CN114086932A - 一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置与方法。所述产出控制装置包括：来液管线、第一气液分离器、出气管线、自动控制回压单元和中间容器；所述来液管线与所述第一气液分离器的进料口相连通，所述第一气液分离器的出气口与所述出气管线相连通，所述第一气液分离器的出液口与所述中间容器相连通；所述出气管线上设置有自动控制回压单元，所述自动控制回压单元通过控制所述出气管线的开关以控制来液管线在预定压力范围。本发明提供的用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置与方法能够大幅提高稠油注高温气相溶剂实验的精确度。

Description

一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置与方法

技术领域

本发明涉及稠油开采的物理模拟实验领域，具体涉及一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置与方法。

背景技术

目前稠油注蒸汽SAGD开采物理模拟实验中，为了控制生产压力，一般模拟井下有杆泵抽+油嘴缩放过程，采用人工调节产出阀或者高温背压阀来控制蒸汽腔的压力。前一操作方式依靠经验，反复调节针阀开度大小的操作劳动强度大、可靠性差，尤其是当实验时间超过24小时时，人为因素导致实验失败的风险极大。而后者高温背压阀适用于低粘、单相流体，对于稠油注蒸汽SAGD开采物理模拟实验中的产出液(高粘、多相流体)控制效果很差，当油水气复杂多相流体流经针阀形成的小节流孔时，一般都会观察到高达数MPa的压力波动，甚至管线堵塞。上述这些常规方法都会导致实验的可重复性较低，对于不同因素的敏感性分析研究极为不利。由于实验中产出液的流量、温度波动大、热焓变化范围广，当回压控制不稳定时，如果突然压力下降，可能导致热水迅速闪蒸，而当压力过高，产出液不能有效通过回压控制装置而产出时，将导致其温度过低，原油黏度大幅上升，堵塞管线。由回压波动引发的以上两种极端情形都可能会迫使实验终止。一种采取中间过渡容器的方法可有效应对以上难题，祥见专利申请CN201911263945.1。

在注蒸汽的工艺基础上发展类似SAGD的热溶剂技术，也逐渐成为室内研究的重点。其中注入的溶剂为气相，易于分离回收并循环使用。还能发挥热溶剂协同降粘的作用。在此过程中溶剂携带部分热能，且大量溶剂可溶解在稠油中，产出为泡沫油+气相溶剂，连续产气量极大。相对于注蒸汽的工艺，使用专利申请CN201911263945.1中的中间过渡容器时，将无法应对气体流量大、频繁切换、操作困难的难题。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置与方法，其能够大幅提高稠油注高温气相溶剂实验的精确度。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置，该产出控制装置包括：来液管线、第一气液分离器、出气管线、自动控制回压单元和中间容器；

所述来液管线与所述第一气液分离器的进料口相连通，所述第一气液分离器的出气口与所述出气管线相连通，所述第一气液分离器的出液口与所述中间容器相连通；

所述出气管线上设置有自动控制回压单元，所述自动控制回压单元通过控制所述出气管线的开关以控制来液管线在预定压力范围。

稠油注高温气相溶剂实验产出流体的特征是气量大、液量小，就体积流量而言，气体是液体的近百倍，因此对气体的产出控制是影响实验模型压力的最主要因素。当气液分离器内部压力(来料管线与其相连通，即来料管线压力)低于设计的实验压力时，短时关闭出气管线，高温气体随着产出在气液分离器内部聚集，压力上升；当气液分离器内部压力高于设计的实验压力时，短时打开出气管线，高温气体快速排出(高于进入汽液分离器的气体流量)，压力下降；从而通过控制所述出气管线的开关以控制来液管线在预定压力范围，即控制实验模型压力稳定在设计的实验压力附近。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述中间容器内设有互不相通的储液腔和储气腔，所述储气腔和所述储液腔通过活塞隔断，所述活塞能沿所述中间容器的内壁往复移动，所述储液腔与所述第一气液分离器的出液口相连通。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述产出控制装置包括两个以上所述中间容器，该两个以上所述中间容器交替使用。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述产出控制装置还包括出液管线、第二气液分离器、充气管线和气源；

所述中间容器的储液腔通过所述出液管线与所述第二气液分离器相连通，所述中间容器的储气腔通过所述充气管线与所述气源相连通。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述中间容器的储液腔与所述第一气液分离器的出液口以及出液管线之间设置有三通阀。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述第二气液分离器的出气口依次与过滤器、干燥器、流量计相连通，所述第二气液分离器的出液口与样品瓶相连通。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述自动控制回压单元包括自动控制回压阀、压力传感器和控制单元；

所述自动控制回压阀设置于所述出气管线上，所述压力传感器设置于所述来液管线上；所述自动控制回压阀和压力传感器均与所述控制单元电连接；所述控制单元通过所述自动控制回压阀控制所述出气管线的压力。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述出气管线依次与冷凝器、过滤器、干燥器、流量计相连通。

根据本发明的产出控制装置，优选的，所述冷凝器的出口还并联有高压可视窗。

本发明另一方面提供一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制方法，采用如以上产出控制装置，包括以下步骤：

将所述来液管线与稠油注高温气相溶剂实验模型相连，产出流体先进入第一气液分离器，以气相为主的流体自第一气液分离器的出气口进入出气管线，以液相为主的流体自第一气液分离器的出液口进入中间容器；所述自动控制回压单元通过控制所述出气管线的开关以控制来液管线在预定压力范围。

本发明用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制方法解决了以下技术问题：

1)气相溶剂的体积流量非常大，处理能力要求高；

2)稠油热采实验中的产出流体为稠油、水、气的多相复杂混合物，对压力波动敏感；

3)油水气复杂多相流体经过节流孔时，形成的流动阻力波动范围大，此类背压阀无法提供稳定回压；

4)传统手动调节方法可重复性和可靠性较差。

本发明采取连续产气控压的原理，使用一个气液分离器，内置挡板，促进热溶剂与稠油及泡沫油的分离；分离出的气相连续通过出气管线的自动控制回压单元形成稳定回路而产出。产出气体经过冷凝器后可进入一个可视窗，若有油携带，可观察并打开阀门产出计量。否则气体通过流量计计量后，经过在线色谱仪后排出到防爆通风橱中。产出的液体，主要是泡沫油，在气液分离器底部聚集并逐渐消泡分离，在重力作用下缓慢流到底部的中间容器(带活塞)，在中间容器装满后，切换底部中间容器，并排出油样，分离气体经过流量计计量后排到通风橱。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1)可对有大流量气相流体的产出过程进行压力控制；

2)对压力波动响应快，压力波动幅度低，压力控制精度高；

3)自动控制，可重复性高；

4)可灵活控制，实现不同的控压实验方案；

5)避免高温油水气复杂多相流体在通过节流装置时的乳化。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明一具体实施例中的用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置的示意图。

图2为实验过程中的模型压力控制实际效果图(设定压力为3000KPa)。

附图标记说明：

1-流量计 2-干燥器

3-过滤器 4-第二气液分离器，

5-针阀， 6-样品瓶，

7-天平， 8-针阀，

9-三通阀， 10-压力传感器，

11-针阀， 12-第一中间容器

13-针阀， 14-压力表，

16-气源， 17-针阀，

18-压力表， 19-针阀，

20-压力传感器， 21-波纹板，

22-第一气液分离器， 23-压力传感器，

24-温度传感器， 25-自动控制回压阀，

26-冷凝器， 27-流量计，

28-干燥器， 29-过滤器，

30-针阀， 31-高压可视窗，

32-针阀， 33-三通阀，

34-压力传感器， 35-针阀，

36-第二中间容器 100-来液管线，

200-出气管线， 301-储液腔，

302-储气腔， 303-活塞，

400-出液管线， 500-充气管线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置，该产出控制装置至少包括：来液管线100、第一气液分离器22、出气管线200、自动控制回压单元和中间容器；

所述来液管线100与所述第一气液分离器22的进料口相连通，所述第一气液分离器22的出气口与所述出气管线200相连通，所述第一气液分离器22的出液口与所述中间容器相连通；

所述出气管线200上设置有自动控制回压单元，所述自动控制回压单元根据来液管线100的压力控制出气管线200的开关，从而实现对来液管线的压力控制，即可控制实验模型的压力。

本发明还提供一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制方法，采用如以上产出控制装置，包括以下步骤：

将所述来液管线100与稠油注高温气相溶剂实验模型相连，产出流体先进入第一气液分离器22，以气相为主的流体自第一气液分离器22的出气口进入出气管线200，以液相为主的流体(主要是泡沫油，在分离器底部聚集并逐渐消泡分离)，在重力作用下缓慢自第一气液分离器22的出液口流到中间容器；所述自动控制回压单元通过控制所述出气管线200的开关以控制来液管线100在预定压力范围。

本发明提出的用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置及方法，由稠油注高温气相溶剂实验模型产出的流体为为稠油、水、气的多相复杂混合物，对压力波动敏感。产出流体先进入第一气液分离器22进行气液分离，通过自动控制回压单元控制出气管线200的压力，实现对大流量气相流体的产出过程进行压力控制。

在本发明一个可选的例子中，中间容器内设有互不相通的储液腔310和储气腔320，储气腔320和储液腔310通过活塞330隔断，活塞330能沿中间容器的内壁往复移动，所述储液腔310与所述第一气液分离器22的出液口相连通。

在本发明一个可选的例子中，所述产出控制装置包括两个以上所述中间容器，两个以上所述中间容器交替使用，例如图1中设置有两个中间容器：第一中间容器12和第二中间容器36。具体的，第一气液分离器22的出液口分别与第一中间容器12和第二中间容器36连接，连接管路上分别设置有压力传感器10、34和针阀11、35。

在本发明一个可选的例子中，所述产出控制装置还包括出液管线400、第二气液分离器4、充气管线500和气源16(例如图1中为氮气气瓶)。图1中设置有两个中间容器，气源16通过充气管线500分别与中间容器的储气室相连通，连通的管线的设置有针阀15和17、压力表14和18，进一步的，两边连接管线上还设置有排空管线，其上设置有针阀13和19，用以在中间容器充液时排出储气腔中的气体。

所述中间容器的储液腔310通过所述出液管线400与所述第二气液分离器4相连通，所述中间容器的储气腔320通过所述充气管线500与所述气源16相连通。具体的，出液管线400上设置有针阀8。

在本发明一个可选的例子中，所述中间容器的储液腔310与所述第一气液分离器22的出液口以及出液管线400之间设置有三通阀，图1中具体为三通阀9和33。可以切换实现两个中间容器的使用。

在本发明一个可选的例子中，所述第二气液分离器4的出气口依次与过滤器3、干燥器2、流量计1相连通，所述第二气液分离器4的出液口与样品瓶6相连通，样品瓶6还可以配置天平7。例如，在第一中间容器12装满后，切换第二中间容器36与第一气液分离器22相连通以收集液相，并排出第一中间容器12中油样进入出液管线400，然后在第二气液分离器4中进一步分离出气体，经过流量计1计量后排到通风橱，液相油水通过底部的针阀5进入样品瓶6，其质量由天平7获得。

在本发明一个可选的例子中，所述自动控制回压单元包括自动控制回压阀25、压力传感器20和控制单元(图中未示出)；所述自动控制回压阀设置于所述出气管线200上，所述压力传感器20设置于所述来液管线100上；所述自动控制回压阀25和压力传感器20均与所述控制单元电连接；所述控制单元通过所述自动控制回压阀25控制所述出气管线200的压力。具体的，气相为主的流体从顶部离开第一气液分离器22，当产出流体压力低于实验预设操作压力时，自动控制回压阀25保持关闭；当压力超过操作压力时，自动控制回压阀25打开。

在本发明一个可选的例子中，所述出气管线200依次与冷凝器26、过滤器29、干燥器28、流量计27相连通。

在本发明一个可选的例子中，所述冷凝器的出口还并联有高压可视窗31。高压可视窗31采用本领域现有部件即可，其结构主体一般都是类似三明治，主要是两块透光材料(如玻璃)夹在一起，流体进入可视窗后，可进行直接光学观察。材质要求耐高温高压，本实施中温度最高150℃，压力10MPa。

具体的，气相为主的流体进入冷凝器26后，依次通过过滤器29、干燥器28后经气体流量计27计量后进入通风橱；当进行取样或者流体观察时，可打开针阀30，将气相为主的流体导入到高压可视窗31内进行观察，之后可打开针阀32排出。

在装置具体设置时，根据具体的产出流体处理量设置第一气液分离器22，例如图1中第一气液分离器22中设置有波纹管21，为保持温类的，第二气液分离器4为冷凝降温类的。本发明中进入第一气液分离器22的流体为高温气相溶剂和稠油、少量水的混合物，在高速产出时一般形成泡沫状，油滴被气相溶剂携带快速向上运动。波纹板21主要用于破坏泡沫稳定性，阻止液相流体(稠油)冲入第一气液分离器22上部，而阻塞上部气相流体流程，波纹板间隔设置2-5cm。

在本发明一个可选的例子中，在出气管线上还设置有压力传感器23和温度传感器24，以实时监测产出气的压力和温度。

本发明实施例中所使用的阀门多为针阀，一是针阀耐高压工况，二是控制气液多相流流量比较方便可靠。

将图1的装置用于一组模型高温注丙烷开采稠油实验，操作温度200℃，压力3000KPa，实验注气速率50mL/min。50℃脱气原油粘度10万厘泊，模型填砂渗透率120darcy，模型大小为100x 10x 25cm。在模型底部部署双水平井，模拟SAGD重力泄为主的采油过程。

实验过程中，本发明提出的用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制方法的操作流程如下：

1.准备

a)实验前确保流程所有阀门关闭；

b)管线流程完成密封性测试；

c)所有压力传感器经过标定且输出稳定读数；

d)温度传感器24经过标定且输出稳定读数；

e)标定气体流量计1、27，并测试实时数据采集功能；

f)设置气源16的出口压力高于实验操作压力200-1000KPa(取决于中间容器的加工精度，如果中间容器的活塞移动摩擦阻力小，那么压力就可以略低；实验室一般加工的中间容器的摩擦阻力在500KPa左右，因此可设置为高于实验操作压力500KPa)，打开针阀15、17，气体经过减压后进入第一中间容器12、第二中间容器36，中间容器的活塞移动到顶部，随后关闭针阀15、17；

g)启动第二气液分离器4和冷凝器26的冷液循环，并达到稳定的预设温度；

h)三通阀9将第一中间容器12的上部储液腔301与第一气液分离器22的底部出液口相通，而三通阀33将第二中间容器36的上部储液腔301经过出液管线400与第二气液分离器4相连通；

i)通过程序设置自动控制回压阀25的压力到预定实验值，根据压力传感器20，实施反馈自动控制；

自动控制回压阀25控制出气管线200在实验要求的操作压力附近小幅波动，波动幅度为实验操作压力的0.5％，比如实验操作压力为3000KPa，该自动控制回压阀25将在反馈控制程序的指引下频繁开闭(当压力下降到2985KPa时关闭阀门，而压力上升到3015KPa时打开阀门)，确保压力在2985-3015KPa间波动。

j)通风橱打开排风；

2.产出压力控制和流体收集

a)实验开始后，大流量高温产出流体自来液管线100先进入第一气液分离器22；

b)气相为主的流体从顶部出气口离开第一气液分离器22，当产出流体压力低于实验预设操作压力时，自动控制回压阀25保持关闭；当压力超过操作压力时，自动控制回压阀25打开；

c)气相为主的流体进入冷凝器26后，依次通过过滤器29、干燥器28后经流量计27计量后进入通风橱；

d)当进行取样或者流体观察时，可打开针阀30，将气相为主的流体导入到高压可视窗31内；

e)以液相为主的流体从第一气液分离器22的底部出液口进入第一中间容器12。由于有左右两条处理流程，以下先对左侧流程(即第一中间容器12)的操作加以说明，右侧的操作类似。

f)调整三通阀9，使得第一中间容器12与第一气液分离器22底部出液口相通，打开针阀11，将产出液体导入左侧第一中间容器12，同时打开针阀13。

g)当以液相为主的产出流体接近装满第一中间容器12时，关闭针阀13，打开针阀15，然后调整三通阀9，使得第一中间容器12顶部储液腔301与第二气液分离器4的入口相通。同时启动右侧处理流程，即调整三通阀33，使得产出液相流体进入第二中间容器36。

h)以液相为主的流体在第二气液分离器4内部进一步发生气液分离，液相油水通过底部的针阀5进入样品瓶6，其质量由天平7获得。其中分离出的气相则经过第二气液分离器4顶部出气口，依次通过过滤器3、干燥器2和流量计1，最后排入通风橱中。

i)重复以上步骤。

图2为实验过程中模型压力控制实际效果图，实验设定压力与实际控制压力之间保持着约30KPa的压差，能保证比例模拟实验的正常进行。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制装置，其特征在于，该产出控制装置包括：来液管线、第一气液分离器、出气管线、自动控制回压单元和中间容器；

所述来液管线与所述第一气液分离器的进料口相连通，所述第一气液分离器的出气口与所述出气管线相连通，所述第一气液分离器的出液口与所述中间容器相连通；

所述出气管线上设置有自动控制回压单元，所述自动控制回压单元通过控制所述出气管线的开关以控制来液管线在预定压力范围。

2.根据权利要求1所述的产出控制装置，其特征在于，所述中间容器内设有互不相通的储液腔和储气腔，所述储气腔和所述储液腔通过活塞隔断，所述活塞能沿所述中间容器的内壁往复移动，所述储液腔与所述第一气液分离器的出液口相连通。

3.根据权利要求2所述的产出控制装置，其特征在于，所述产出控制装置包括两个以上所述中间容器，该两个以上所述中间容器交替使用。

4.根据权利要求3所述的产出控制装置，其特征在于，所述产出控制装置还包括出液管线、第二气液分离器、充气管线和气源；

所述中间容器的储液腔通过所述出液管线与所述第二气液分离器相连通，所述中间容器的储气腔通过所述充气管线与所述气源相连通。

5.根据权利要求4所述的产出控制装置，其特征在于，所述中间容器的储液腔与所述第一气液分离器的出液口以及出液管线之间设置有三通阀。

6.根据权利要求4所述的产出控制装置，其特征在于，所述第二气液分离器的出气口依次与过滤器、干燥器、流量计相连通，所述第二气液分离器的出液口与样品瓶相连通。

7.根据权利要求1-6任一项所述的产出控制装置，其特征在于，所述自动控制回压单元包括自动控制回压阀、压力传感器和控制单元；

所述自动控制回压阀设置于所述出气管线上，所述压力传感器设置于所述来液管线上；所述自动控制回压阀和压力传感器均与所述控制单元电连接；所述控制单元通过所述自动控制回压阀控制所述出气管线的压力。

8.根据权利要求7所述的产出控制装置，其特征在于，所述出气管线依次与冷凝器、过滤器、干燥器、流量计相连通。

9.根据权利要求8所述的产出控制装置，其特征在于，所述冷凝器的出口还并联有高压可视窗。

10.一种用于稠油注高温气相溶剂实验的产出控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的产出控制装置，包括以下步骤：

将所述来液管线与稠油注高温气相溶剂实验模型相连，产出流体先进入第一气液分离器，以气相为主的流体自第一气液分离器的出气口进入出气管线，以液相为主的流体自第一气液分离器的出液口进入中间容器；所述自动控制回压单元通过控制所述出气管线的开关以控制来液管线在预定压力范围。

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