CN116378616B - 适用于三维火烧油层试验的装置、装置的制作方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及适用于稠油热采开发技术领域,具体的为一种适用于三维火烧油层试验的装置、装置的制作方法及应用。适用于三维火烧油层试验的装置，包括：依次连接的釜体下盖、釜体侧壁、釜体上盖；在釜体腔体内设置保温层、防渗透层，将试验用的油砂填充到填油砂腔体内。本申请的适用于三维火烧油层试验的装置结构简单、制造成本较低，制造工艺简单，维护简单；保温效果好，散热量低，不需要进行外部加热补偿温度散失，能够真实的模拟现场的试验环境，并且节约了补偿加热的能源；加热快、效率高；一次成型后可多次重复使用，使用周期长。
Description
技术领域
本申请涉及适用于稠油热采开发技术领域,具体的为一种适用于三维火烧油层试验的装置、装置的制作方法及应用。
背景技术
火烧油层试验点火时，需要将注气井周围的油层温度加热到点火温度（一般为420-470℃），这样不仅要求点火装置的升温速率快，更重要的是试验模型的保温效果要好，尤其对于大型三维模型，模型本身壁厚较厚散热率较高所以模型的保温更重要。
目前国内外对于三维火烧油层试验模型的尺寸都在500x500x200以下，常用的保温方式都是外部加热氮气保温和外部的缠绕包裹保温，这些手段任然规避不了釜体内外温差大散热快的缺陷，因此试验过程中大多都采用的外部温度补偿和外部保温的双重方案，这种方案的弊端是:第一制造成本较高制造工艺复杂，维护困难；第二通过外部加热补偿温度散失不能够真实的模拟现场的试验环境；第三通过外部加热就会造成不必要的电力资源浪费。
发明内容
为了尤其适用于模拟大型三维火烧油层试验中，三维本体模型在试验中的内部保温方式，有效的防止了大型三维本体由于模型本身壁厚而导致的热量损失，影响模拟试验效果，本申请提供一种适用于三维火烧油层试验的装置、装置的制作方法及应用。
本申请提供的一种适用于三维火烧油层试验的装置、装置的制作方法及应用，采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种适用于三维火烧油层试验的装置。
一种适用于三维火烧油层试验的装置，包括：
能够连接形成腔体的釜体下盖、釜体侧壁，能够与所述釜体侧壁连接覆盖腔体的釜体上盖；
在所述釜体下盖的内侧固定设置有底层保温层；在所述釜体侧壁的内侧固定设置有侧壁保温层；在所述底层保温层的内侧设置有底层防渗透层；在所述侧壁保温层的内侧设置有侧壁防渗透层；所述底层防渗透层和所述侧壁防渗透层形成填油砂腔体，该填油砂腔体用以填充油砂；
所述釜体上盖的内侧固定设置有顶层保温层，所述顶层保温层内侧设置有顶层防渗透层，所述顶层防渗透层覆盖与所述填油砂腔体内填充的油砂上部，且满填所述釜体侧壁的径向空间。
通过采用上述技术方案，通过在釜体下盖、釜体侧壁和釜体上盖内部设置保温层，达到保温效果，并通过防渗透层防止油水渗透至保温层，以保证试验数据准确，同时防渗透层还具有保温效果，与保温层形成双重保温，实现了良好的保温效果。有效的防止了大型三维本体由于模型本身壁厚而导致的热量损失，保证了模拟试验的效果。并且结构简单、制造成本较低，制造工艺简单，维护简单，可重复使用。
可选的，所述釜体上盖与所述顶层保温层之间设置有顶层弹性盖层。
通过采用上述技术方案，通过设置顶层弹性盖层，有利于防止火驱试验过程中油砂层坍塌，形成空隙而导致气串，容易导致试验失败的问题。
可选的，所述底层保温层、侧壁保温层、顶层保温层的导热系数不大于0.5W/m*k。
通过采用上述技术方案，保温隔热效果好。
可选的，所述底层保温层、侧壁保温层、顶层保温层包括保温聚合物，和/或，保温砂浆，和/或，包覆保温聚合物的保温砂浆。
通过采用上述技术方案，公开了保温层的组成。
可选的，所述保温聚合物采用EPS板；
所述保温砂浆包括按重量份：抹面抗裂砂浆30-40份、粘结砂浆5-20份、聚苯颗粒胶浆25-45份、玻化微珠无机保温砂浆8-15份，混合后加水调匀。
通过采用上述技术方案，公开了保温聚合物的种类，保温砂浆的组成。
可选的，所述底层防渗透层、侧壁防渗透层、顶层防渗透层采用陶泥。
通过采用上述技术方案，采用陶泥，具有油、水渗透差，可塑性好，高温性能好，涂抹一层陶泥实质为了防止试验混合油砂中的油水渗透到保温层中，导致试验数据不准。并且陶泥防渗透层既可以实现防止油水的渗透效果同时具有保温效果。
可选的，所述顶层弹性盖层采用玻璃纤维石棉板。
通过采用上述技术方案，玻璃纤维石棉板耐高温且具有一定的弹性，有利于防止火驱试验过程中油砂层坍塌。
第二方面，本申请提供一种适用于三维火烧油层试验的装置的制作方法，采用如下的技术方案：
一种适用于三维火烧油层试验的装置的制作方法，包括步骤：
腔体制作，将釜体下盖与釜体侧壁连接；
底层保温层制作；底层保温层均匀的涂抹在釜体下盖与釜体侧壁形成的腔体内，并位于釜体下盖的上表面；
侧壁保温层制作；将箱式模型固定置于腔体中心，且位于底层保温层上，箱式模型与釜体侧壁之间具有一间隙，将保温砂浆填充在该间隙中；
箱式模型拆除；
底层防渗透层制作；将底层防渗透层均匀的涂抹在底层保温层上；
侧壁防渗透层制作；将侧壁防渗透层均匀的涂抹在侧壁保温层内侧；
顶层防渗透层制作；将顶层防渗透层均匀的涂抹覆盖在压实的试验油砂表面；
顶层保温层制作；将顶层保温层均匀的涂抹在顶层防渗透层上表面；
顶层弹性盖层安装，将顶层弹性盖层覆盖在顶层保温层上表面；
釜体上盖安装，将釜体上盖压盖在顶层弹性盖层上表面，并将釜体上盖与釜体侧壁紧固连接。
通过采用上述技术方案，公开了适用于三维火烧油层试验的装置的制作主要步骤。其制作简单，操作方便。
可选的，侧壁保温层制作步骤中使用的箱式模型包括模型框、内支撑、外支撑，模型框构设为筒柱体状，内支撑交错的支撑在模型框内部；外支撑一侧固定抵触在模型框外部，另一侧固定抵触在釜体侧壁内侧，且位于釜体侧壁上缘处。
通过采用上述技术方案，公开了侧壁保温层制作用的箱式模型的结构，该结构简单，操作方便，固定时牢固，拆卸时方便。
第三方面，本申请提供一种三维火烧油层试验的方法，采用如下的技术方案：
一种三维火烧油层试验的方法，应用前述的适用于三维火烧油层试验的装置进行三维火烧油层试验。
通过采用上述技术方案，公开了适用于三维火烧油层试验的装置的应用。在三维火烧油层试验的时候，通过在该装置内点火，以获得试验数据。
本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的适用于三维火烧油层试验的装置制造成本较低，制造工艺简单，维护简单；保温效果好，散热量低，不需要进行外部加热补偿温度散失，能够真实的模拟现场的试验环境，并且节约了补偿加热的能源；加热快、效率高；一次成型后可多次重复使用，使用周期长。
2.本申请防渗透层防止油水渗透至保温层，以保证试验数据准确，同时防渗透层还具有保温效果，与保温层形成双重保温，实现了良好的保温效果；不用通过高温的伴热即可实现油层温度的快速升高，可以快速的到达试验点火温度，同时保证了试验温度的波动平稳。
附图说明
图1是本申请适用于三维火烧油层试验的装置的结构示意图。
图2是本申请采用箱式模型安装侧壁保温层结构的示意图。
图3是图2的俯视示意图。
附图标记说明：
1、釜体下盖；2、下盖螺钉；3、釜体侧壁；4、底层保温层；5、底层防渗透层；6、侧壁保温层；7、侧壁防渗透层；8、填油砂腔体；9、顶层保温层；10、顶层防渗透层；11、顶层弹性盖层；12、釜体上盖；13、上盖螺钉；21、内支撑；22、模型框；23、外支撑。
实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开了一种适用于三维火烧油层试验的装置。
作为一个实施例，本次的试验模型相对于背景技术中提及的目前国内外对于三维火烧油层试验模型的尺寸都在500x500x200以下的情况，本次的试验模型规格参数为1000x500x300，尺寸更大、散热面积更大，因此基于本次的试验要求以及规避以往的弊端，申请人经过大量的试验，采用了一种新的保温方式，即：适用于三维火烧油层试验装置的内部保温方式。为此，设计了适用于三维火烧油层试验的装置。
参照图1，本申请的实施例中，适用于三维火烧油层试验的装置包括釜体下盖1、釜体侧壁3、釜体上盖12组成能够密封的空间，在釜体下盖1、釜体侧壁3、釜体上盖12的内侧设置保温层，通过保温层围设出填充试验油砂用的填油砂腔体8。具体的，釜体下盖1、釜体侧壁3能够通过下盖螺钉2连接，围设形成一个空心的腔体。在釜体下盖1的内侧固定设置有底层保温层4，在釜体侧壁3的内侧固定设置有侧壁保温层6，在底层保温层4的内侧设置有底层防渗透层5，在侧壁保温层6的内侧设置有侧壁防渗透层7，底层防渗透层5和侧壁防渗透层7形成填油砂腔体8，该填油砂腔体8用以填充油砂。在填油砂腔体8内填充油砂后，在油砂上设置顶层防渗透层10，顶层防渗透层10上设置顶层保温层9，在顶层保温层9上盖扣釜体上盖12，从而形成在釜体上盖12的内侧固定设置有顶层保温层9，顶层保温层9内侧设置有顶层防渗透层10，顶层防渗透层10覆盖与填油砂腔体8内填充的油砂上部，且满填釜体侧壁3的径向空间。釜体上盖12能够覆盖在顶层保温层9上，并且通过上盖螺钉13将釜体侧壁3和釜体上盖12紧固在一起。保温层可以防止火烧过程油层塌陷造成的保温层空隙发生气串，能够防止试验混合油砂中的油水渗透到保温层中，导致试验数据不准
在本实施例中，底层保温层4、侧壁保温层6、顶层保温层9保温层起到减少散热保温的效果，导热系数不大于0.5W/m*k，因此保温隔热效果好。具体的，底层保温层4、侧壁保温层6、顶层保温层9包括保温聚合物及包覆保温聚合物的保温砂浆。其中，作为一种优选方式，保温聚合物采用EPS板；保温砂浆包括按重量比例抹面抗裂砂浆3份、粘结砂浆1份、聚苯颗粒胶浆3份、玻化微珠无机保温砂浆1份，混合后加水调匀。通过多种材料均匀混合而成具有粘结性好、易固化成型性好、抗高温氧化性能好、抗高温干裂性能好。保温层制造成本低，安装要求的技术含量低因此安装成本也低。
在本实施例中，底层防渗透层5、侧壁防渗透层7、顶层防渗透层10采用陶泥。陶泥具有油、水渗透差，可塑性好，高温性能好，涂抹一层陶泥实质为了防止试验混合油砂中的油水渗透到保温层中，导致试验数据不准。并且陶泥防渗透层既可以实现防止油水的渗透效果同时具有保温效果。
作为进一步的优化，釜体上盖12与顶层保温层9之间设置有顶层弹性盖层11。在顶层保温层9上又增加一层弹性盖层。顶层弹性盖层11采用玻璃纤维石棉板，其特点是耐高温具有一定的弹性，防止火驱试验过程中油砂层坍塌，形成空隙而导致气串，容易导致试验失败。
在本实施例中，通过设置保温层和防渗透层，从而实质上形成了双重保温材料设置，实现了良好的保温效果。并且通过一次成型后可多次重复使用，使用寿命以及使用周期长，材料易固化成型，高温不老化不干裂。不用通过高温的伴热即可实现油层温度的快速升高，可以快速的到达试验点火温度，同时保证了试验温度的波动平稳。
本申请实施例还公开了适用于三维火烧油层试验的装置的制作方法。
首先将釜体下盖1通过下盖螺钉2与釜体侧壁3进行连接，形成腔体。
接着制作底层保温层4，将底层保温层4均匀的涂抹在釜体下盖1与釜体侧壁3形成的腔体内，并位于釜体下盖1的上表面。
然后制作侧壁保温层6，侧壁保温层6安装需要借助一个箱式模型进行辅助安装。参考附图2、附图3，箱式模型包括模型框22、内支撑21、外支撑23，模型框22构设为筒柱体状。
侧壁保温层6安装方式：需要在底层保温层4制作完成24h以上，底层保温层4完全固化后。再将模型框22放置在釜体下盖1与釜体侧壁3组成的腔体中心位置，并位于底层保温层4上。将外支撑23安装在模型框22与釜体侧壁3形成的空间中，并通过木螺钉固定在模型框22上；再将内支撑21放置在模型框22内分上下两层，并采用木螺钉固定在内支撑21，内支撑21成井字形布置。最后将配置好的保温砂浆填充在模型框22与釜体侧壁3形成的空间中，形成了侧壁保温层6。
待侧壁保温层6在24h以上且完全固化后，去掉外支撑23、内支撑21以及模型框22，将箱式模型拆除。然后制作底层防渗透层5、制作侧壁防渗透层7。将底层防渗透层5以及侧壁防渗透层7，均匀的涂抹在底层保温层4与侧壁保温层6内壁上，底层防渗透层5、侧壁防渗透层7围设的空间即为填油砂腔体8。待底层防渗透层5、侧壁防渗透层7固化，就可以将配置好的试验油砂填充在填油砂腔体8中，以防止底层防渗透层5以及侧壁防渗透层7干裂掉落。
填充完油砂并压实后，制作顶层防渗透层10，将顶层防渗透层10均匀的涂抹覆盖在压实的试验油砂表面。制作顶层保温层9，将顶层保温层9均匀的涂抹在顶层防渗透层10上表面。安装顶层弹性盖层11，将顶层弹性盖层11覆盖在顶层保温层9上表面。安装釜体上盖12，将釜体上盖12压盖在顶层弹性盖层11上表面，并通过上盖螺钉13将釜体上盖12与釜体侧壁3紧固连接。
以下两组数据为规格参数为1000x500x300的两个实验的数据，其中表1的装置无内保温层（无保温层、无防渗透层），表2的装置设置有内保温层（有保温层、有防渗透层）。
表1
表2
通过对比表1和表2至少可得知：
1)表1中随着加热器温度的升高，油层温度升高幅度越来越小，且油层温度与加热器温度的差值不断扩大；当加热器温度达到火烧油层试验点火的点火温度范围（一般为420-470℃）时，油层温度无法达到点火温度；
2)表2中随着加热器温度的升高，油层温度几乎同步升高，油层温度与加热器温度的差值较小；当加热器温度达到火烧油层试验点火的点火温度范围时，油层温度也达到了点火温度的范围内；
3)加热器温度的升高到相同的温度，表2中加热时间比表1中短，表2加热更快，效率更高。
通过上述数据分析，可知本申请的设置有内保温层的装置，能够适用于三维火烧油层试验，具有较好的保温效果，散热量较低。
本申请的适用于三维火烧油层试验的装置制造成本较低，制造工艺简单，维护简单；保温效果好，散热量低，不需要进行外部加热补偿温度散失，能够真实的模拟现场的试验环境，并且节约了补偿加热的能源；加热快、效率高；一次成型后可多次重复使用，使用周期长。
本申请防渗透层防止油水渗透至保温层，以保证试验数据准确，同时防渗透层还具有保温效果，与保温层形成双重保温，实现了良好的保温效果；不用通过高温的伴热即可实现油层温度的快速升高，可以快速的到达试验点火温度，同时保证了试验温度的波动平稳。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，包括：
能够连接形成腔体的釜体下盖、釜体侧壁，能够与所述釜体侧壁连接覆盖腔体的釜体上盖；
在所述釜体下盖的内侧固定设置有底层保温层；在所述釜体侧壁的内侧固定设置有侧壁保温层；在所述底层保温层的内侧设置有底层防渗透层；在所述侧壁保温层的内侧设置有侧壁防渗透层；所述底层防渗透层和所述侧壁防渗透层形成填油砂腔体，该填油砂腔体用以填充油砂；
所述釜体上盖的内侧固定设置有顶层保温层，所述顶层保温层内侧设置有顶层防渗透层，所述顶层防渗透层覆盖与所述填油砂腔体内填充的油砂上部，且满填所述釜体侧壁的径向空间；
所述釜体上盖与所述顶层保温层之间设置有顶层弹性盖层；其中，
适用于三维火烧油层试验的装置的制作方法，包括步骤：
腔体制作，将釜体下盖与釜体侧壁连接；
底层保温层制作；底层保温层均匀的涂抹在釜体下盖与釜体侧壁形成的腔体内，并位于釜体下盖的上表面；
侧壁保温层制作；将箱式模型固定置于腔体中心，且位于底层保温层上，箱式模型与釜体侧壁之间具有一间隙，将保温砂浆填充在该间隙中；
箱式模型拆除；
底层防渗透层制作；将底层防渗透层均匀的涂抹在底层保温层上；
侧壁防渗透层制作；将侧壁防渗透层均匀的涂抹在侧壁保温层内侧；
顶层防渗透层制作；将顶层防渗透层均匀的涂抹覆盖在压实的试验油砂表面；
顶层保温层制作；将顶层保温层均匀的涂抹在顶层防渗透层上表面；
顶层弹性盖层安装，将顶层弹性盖层覆盖在顶层保温层上表面；
釜体上盖安装，将釜体上盖压盖在顶层弹性盖层上表面，并将釜体上盖与釜体侧壁紧固连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，
所述底层保温层、侧壁保温层、顶层保温层的导热系数不大于0.5W/m*k。
3.根据权利要求2所述的一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，
所述底层保温层、侧壁保温层、顶层保温层包括保温聚合物，和/或，保温砂浆，和/或，包覆保温聚合物的保温砂浆。
4.根据权利要求3所述的一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，
所述保温聚合物采用EPS板；
所述保温砂浆包括按重量份：抹面抗裂砂浆30-40份、粘结砂浆5-20份、聚苯颗粒胶浆25-45份、玻化微珠无机保温砂浆8-15份，混合后加水调匀。
5.根据权利要求1所述的一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，
所述底层防渗透层、侧壁防渗透层、顶层防渗透层采用陶泥。
6.根据权利要求1所述的一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，
所述顶层弹性盖层采用玻璃纤维石棉板。
7.根据权利要求1所述的一种适用于三维火烧油层试验的装置，其特征在于，
侧壁保温层制作步骤中使用的箱式模型包括模型框、内支撑、外支撑，模型框构设为筒柱体状，内支撑交错的支撑在模型框内部；外支撑一侧固定抵触在模型框外部，另一侧固定抵触在釜体侧壁内侧，且位于釜体侧壁上缘处。
8.一种三维火烧油层试验的方法，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的适用于三维火烧油层试验的装置进行三维火烧油层试验。
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