CN114753819B - 一种稠油油藏的火驱装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种稠油油藏的火驱装置及系统，该装置包括：保温套，以及设置在所述保温套内的装置本体、外盖板和岩心室；在所述装置本体上设有本体开口，所述外盖板设置在所述本体开口处，所述外盖板用于密封所述装置本体；所述岩心室嵌入在所述装置本体内，用于模拟稠油油藏。该装置能精准地开展火驱实验，在火驱实验后在岩心室中保留完整的火驱区带，还便于在火驱实验后的对岩心进行精准地观察，精准地认识和描述火驱区带中各区带的主要特征，以及研究人员取样。因此，该火驱装置满足火驱开发研究，为后续开采稠油油藏提供可靠的依据。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种稠油油藏的火驱装置及系统。
背景技术
火烧油层是提高稠油油藏原油采收率的重要方法之一，是通过电点火或化学点火等方法使油层温度达到原油可燃温度，并向油层注入空气或氧气使油层原油持续燃烧的采油方法。火烧油层又称层内燃烧或火驱。该技术最大特点是利用油层本身的部分裂解产物作燃料，在地下不断燃烧生热，大量的热量提高了油层温度、降低了原油粘度、增强了原油流动性，依靠热力和其它综合驱动力的作用，实现提高采收率目的。
以往火驱实验是通过常规火驱一维模型装置开展的，该装置的端面装填方式只能是，在火驱实验后从该装置的两端中掏出岩心样品，再通过复位岩心样品得到火驱区带。这种方式不利于保持火驱实验后的火驱区带的完整性，难以获得精准的火驱区带中各区带的具有代表性的岩心和流体样品。
发明内容
本申请实施例通过提供一种稠油油藏的火驱装置及系统，解决了现有技术中在火驱实验后得到火驱区带中各区带的岩心和流体样品精准度低的技术问题，实现了完整火驱区带的保留，精准认识火驱区带中各区带的主要特征，满足火驱开发研究，为后续开采稠油油藏提供可靠的依据等技术效果。
第一方面，本发明实施例提供一种稠油油藏的火驱装置，包括：保温套，以及设置在所述保温套内的装置本体、外盖板和岩心室；
在所述装置本体上设有本体开口，所述外盖板设置在所述本体开口处，所述外盖板用于密封所述装置本体；
所述岩心室嵌入在所述装置本体内，用于模拟稠油油藏。
优选的，所述岩心室还包括：岩心室开口，所述岩心室开口与所述岩心室连通；
所述装置还包括：隔热板，所述隔热板与所述岩心室开口相匹配，用于密封所述岩心室。
优选的，所述装置还包括：垫板，所述垫板设置在所述隔热板与所述外盖板之间。
优选的，所述装置还包括：注气井管和生产井管，所述注气井管和所述生产井管均贯穿所述保温套和所述装置本体，所述注气井管与所述岩心室的一端连通，所述生产井管与所述岩心室的另一端连通。
优选的，所述装置还包括：点火器管，所述点火器管贯穿所述保温套和所述装置本体，且所述点火器管与所述岩心室连通所述注气井管的一端连通。
优选的，所述装置还包括：测量组件，所述测量组件通过衬管贯穿所述保温套和所述装置本体，且设置在所述岩心室中。
优选的，所述测量组件包括温度传感器、压力传感器和流体取样管。
优选的，所述装置还包括隔热层；所述隔热层设置在所述装置本体的内壁上，用于减少所述岩心室在火驱实验中散热损失。
优选的，所述装置还包括：石墨垫圈，所述石墨垫圈设置在所述外盖板与所述本体开口之间，以密封所述装置本体。
基于同一发明构思，第二方面，本发明还提供一种稠油油藏的火驱系统，包括：
如上所述的稠油油藏的火驱装置，与所述稠油油藏的火驱装置相连接的气体注入单元、点火单元、产出计量单元和数据处理单元；
所述气体注入单元，用于注入气体，进行火驱实验；
所述点火单元，用于在所述火驱实验中进行点火；
所述产出计量单元，用于在所述火驱实验中对排放的尾气进行监测；
所述数据处理单元，用于在所述火驱实验中对所述岩心室内的温度和压力进行监测分析。
优选的，所述气体注入单元包括：依次相连的空气压缩机、气体减压阀、第一气体流量计和单向控制阀，其中，所述单向控制阀还与所述注气井管连接。
优选的，所述点火单元包括：依次相连的点火器、控制阀和保护装置，其中，所述保护装置还与所述点火器管连接。
优选的，所述产出计量单元包括：液体收集器，以及依次相连的回压控制阀、气液分离装置、第二气体流量计和尾气监测仪，所述液体收集器与所述气液分离装置相连，其中，所述回压控制阀还与生产井管连接。
优选的，所述数据处理单元包括：依次相连的数据采集器和终端设备，其中，所述数据采集器还与所述测量组件连接。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本发明实施例中，本发明实施例的火驱装置通过嵌入在装置本体内的岩心室，装填石英砂、石油和水等物质，以模拟稠油油藏；再通过外盖板和装置本体将装置本体进行密封，以使岩心室处于封闭的空间中，为后续火驱实验建立模拟稠油油藏的基础条件。由于岩心室嵌入在装置本体内，且装填物质的过程是直接通过装置本体的本体开口达到岩心室中，方便构建稠油油藏火驱实验的模型，模拟稠油油藏与装填物质。在进行火驱实验后，直接打开外盖板，在岩心室中保留完整的火驱区带，还便于在火驱实验后的对岩心进行精准地观察，精准地认识和描述火驱区带中各区带的主要特征，以及研究人员取样。因此，该火驱装置满足火驱开发研究，为后续开采稠油油藏提供可靠的依据。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例中的稠油油藏的火驱装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中的稠油油藏的火驱系统的模块示意图；
图3示出了本发明实施例中的气体注入单元的模块示意图；
图4示出了本发明实施例中的点火单元的模块示意图；
图5示出了本发明实施例中的产出计量单元的模块示意图；
图6示出了本发明实施例中的数据处理单元的模块示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
本发明第一实施例提供了一种稠油油藏的火驱装置100，如图1所示，包括：保温套101，以及设置在保温套101内的装置本体102、外盖板103和岩心室104；
在装置本体102上设有本体开口，外盖板103设置在本体开口处，外盖板103用于密封装置本体102；
岩心室104嵌入在装置本体102内，用于模拟稠油油藏。
具体地，岩心室104嵌入在装置本体102内，用于装填稠油油藏的物质，如石英砂、石油和水等物质，以模拟稠油油藏。装置本体102采用高强度不锈钢焊接而成的壳体，装置本体102的形状可为长方形或正方形或其他形状。外盖板103设置在本体开口处，与装置本体102的本体开口相匹配，以密封装置本体102。为了进一步达到密封装置本体102的效果，在外盖板103与本体开口之间设有石墨垫圈，并且外盖板103采用螺栓方式封盖密封。保护套套设在由装置本体102内的物件(如岩心室104)、装置本体102与外盖板103所构成的整体上，保护套采用电加热方式给该整体升温并恒温控制，以建立所模拟油藏初始温度的条件，初始温度为实施火驱实验前的温度或是在对稠油油藏开采前的温度。
本实施例的火驱装置100能耐温1000℃，耐压15MPa，其通过嵌入在装置本体102内的岩心室104，装填石英砂、石油和水等物质，以模拟稠油油藏；再通过外盖板103和装置本体102将装置本体102进行密封，以使岩心室104处于封闭的空间中，为后续火驱实验建立模拟稠油油藏的基础条件。由于岩心室104嵌入在装置本体102内，且装填物质的过程是直接通过装置本体102的本体开口达到岩心室104中，方便构建稠油油藏火驱实验的模型，模拟稠油油藏与装填物质。在进行火驱实验后，直接打开保护套和外盖板103，在岩心室104中保留完整的火驱区带，便于在火驱实验后的对岩心进行精准地观察，精准地认识和描述火驱区带中各区带的主要特征，以及研究人员取样。因此，该火驱装置100满足火驱开发研究，为后续开采稠油油藏提供可靠的依据。
岩心室104还包括：岩心室104开口，岩心室104开口与岩心室104连通；该火驱装置100还包括：隔热板105，隔热板105与岩心室104开口相匹配，用于密封岩心室104，还用于在火驱实验中，压实岩心室104中的物质，并减小岩心室104在火驱实验中的热损失，提高火驱实验的精度。
火驱装置100还包括：垫板106，垫板106设置在隔热板105与外盖板103之间，用于进一步密封岩心室104与压实岩心室104中的物质，减少在火驱实验中的热损失，提高火驱实验的精度。
火驱装置100还包括：注气井管和生产井管，注气井管和生产井管均贯穿保温套101和装置本体102，注气井管与岩心室104的一端连通，生产井管与岩心室104的另一端连通。其中，注气井管用于在火驱实验中向岩心室104内通过空气或蒸汽，以方便进行火驱实验或蒸汽实验；生产井管用于在火驱实验中或在蒸汽实验中，排出尾气和液体，以便于研究人员对排出的尾气和液体进行采集和分析，实时监测和调控岩心室104内的燃烧状态。
火驱装置100还包括：点火器管，点火器管贯穿保温套101和装置本体102，且点火器管与岩心室104连通注气井管的一端连通，即在岩心室104与注气井管连通的一端，岩心室104的该端还与点火器管连通。其中，点火器管用于在火驱实验中进行点火。
在本实施例的火驱装置100中，由于注气井管、生产井管和点火器管的设置，不仅可以单独进行注蒸汽实验或火驱实验，还可联合进行注蒸汽实验和火驱实验。
火驱装置100还包括：测量组件，测量组件通过衬管贯穿保温套101和装置本体102，且设置在岩心室104中。该测量组件包括温度传感器和压力传感器。测量组件还可以包括流体取样管。
具体来讲，测量组件(即温度传感器和压力传感器)通过衬管贯穿保温套101和装置本体102，到达岩心室104内，以使温度传感器和压力传感器在岩心室104内的相同的测量点或不同的测量点进行测温测压，便于操作人员在火驱实验的过程中监测岩心室104内的温度场和压力场发育变化情况，还用于在火驱实验中，通过流体取样管提取流体样品进行研究分析，实时监测岩心室104内的燃烧状态。测量组件的温度传感器的数量，压力传感器的数量，以及岩心室104内的测量点均根据实际需求而设置。温度传感器优选热电偶。
衬管的一端连接岩心室104，另一端连接多通接头。衬管起到隔热作用，保护测量组件不受到损害。通过多通接头，将所测量的温度数据、压力数据和流体取样分别传输至相应的设备中。例如，温度数据通过温度传感器和多通接头达到分析温度的终端设备中，压力数据通过压力传感器和多通接头达到分析压力的终端设备中。还需要注意的是，流体取样通过压力传感器和多通接头达到分析流体取样的设备中时，配有高温高压阀门。
火驱装置100还包括隔热层；隔热层设置在装置本体102的内壁上，用于封闭装置本体102和岩心室104，减少岩心室104在火驱实验中的热损失，提高火驱实验的精度。
火驱装置100还包括：轴承组件，轴承组件与装置本体102相连，用于旋转或摇摆装置本体102，以使火驱装置100在火驱实验中受热均匀。轴承组件类似风扇的支撑柱及使扇叶旋转的零部件，火驱装置100类似风扇的扇叶。
本实施例的火驱装置100的实验方法：
第一步，根据实验目的和方案，在岩心室104中布设温度和压力的测量点，选用石英砂装填至岩心室104中。在装填后，依次将隔热板105、垫板106和外盖板103盖住岩心室104和装置本体102，以密封岩心室104和装置本体102；再将保护套套装整个火驱装置100；然后将点火器管、注气井管和生产井管放置在相应的位置。在火驱装置100完成准备后，通过生产井管抽取空气，以使岩心室104呈真空状态，同时通过注气井管向岩心室104注入水，测定火驱装置100的孔隙体积。再通过注气井管注入原油，以油驱水方式，直至生产井管不再出水为止，计算水的饱和度和原始含油饱和度。
第二步，启动保温套101，保温套101给火驱装置100升温至油藏的初始温度。待达到油藏的初始温度后，保温套101进行恒温控制，以模拟油藏的初始温度。
第三步，在设定点火温度后，启动点火器，通过点火管点火，同时通过注气井管注入空气。同步升高点火器温度与注气速率，直至点燃油层。当注气井管附近的油砂温度升高到原油门槛温度以上，温度不断升高，高温区域不断扩大，尾气指标达到高温氧化条件时，点火结束。其中，原油门槛温度为在1个小时内能够点燃原油的最低的点火温度。
第四步，在实现高温氧化后，关闭点火器，注气井管保持并逐步提高注气强度。实时监测通过生产井管排出的尾气和液体，以及通过测量组件测量出的温度数据和压力数据。根据排出的尾气和液体的连续变化，以及测量出的温度数据和压力数据进行综合判识装置本体102中的燃烧状态，同时根据岩心室104内测量点的温度变化确定火线与生产井管的距离，及时进行调控。当生产井管连通岩心室104一端的端口温度达到300℃以上时，表明火线已接近生产井管，此时应控制或降低生产井管的产气量，确保火线持续稳定推进。实验过程中连续记录温度数据和压力数据，按不同时间间隔采集尾气和产出液样品。
第五步，当火线前缘推进至岩心室104内的不同位置时，可根据实验目的改注氮气进行灭火，保留火驱试验后的完整的火驱区带分布，结束火驱驱替过程。
第六步，待火驱装置100冷却后，将火驱装置100按流程卸下，依次拆除保温套101、外盖板103、垫板106和隔热板105，露出岩心室104内火驱后的砂体。对火驱后的砂体进行常光、荧光拍照等资料录取，同时对不同火驱区带按方案设计进行定点岩心样品提取与分析。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本实施例中，本实施例的火驱装置通过嵌入在装置本体内的岩心室，装填石英砂、石油和水等物质，以模拟稠油油藏；再通过外盖板和装置本体将装置本体进行密封，以使岩心室处于封闭的空间中，为后续火驱实验建立模拟稠油油藏的基础条件。由于岩心室嵌入在装置本体内，且装填物质的过程是直接通过装置本体的本体开口达到岩心室中，方便构建稠油油藏火驱实验的模型，模拟稠油油藏与装填物质。在进行火驱实验后，直接打开外盖板，在岩心室中保留完整的火驱区带，还便于在火驱实验后的对岩心进行精准地观察，精准地认识和描述火驱区带中各区带的主要特征，以及研究人员取样。因此，该火驱装置满足火驱开发研究，为后续开采稠油油藏提供可靠的依据。
实施例二
基于相同的发明构思，本发明第二实施例还提供了一种稠油油藏的火驱系统，如图2所示，包括：
如实施一所述的稠油油藏的火驱装置100，与所述稠油油藏的火驱装置100相连接的气体注入单元201、点火单元202、产出计量单元203和数据处理单元204；
所述气体注入单元201，用于注入气体，进行火驱实验；
所述点火单元202，用于在所述火驱实验中进行点火；
所述产出计量单元203，用于在所述火驱实验中对排放的尾气进行监测；
所述数据处理单元204，用于在所述火驱实验中对所述岩心室内的温度和压力进行监测分析。
作为一种可选的实施例，如图3所示，所述气体注入单元201包括：依次相连的空气压缩机2011、气体减压阀2012、第一气体流量计2013和单向控制阀2014，其中，所述单向控制阀2014还与所述注气井管连接。气体减压阀2012用于将空气压缩机2011发送的高压空气调整到实验所需的压力，单向控制阀2014用于确保注入的气体在火驱装置内单向流动。
作为一种可选的实施例，如图4所示，所述点火单元202包括：依次相连的点火器2021、控制阀2022和保护装置2023，其中，所述保护装置2023还与所述点火器连接。其中，护装置2023包括安全阀，用于当火驱装置的实际压力超过火驱装置能承受的最大压力时，外泄气体降压，起到保护作用。控制阀2022用于当点火器2021完成点火后，将其与火驱装置切断开。
作为一种可选的实施例，如图5所示，所述产出计量单元203包括：液体收集器2035，以及依次相连的回压控制阀2031、气液分离装置2032、第二气体流量计2033和尾气监测仪2034，所述液体收集器2035与所述气液分离装置2032相连，其中，所述回压控制阀2031还与生产井管连接。回压控制阀2031用于控制产出流体的压力，确保火驱装置中的压力符合实验要求，尾气检测仪2034用于在线分析火驱过程中产出的CO2、O2等气体含量，为判断火驱装置中火驱燃烧状态提供依据。
作为一种可选的实施例，如图6所示，所述数据处理单元204包括：依次相连的数据采集器2041和终端设备2042，其中，所述数据采集器2041还与所述测量组件连接。数据采集器2041用于将测量组件测量出的温度数据和压力数据传输至终端设备2042中，以供终端设备2042形成温度分布图和压力分布图，并对这两个分布图进行解析。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种稠油油藏的火驱装置，其特征在于，包括：保温套，以及设置在所述保温套内的装置本体、外盖板和岩心室；
在所述装置本体上设有本体开口，所述外盖板设置在所述本体开口处，所述外盖板用于密封所述装置本体；
所述岩心室嵌入在所述装置本体内，用于模拟稠油油藏，在进行火驱实验后，通过直接打开外盖板，在岩心室中保留完整的火驱区带；
其中，所述保温套用于给所述火驱装置升温，以模拟油藏的初始温度；
所述岩心室还包括：岩心室开口，所述岩心室开口与所述岩心室连通；
所述装置还包括：隔热板，所述隔热板与所述岩心室开口相匹配，用于密封所述岩心室；
垫板，所述垫板设置在所述隔热板与所述外盖板之间；
隔热层，所述隔热层设置在所述装置本体的内壁上，用于减少所述岩心室在火驱实验中散热损失；
所述装置还包括：注气井管和生产井管，所述注气井管和所述生产井管均贯穿所述保温套和所述装置本体，所述注气井管与所述岩心室的一端连通，所述生产井管与所述岩心室的另一端连通；
点火器管，所述点火器管贯穿所述保温套和所述装置本体，且所述点火器管与所述岩心室连通所述注气井管的一端连通。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：测量组件，所述测量组件通过衬管贯穿所述保温套和所述装置本体，且设置在所述岩心室中。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述测量组件包括温度传感器、压力传感器和流体取样管。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：石墨垫圈，所述石墨垫圈设置在所述外盖板与所述本体开口之间，以密封所述装置本体。
5.一种稠油油藏的火驱系统，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一项所述的稠油油藏的火驱装置，与所述稠油油藏的火驱装置相连接的气体注入单元、点火单元、产出计量单元和数据处理单元；
所述气体注入单元，用于注入气体，进行火驱实验；
所述点火单元，用于在所述火驱实验中进行点火；
所述产出计量单元，用于在所述火驱实验中对排放的尾气进行监测；
所述数据处理单元，用于在所述火驱实验中对所述岩心室内的温度和压力进行监测分析。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气体注入单元包括：依次相连的空气压缩机、气体减压阀、第一气体流量计和单向控制阀，其中，所述单向控制阀还与注气井管连接。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述点火单元包括：依次相连的点火器、控制阀和保护装置，其中，所述保护装置还与所述点火器管连接。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述产出计量单元包括：液体收集器，以及依次相连的回压控制阀、气液分离装置、第二气体流量计和尾气监测仪，所述液体收集器与所述气液分离装置相连，其中，所述回压控制阀还与生产井管连接。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：依次相连的数据采集器和终端设备，其中，所述数据采集器还与测量组件连接。
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