高压微观相态测试装置

技术领域

本发明涉及石油开发流体相态实验领域，特别是涉及高温高压微观相态测试装置。

背景技术

轻质易挥发油藏和凝析气藏流体相态测试，是石油天然气行业中的油气藏的一个重要的研究领域。凝析气藏发现于20世纪30年代，轻质易挥发油藏早于这个年代，随着大量轻质易挥发油藏和凝析气藏的发现与开发，对轻质易挥发油藏和凝析气藏研究的重要性就此凸显。这类油气藏同时具有气相与液相两相特性，具有异常高温高压等特性。

国内外大多数研究人员认为，在多孔介质中，孔隙尺寸的大小，对轻质油藏和凝析气藏的相态影响很大。但是常规相态测试多基于PVT筒、振-光谱技术(IR法)、超声波技术，受限于上述测试技术，现有技术都无法在承受高等级温度或压力下在多孔介质中直观的进行微观相态变化过程的测试。PVT筒法，容积大对于多孔介质微观状态相态测试一般不具有实验条件。振-转光谱技术(IR法，红外吸收光谱法)，对于同种物质相态检测响应不够直观；相态检测实验过程周期较长，红外热效应对温度有影响；对于温度、压力耐受能力较低。超声波技术，高压环境下，声波对应力变化十分敏感、对于声波时间T的读取误差大，导致整个系统误差较大。因此，需要一种能在高温高压环境下，实现微观的相态测试的装置。

发明内容

本发明的目的是提供高温高压微观相态测试装置，能在高温高压环境下进行相态测试。

为了解决上述问题，本发明提供高温高压微观相态测试装置，包括有：用于提供高压环境的围压泵、第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵、用于支持高温高压环境的观察机构、配样容器机构；所述围压泵、第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵设置在恒温箱外；所述观察机构、配样容器机构设置在恒温箱内，围压泵通过第一管道与观察机构的输入口连通；第一计量泵通过第二管道与观察机构的微观缝洞模型入口连接，微观缝洞模型入口设有第一阀门，第二管道中设有第一支管，第一支管的输入端设有第二阀门，第一支管的中部设有第三阀门，第一支管的输出端设有第四阀门；第一支管与第二支管连通，第二支管的一端与配样容器机构的上端口连通；微观缝洞模型出口与第三管道连通，第三管道中设有第五阀门，第二支管的另一端与第三管道分别与第三支管连通到第二计量泵，第三支管中设有第六阀门和第一压力传感器，第二计量泵内设有第二压力传感器，所述第三计量泵通过第四管道与配样容器机构的下端口连通；所述第一压力传感器、第二压力传感器分别与用于控制泵内压力的控制器电连接；

所述观察机构包括釜体，釜体的一端内固定有用于观察的丝堵，丝堵内开设有用于观察的第一圆台型凹槽，丝堵的一端设有第一低温光源，丝堵的另一端固定有第一镜片，第一镜片与第一圆台型凹槽的上底面固定，第一镜片外设有微观缝洞模型，微观缝洞模型为岩心铸体薄片可视化玻璃刻蚀模型；微观缝洞模型对准第一镜片的中心，微观缝洞模型分别与丝堵中的微观缝洞模型入口、微观缝洞模型出口连通；对准微观缝洞模型的中心外设有第二镜片，第二镜片设置在釜体的底面，釜体的底面对准第二镜片的中心开设用于观察的第二圆台型凹槽，对准第二圆台型凹槽的中心设有第二低温光源；恒温箱外对应第一低温光源的位置设有电子显微镜，电子显微镜连接有相机，相机与上位机连接，上位机用于采集和处理图像；所述第一低温光源和第二低温光源，包括圆环状槽体，圆环状槽体内浇筑有透光胶，透光胶设有发光二极管，透光胶中对应圆环状槽体开设有圆环状通孔，圆环状通孔分别与入水口和出水口相连，入水口和出水口分别与水源相通；

所述配样容器机构包括固定架，固定架顶部设有两个轴承，轴承之间固定有转动轴，转动轴中固定有配样容器，轴承与恒温箱外电机的转轴连接，所述观察机构、配样容器机构采用密封材料进行密封处理。

进一步地，所述釜体与丝堵之间设有密封材料，提高密封性。

进一步地，所述釜体的侧面固定有固定框，固定框固定在减速器的转轴，减速器固定在支架上，实现了观察机构的Y轴转动，提供视角的调整。

进一步地，所述密封材料采用丁腈橡胶密封圈和聚四氟乙烯挡圈进行密封，该材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性，提高高压高温环境下更好的密封。

与现有技术相比：

通过设计观察机构包括釜体，釜体的一端内固定有丝堵，丝堵内开设有第一圆台型凹槽，丝堵的一端设有第一低温光源，丝堵的另一端固定有第一镜片，第一镜片与第一圆台型凹槽的上底面固定，第一镜片外设有微观缝洞模型，微观缝洞模型对准第一镜片的中心，微观缝洞模型分别与丝堵中的微观缝洞模型入口、微观缝洞模型出口连通；对准微观缝洞模型的中心外设有第二镜片，第二镜片设置在釜体的底面，釜体的底面对准第二镜片的中心开设第二圆台型凹槽，对准第二圆台型凹槽的中心设有第二低温光源；恒温箱外对应第一低温光源的位置设有电子显微镜，电子显微镜连接有相机，相机与上位机连接；所述第一低温光源和第二低温光源，包括圆环状槽体，圆环状槽体内浇筑有透光胶，透光胶设有发光二极管，透光胶中对应圆环状槽体开设有圆环状通孔，圆环状通孔分别与入水口和出水口相连，入水口和出水口分别与水源相通，通过水循环降温，保证了观察机构在高温下保持恒温运作。

附图说明

图1是本发明实施例中高温高压微观相态测试装置的组合示意图；

图2是本发明实施例中观察机构的结构示意图；

图3是本发明实施例中微观缝洞模型的电子显微镜图。

图中，1-围压泵；2-第一计量泵；3-第二计量泵；4-第三计量泵；5-观察机构；6-配样容器机构；7-恒温箱；8-第一阀门；9-第二管道；10-第一支管；11-第二阀门；12-第三阀门；13-第四阀门；14-第三管道；15-第五阀门；16-第二支管；17-第三支管；18-第六阀门；19-第四管道；20-第一管道；

501-釜体；502-丝堵；503-第一圆台型凹槽；504-第一低温光源；505-第一镜片；506-微观缝洞模型；507-第二镜片；508-第二圆台型凹槽；509-第二低温光源；510-电子显微镜；511-相机；512-密封材料；513-固定框；514-减速器；515-支架；

601-固定架；602-轴承；603-转动轴；604-配样容器；605-电机。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

结合图1、图2、图3所示，本发明实施例提供了一种高温高压微观相态测试装置，包括有：用于提供高压环境的围压泵1、第一计量泵2、第二计量泵3、第三计量泵4、用于支持高温高压环境的观察机构5、配样容器机构6；所述围压泵1、第一计量泵2、第二计量泵3、第三计量泵4设置在恒温箱7外；所述观察机构5、配样容器机构6设置在恒温箱7内，围压泵1通过第一管道20与观察机构5的输入口连通；第一计量泵2通过第二管道9与观察机构5的微观缝洞模型入口连接，微观缝洞模型入口设有第一阀门8，第二管道9中设有第一支管10，第一支管10的输入端设有第二阀门11，第一支管10的中部设有第三阀门12，第一支管10的输出端设有第四阀门13；第一支管10与第二支管16连通，第二支管16的一端与配样容器机构6的上端口连通；微观缝洞模型出口与第三管道14连通，第三管道14中设有第五阀门15，第二支管16的另一端与第三管道14分别与第三支管17连通到第二计量泵3，第三支管17中设有第六阀门18和第一压力传感器，第二计量泵3内设有第二压力传感器，所述第三计量泵4通过第四管道19与配样容器机构6的下端口连通；所述第一压力传感器、第二压力传感器分别与用于控制泵内压力的控制器电连接；

所述观察机构5包括釜体501，釜体501的一端内固定有用于观察的丝堵502，丝堵502内开设有用于观察的第一圆台型凹槽503，丝堵502的一端设有第一低温光源504，丝堵502的另一端固定有第一镜片505，第一镜片505与第一圆台型凹槽503的上底面固定，第一镜片505外设有微观缝洞模型506，微观缝洞模型506对准第一镜片505的中心，微观缝洞模型506分别与丝堵502中的微观缝洞模型入口、微观缝洞模型出口连通；对准微观缝洞模型506的中心外设有第二镜片507，第二镜片507设置在釜体501的底面，釜体501的底面对准第二镜片507的中心开设用于观察的第二圆台型凹槽508，对准第二圆台型凹槽508的中心设有第二低温光源509；恒温箱7外对应第一低温光源504的位置设有电子显微镜510，电子显微镜510连接有相机511，相机511与上位机连接，上位机采集；所述第一低温光源504和第二低温光源509，包括圆环状槽体，圆环状槽体内浇筑有透光胶，透光胶设有发光二极管，透光胶中对应圆环状槽体开设有圆环状通孔，圆环状通孔分别与入水口和出水口相连，入水口和出水口分别与水源相通，实现第一低温光源504和第二低温光源509的内部水冷降温；

所述配样容器机构6包括固定架601，固定架601顶部设有两个轴承602，轴承602之间固定有转动轴603，转动轴603中固定有配样容器604，轴承602与恒温箱7外电机605的转轴连接，所述观察机构5、配样容器机构6采用密封材料进行密封处理。

更好地，所述釜体501与丝堵502之间设有密封材料512，提高更好密封性。

更好地，所述釜体501的侧面固定有固定框513，固定框513固定在减速器514的转轴，减速器514固定在支架515上，实现了观察机构5的Y轴转动，提供视角的调整。

更好地，所述密封材料采用丁腈橡胶密封圈和聚四氟乙烯挡圈进行密封进行密封，该材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性，提高高压高温环境下更好的密封。

通过设计观察机构5包括釜体501，釜体501的一端内固定有丝堵502，丝堵502内开设有第一圆台型凹槽503，丝堵502的一端设有第一低温光源504，丝堵502的另一端固定有第一镜片505，第一镜片505与第一圆台型凹槽503的上底面固定，第一镜片505外设有微观缝洞模型506，微观缝洞模型506对准第一镜片505的中心，微观缝洞模型506分别与丝堵502中的微观缝洞模型入口、微观缝洞模型出口连通；对准微观缝洞模型506的中心外设有第二镜片507，第二镜片507设置在釜体501的底面，釜体501的底面对准第二镜片507的中心开设第二圆台型凹槽508，对准第二圆台型凹槽508的中心设有第二低温光源509；恒温箱7外对应第一低温光源504的位置设有电子显微镜510，电子显微镜510连接有相机511，相机511与上位机连接，上位机用于采集和处理图像；所述第一低温光源504和第二低温光源509，包括圆环状槽体，圆环状槽体内浇筑有透光胶，透光胶设有发光二极管，透光胶中对应圆环状槽体开设有圆环状通孔，圆环状通孔分别与入水口和出水口相连，入水口和出水口分别与水源相通，通过水循环降温，保证了观察机构5在高温下保持恒温运作。

实施例1

当进行单组分流体在多孔介质中相态测试时，操作围压泵1内吸入清水，设定压力，为观察机构5加围压，打开第三阀门12做抽真空操作。

真空操作完成后关闭第三阀门12，关闭第一阀门8，第二计量泵3内吸入测试流体、第三计量泵4吸装入清水，关闭第四阀门13、第五阀门15，打开第六阀门18，第二计量泵3选择体积模式，设定体积；第三计量泵4选择压力模式，设定压力；完成设定压力下向配样容器604注入设定体积流体。

关闭第六阀门18，启动配样容器机构6的电机605，配样容器604开始往复翻转，打开水源使第一低温光源504、第二低温光源509内部循环水冷降温。稳定后在电子显微镜510、相机511和上位机的作用下采集图像测量孔隙体积。打开第四阀门13、第五阀门15向微观缝洞模型506注液，完成设定压力下注液操作，稳定后在上位机作用下，采集的图像确定单一相态下微观缝洞模型506基准状态。

调节恒温箱7内温度，加温过程中上位机实时采集图像与基准态图对比，当出现第一个像素变化时，记录温度，压力，储存图像。该点即为当前压力下的泡点、露点，单一组分时泡点、露点合一；调节第三计量泵4的输出压力，重复此步骤获得该种物质在多孔介质中随温度和压力变化的相态变化图。

升高温度，并逐渐升高压力，当出现加压条件下，稳定气化率为100％时，该点对应的温度为临界温度，对应压力为临界压力，该点即为临界点。通过更换微观缝洞模型506完成以上步骤研究不同孔隙尺寸对相态变化的影响。

实施例2

当进行多组分流体在多孔介质中相态测试时，操作围压泵1内吸入清水，设定压力，为观察机构5加围压，打开第三阀门12做抽真空操作。

真空操作完成后关闭第三阀门12，关闭第一阀门8，第二计量泵3内吸入测试流体、第三计量泵4吸装入清水，关闭第四阀门13、第五阀门15，打开第六阀门18，第二计量泵3选择体积模式，设定体积；第三计量泵4选择压力模式，设定压力；完成设定压力下向配样容器604注入设定体积流体。

关闭第六阀门18，第二计量泵3清洗、抽真空并通过控制器切换第一压力传感器和第二压力传感器；第二计量泵3吸入待测流体；第二计量泵3加压至当前第三计量泵4压力。打开第六阀门18，第二计量泵3选择体积模式，设定体积；第三计量泵4选择压力模式，设定压力；完成设定压力下向配样容器604注入设定体积流体。重复此步骤，可以实现多组分流体配料注入操作。

稳定后在上位机作用下，采集的图像确定单一相态下微观缝洞模型506基准状态。调节恒温箱7内温度，加温过程中上位机实时采集图像与基准态图对比，当出现第一个像素变化时，记录温度，压力，储存图像，该点对及为当前压力下的泡点。持续且缓慢的升高温度，在上位机作用下实时采集图像与基准图对比，进行设定压力下改变温度进行微观状态多孔介质中的物质气化率的研究。

在上位机作用下根据气化率曲线与泡点线的交汇点确定该体系的临界点，该点温度计为t_c、该点压力计为p_c；在临界点附近，恒定压力，缓慢改变温度或恒定温度，缓慢改变压力即可进行微观多孔介质中的挥发性气体逸出和反凝析现象的研究。

实施例3

在进行多组分流体在多孔介质中相态测试时，操作围压泵1内吸入清水，设定压力，为观察机构5加围压，打开第三阀门12做抽真空操作。

真空操作完成后关闭第三阀门12，关闭第一阀门8，第二计量泵3内吸入测试流体、第三计量泵4吸装入清水，关闭第四阀门13、第五阀门15，打开第六阀门18，第二计量泵3选择体积模式，设定体积；第三计量泵4选择压力模式，设定压力；完成设定压力下向配样容器604注入设定体积流体。

关闭第五阀门15，打开第二阀门11，第一计量泵2、第三计量泵4设置压差，在挥发性气体逸出和反凝析过程中，实现恒压驱替，上位机实时记录饱和度，当观测到挥发性气体或凝析液刚开始流动瞬间记录该点数据，获得临界流动饱和度。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高温高压微观相态测试装置，其特征在于，包括有：围压泵(1)、第一计量泵(2)、第二计量泵(3)、第三计量泵(4)、观察机构(5)、配样容器机构(6)；所述围压泵(1)、第一计量泵(2)、第二计量泵(3)、第三计量泵(4)设置在恒温箱(7)外；所述观察机构(5)、配样容器机构(6)设置在恒温箱(7)内，围压泵(1)通过第一管道(20)与观察机构(5)的输入口连通；第一计量泵(2)通过第二管道(9)与观察机构(5)的微观缝洞模型入口连接，微观缝洞模型入口设有第一阀门(8)，第二管道(9)中设有第一支管(10)，第一支管(10)的输入端设有第二阀门(11)，第一支管(10)的中部设有第三阀门(12)，第一支管(10)的输出端设有第四阀门(13)；第一支管(10)与第二支管(16)连通，第二支管(16)的一端与配样容器机构(6)的上端口连通；微观缝洞模型出口与第三管道(14)连通，第三管道(14)中设有第五阀门(15)，第二支管(16)的另一端、第三管道(14)分别与第三支管(17)连通到第二计量泵(3)，第三支管(17)中设有第六阀门(18)和第一压力传感器，第二计量泵(3)内设有第二压力传感器，所述第三计量泵(4)通过第四管道(19)与配样容器机构(6)的下端口连通；所述第一压力传感器、第二压力传感器分别与控制器电连接；

所述观察机构(5)包括釜体(501)，釜体(501)的一端内固定有丝堵(502)，丝堵(502)内开设有第一圆台型凹槽(503)，丝堵(502)的一端设有第一低温光源(504)，丝堵(502)的另一端固定有第一镜片(505)，第一镜片(505)与第一圆台型凹槽(503)的上底面固定，第一镜片(505)外设有微观缝洞模型(506)，微观缝洞模型(506)对准第一镜片(505)的中心，微观缝洞模型(506)分别与丝堵(502)中的微观缝洞模型入口、微观缝洞模型出口连通；对准微观缝洞模型(506)的中心外设有第二镜片(507)，第二镜片(507)设置在釜体(501)的底面，釜体(501)的底面对准第二镜片(507)的中心开设第二圆台型凹槽(508)，对准第二圆台型凹槽(508)的中心设有第二低温光源(509)；恒温箱(7)外对应第一低温光源(504)的位置设有电子显微镜(510)，电子显微镜(510)连接有相机(511)，相机(511)与上位机连接；所述第一低温光源(504)和第二低温光源(509)，包括圆环状槽体，圆环状槽体内浇筑有透光胶，透光胶内设有发光二极管，透光胶中对应圆环状槽体开设有圆环状通孔，圆环状通孔分别与入水口和出水口相连，入水口和出水口分别与水源相通；所述配样容器机构(6)包括固定架(601)，固定架(601)顶部设有两个轴承(602)，轴承(602)之间固定有转动轴(603)，转动轴(603)中固定有配样容器(604)，轴承(602)与恒温箱(7)外电机(605)的转轴连接，所述观察机构(5)、配样容器机构(6)采用密封材料进行密封处理。

2.根据权利要求1所述的高温高压微观相态测试装置，其特征在于，所述釜体(501)与丝堵(502)之间设有密封材料(512)。

3.根据权利要求2所述的高温高压微观相态测试装置，其特征在于，所述釜体(501)的侧面固定有固定框(513)，固定框(513)固定在减速器(514)的转轴，减速器(514)固定在支架(515)上。

4.根据权利要求3所述的高温高压微观相态测试装置，其特征在于，所述密封材料采用丁腈橡胶密封圈和聚四氟乙烯挡圈进行密封进行密封。

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