CN208073455U - 一种绝热的原油注空气氧化反应实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了绝热的原油注空气氧化反应实验装置包括：外筒和内筒，在内筒的内腔中设置有预加热板，一反应釜通过由外部延伸至内筒的内腔的进气管悬置于预加热板的上方，反应釜与所述进气管相通，预加热板能加热所述反应釜，在反应釜的外壁上设有用于测量反应釜温度的测温探头，在预加热板上设有用于测量预加热板温度的控温探头；内筒封装于外筒内，在外筒与内筒之间具有间隙空间，间隙空间具有抽真空端口；内筒的内腔连接有与外部真空泵连通的抽真空引出管。该实验装置绝热效果好、测量精度高，利用抽真空的方式来创造绝热环境，可确定稀油油藏自燃点火进行火驱的适用条件，得出油藏温度与自燃点火时间的关系，从而指导生产。

Description

一种绝热的原油注空气氧化反应实验装置

技术领域

本实用新型涉及注空气火驱开发油藏领域，特别涉及一种可用于提高油藏采收率的真空绝热的原油注空气氧化反应实验装置。

背景技术

在油藏开发领域中，火驱法是火烧油层采油方法的简称，指通过注气井向地层连续注入空气并点燃油层，实现层内燃烧，从而将地层原油从注气井推向生产井的采油方法。

尤其是对于某些水驱效果不佳的稀油油藏，运用火驱的方法来提高采收率，而火驱方法的适用条件一直是石油行业所关注的技术难题。在地层条件下，由于油藏的保温性能较好，原油在地层下能够进行热量累积。而在何种地层温度下进行热量累积能够实现原油自燃，是稀油油藏能否进行火驱的关键问题之一。由现有技术可知，稀油自燃时间与油藏温度存在一定的关系：油藏温度为30℃时，原油自燃时间为100天-150天；油藏温度为50℃-60℃时，原油自燃时间为10天-20天；而当油藏温度达到70℃-80℃以上时，原油自燃点火的时间则缩短到了几个小时。但上述对应关系只适用于某些稀油油藏，而对于不同的油藏，其原油特性差异较大，因而其自燃时间与油藏温度的对应关系将有所变化。

因此，有必要对不同的油藏特性进行反应动力学的研究，需要模拟地层条件，创造一个绝热的反应环境。一种绝热加速量热仪及检测方法作为已有技术之一，其中通过热量补偿的方式来平衡系统的散热，从而模拟绝热反应环境的。它装有外循环气体增压装置和内气体循环装置，能够进行有气体参与反应的带压实验；设置有6个加热器和实时控制模块，从而对仪器进行实时热量补偿。通过检测进出口温度差，计算出样品放热量。但是其主要缺点在于：(1)该技术方案由于通过监测软件从而控制加热器的分阶段升温，来保持炉体温度与反应样品温度相一致，所以它对于加热器的要求很高，任一阶段内加热器故障将导致实验失败，且每一次升温都会引入一部分误差；(2)该反应装置结构复杂，元件多，不便于维护，且系统持续向外散热，同时要求加热器持续加热，能量消耗大；(3)对于缓慢的放热过程，加热器极容易出现过补偿和欠补偿情况。无论是过补偿还是欠补偿都会对实验结果产生严重的干扰。

另一种已有技术是，一种小型固定床绝热反应器。该方案在进行绝热反应实验时，先将装好催化剂的反应器和夹套这一整体放入加热炉体内，将热电偶插入热电偶保护管内来测定催化剂床层的温度，在对反应器进行预热过程中夹套内腔内充满空气，处于常压状态，因此电加热丝对反应器的加热主要是靠夹套内腔内的空气导热，这样利于后面的抽真空形成绝热条件。将反应器内的催化剂充分预热到设定的温度后，切断电加热丝的电源停止加热，并启动真空泵进行抽真空，当压力表的数值稳定在某一数值时，关闭阀门和真空泵。最后通过进料口注入反应原料进行绝热反应，在反应过程中可以通过观察装入热电偶保护管内的热电偶测定的温度，追踪绝热反应过程中床层温度的变化。但是其主要缺点在于：(1)该方案虽然将夹套和反应器之间的部分抽真空进行绝热，但是并不能阻止反应器通过不与真空部分接触的壁面进行热传导，所以会影响其绝热性；(2)通过入料口添加的反应原料并未加热到目标反应温度，固定床和原料间有热交换，出料口出来的产物也会携带一部分能量，因此催化剂的反应温度得不到保证；(3)该绝热反应装置适用于流动介质的绝热反应，对于油砂在绝热环境下的热量累积实用性较差。

再有一种已有技术是，一种恒温绝热两用反应器。该反应器既可以作为绝热反应器，又可以作为恒温反应器，并能测量反应热的大小。这种恒温绝热两用反应器是通过抽真空的方法来实现绝热的，实施绝热反应的工作状态为：利用电加热器和副电加热器使加热介质充分融化，介质体积膨胀至隔板上沿时，多余的介质可流入蓄存层。利用气源压力将反应器外层的液体介质压入蓄存层，使反应器外层充满气体，为了保证绝热性能，使用真空泵将反应器外部抽成真空。进料通过加热介质进行预热从而进入反应器发生反应，通过反应器内外的热电偶测量轴向温度变化及径向温差从而测量出反应热的大小。但是其主要缺点在于：在进料口、出料口的末端均存在非绝热段，这将影响系统的绝热效果；且不能保证入口原料进入反应器的温度达到目标温度。

实用新型内容

为克服上述技术问题，本实用新型的提供了一种绝热的原油注空气氧化反应实验装置，该装置绝热效果好、测量精度高，利用抽真空的方式来创造绝热环境，从而研究原油氧化反应放热情况，以此确定稀油油藏自燃点火进行火驱的适用条件，得出油藏温度与自燃点火时间的关系，从而指导生产。

为达到上述目的，本实用新型绝热的原油注空气氧化反应实验装置包括：外筒和内筒，在所述内筒的内腔中设置有预加热板，一反应釜通过由外部延伸至所述内筒的内腔的进气管悬置于所述预加热板的上方，所述反应釜与所述进气管相通，所述预加热板能加热所述反应釜，在所述反应釜的外壁上设有用于测量所述反应釜温度的测温探头，在所述预加热板上设有用于测量所述预加热板温度的控温探头；所述内筒封装于所述外筒内，在所述外筒与所述内筒之间具有间隙空间，所述间隙空间具有与外部真空泵相接的抽真空端口；所述内筒的内腔连接有与外部真空泵连通的抽真空引出管。

进一步的，在所述内筒的内腔底部设有隔热垫块，所述预加热板置于所述隔热垫块上。

进一步的，所述外筒的外壁上套设有外保温套；所述外筒的上端口和所述内筒的上端口覆设有顶盖，所述顶盖与所述外筒的上端口和所述内筒的上端口通过密封圈密封，在所述外筒的上端口和所述顶盖的外周设有上部保温套。

进一步的，所述外筒的外壁与所述外保温套之间具有空隙，所述空隙与所述间隙空间相连通。

进一步的，在所述内筒的内壁和底面上附设有连续的内保温套。

进一步的，在所述内筒的内壁与所述内保温套之间贴附有铝箔层。

进一步的，在所述隔热垫块底部设有支撑托盘，所述支撑托盘与设置于所述内保温套中的内隔热架相接。

进一步的，在所述外保温套内对应于所述外筒底面位置设有外隔热架，所述外隔热架与所述外筒底面相接。

进一步的，所述抽真空引出管由所述内筒上方穿过所述上部保温套和所述顶盖，并与所述内筒的内腔相连通，所述进气管由外部贯穿所述抽真空引出管并伸入至所述内筒的内腔中。

进一步的，在所述抽真空端口和所述抽真空引出管上分别设有控制阀门。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：本实用新型采用将内筒及外筒之间的间隙空间形成真空，以及将内筒形成真空的结构设置，并可长期保持极高的真空度，形成绝热结构，而保证反应实验装置中的原油在长期与空气的反应过程中产生的热量不散失；利用预加热板可以向反应实验装置提供初始反应温度(即模拟的油藏温度)；配有足够灵敏的测温探头，能检测到反应釜中温度的细微变化，以便于掌握原油反应放热情况，以此确定稀油油藏自燃点火进行火驱的适用条件，得出油藏温度与自燃点火时间的关系，并可研究获得原油在氧化过程中的动力学特性。

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实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，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实用新型。

图1为本实用新型绝热的原油注空气氧化反应实验装置的剖视结构示意图。

附图标记说明：

1-外筒；2-内筒；21-内腔；3-预加热板；4-反应釜；5-进气管；6-测温探头；

7-控温探头；8-外保温套；9-顶盖；10-密封圈；11-上部保温套；12-间隙空间；

13-抽真空端口；14-抽真空引出管；15-隔热垫块；16-内保温套；17-支撑托盘；

18-内隔热架；19-外隔热架；20、22-控制阀门；23-航空插头；24-安全阀。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

请参阅图1所示，为本实用新型的剖视结构示意图，本实用新型的绝热的原油注空气氧化反应实验装置包括外筒1和内筒2，在内筒2的内腔21中设置有预加热板3，反应釜4通过由外部延伸至内筒2的内腔21的进气管5悬置预加热板3的上方，使得预加热板3能够加热反应釜4，将反应釜4内的温度加热至初始温度(即模拟的油藏温度)，且由于预加热板3与反应釜4之间留有一定的距离，可避免发生热传导。反应釜4与进气管5相通，使得进气管5能够向反应釜4中输送高压气体。在反应釜4的外壁上设有用于测量反应釜温度的测温探头6，在预加热板上3设有用于测量预加热板3温度的控温探头7，通过控温探头7可测定预加热板3是否达到初始温度，控温探头7能控制系统预加热过程的精准性，保证温度不过冲。通过测温探头6可监测预加热阶段反应釜4内的样品是否达到初始温度，并确定关闭预加热板3的时间，并在实验过程中实时监测样品的温度变化，确定实验放热量的大小。为了保持绝热，本实用新型的内筒2封装于外筒1内，在本实施例中，外筒1的外壁上套设有外保温套8；外筒1的上端口和内筒2的上端口覆设有顶盖9，顶盖9与外筒1的上端口和内筒2的上端口通过密封圈10密封，在外筒1的上端口和顶盖9的外周设有上部保温套11，从而使得内筒2封装于外筒1与顶盖9形成密封空间内，且外筒1与顶盖9包裹于外保温套8与上部保温套11之中，以减少外筒热量的释放。如图1所示，在外筒1与内筒2之间具有间隙空间12，该间隙空间12具有与外部真空泵(未示出)相接的抽真空端口13，外部真空泵可通过抽真空端口13将间隙空间12抽成真空，在抽真空端口13上设有控制阀门20来控制抽真空端口13的开启和关闭；同时，内筒2的内腔21连接有与外部真空泵(未示出)连通的抽真空引出管14，外部真空泵可通过抽真空引出管14将内筒2的内腔21抽成真空，在抽真空引出管14上设有控制阀门22来控制抽真空引出管14的开启和关闭。控制阀门20及控制阀门22分别与各自的真空泵相连接，并安装有压力表，以监测真空度是否达到要求。在本实施例中，抽真空引出管14由上部保温套11及顶盖9的中心位置伸入至内筒2的内腔21的顶部中央，并与内筒2的内腔21相通，从而可将内筒2的内腔21抽真空。但抽真空引出管14的设置位置也不限于内筒2的顶部中央，也可以设置在内筒2顶部的其他区域或内筒2的侧壁上，只要保证可通过抽真空引出管14将内筒2抽成真空状态即可。本实用新型采用将内筒2及外筒1之间的间隙空间12形成真空，以及将内筒2形成真空的结构设置，并可长期保持极高的真空度，形成绝热结构，而保证反应实验装置中的原油在长期与空气的反应过程中产生的热量不散失；利用预加热板3可以向反应实验装置提供初始反应温度(即模拟的油藏温度)；配有足够灵敏的测温探头6，能检测到反应釜4中温度的细微变化，以便于掌握原油反应放热情况，以此确定稀油油藏自燃点火进行火驱的适用条件，得出油藏温度与自燃点火时间的关系，并可研究获得原油在氧化过程中的动力学特性。

进一步的，外筒1的外壁与外保温套8之间具有空隙(图中未示出)，该间隙保持与外筒1和内筒2之间的间隙空间12相连通，使得间隙空间12在抽真空时，外筒1与外保温套8之间的空隙也被抽真空，从而进一步保证实现真空绝热。

进一步的，在内筒2的内腔21底部设有隔热垫块15，预加热板3置于隔热垫块15上，避免预加热板3的热量散失。

进一步的，在内筒2的内壁和底面上附设有连续的内保温套16，而隔热垫块15置于内保温套16的内腔中，从而更好的减少预加热板3及内筒2的热量损失。内保温套16与外保温套8相互配合，能确保最大限度地减少热量损失。

作为一种优选的实施方式，在内筒2的内壁21与内保温套16之间贴附有铝箔层(图中未示出)，从而减少热辐射，增强绝热效果。

如图1所示，在隔热垫块15底部设有支撑托盘17，支撑托盘17与设置于内保温套16中的内隔热架18相接，这样可以进一步减少内筒2的热量损失。

进一步的，在外保温套8内对应于外筒1底面位置设有外隔热架19，该外隔热架19与外筒1底面相接，这样可以进一步减少外筒1的热量损失。

进一步的，上部保温套11为对开式结构，以便于拆装。

作为一种优选的实施方式，反应釜4采用球形哈氏合金反应釜，其具有较好的热稳定性、抗腐蚀性和耐压性。反应釜4也可以采用钛合金材料。

进一步的，在抽真空引出管14的外露部分开连接有航空插头23，其具有较好的密封性，并且容易安装和拆卸，便于维护。

在本实施例中，进气管5通过抽真空引出管14伸入至内筒2的内腔21中，从而避免进气管5与顶盖9、内筒2和外筒1相接触，减少导热量。

进一步的，外筒1的筒体为石棉材料的筒体，其厚度大约为5cm。

本实用新型在进行绝热的原油注空气氧化反应实验，测定氧化反应放热量时，包括以下步骤：

步骤1：首先配制含油质量范围为5％～30％的油砂，装入反应釜4，再将反应釜4与进气管5连接起来并检查其密封性，在反应釜4底部装上足够灵敏的测温探头6，以实时测量油砂氧化反应的温度变化。盖上顶盖9及上部保温套11，使反应实验装置处于密封状态；

步骤2：开启设置在抽真空引出管14上端的安全阀24，从进气管5通过高压气瓶向反应釜4中通入过量的空气，然后关闭进气阀门，确保在预加热阶段将反应实验装置内的所有气体都加热到反应温度，而不再注入常温空气影响实验。注入空气后，将安全阀24设置到预定数值，防止实验过程中出现爆炸而损坏系统。安全阀24的作用是当油砂自燃时如果压力过高，压力可以通过安全阀卸掉，不会引起爆炸。在本实施例中，注入空气后，安全阀设定到20MPa；

步骤3：预加热板3通电，使预加热板3升温到初始温度，是否达到该初始温度通过控温探头7的示数可知，通过空气的热传导将内筒2内所有空气、反应釜4及其中的油砂均达到目标温度，此时反应釜4底部测温探头6的温度显示值应与预加热板3上方的控温探头7示数相等；

步骤4：加热完毕后，在上部的抽真空引出管14的抽真空口处和下部的抽真空端口13处连接真空泵组和压力表，开启对应的两个抽真空口的控制阀门20、22，真空泵组进行抽真空，保证压力表的压力在2Pa以下，此时认为内、外筒均达到真空条件，关闭两个抽真空口处的控制阀门20、22(或者保持真空泵持续抽真空)；

步骤5：抽真空结束后，断开预加热板3的电源，实验开始，配合压力监测系统全程监测反应釜4内油砂的温度变化，压力监测系统的结构和工作原理为已有技术，在此不再详细描述。

步骤6：待反应结束后，开启控制阀门20、22，使反应实验装置充满常温常压空气，帮助反应釜4散热，待温度降低至室温后打开上部保温套11、顶盖9，取出并拆下反应釜4，倒出反应后的油砂，必要时可对其进行相关分析。

步骤7：数据处理，根据所记录的油砂温度计算出反应釜4内油砂在氧化反应中的放热量。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，所述绝热的原油注空气氧化反应实验装置包括：外筒和内筒，在所述内筒的内腔中设置有预加热板，一反应釜通过由外部延伸至所述内筒的内腔的进气管悬置于所述预加热板的上方，所述反应釜与所述进气管相通，所述预加热板能加热所述反应釜，在所述反应釜的外壁上设有用于测量所述反应釜温度的测温探头，在所述预加热板上设有用于测量所述预加热板温度的控温探头；所述内筒封装于所述外筒内，在所述外筒与所述内筒之间具有间隙空间，所述间隙空间具有与外部真空泵相接的抽真空端口；所述内筒的内腔连接有与外部真空泵连通的抽真空引出管。

2.根据权利要求1所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，在所述内筒的内腔底部设有隔热垫块，所述预加热板置于所述隔热垫块上。

3.根据权利要求2所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，所述外筒的外壁上套设有外保温套；所述外筒的上端口和所述内筒的上端口覆设有顶盖，所述顶盖与所述外筒的上端口和所述内筒的上端口通过密封圈密封，在所述外筒的上端口和所述顶盖的外周设有上部保温套。

4.根据权利要求3所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，所述外筒的外壁与所述外保温套之间具有空隙，所述空隙与所述间隙空间相连通。

5.根据权利要求3所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，在所述内筒的内壁和底面上附设有连续的内保温套。

6.根据权利要求5所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，在所述内筒的内壁与所述内保温套之间贴附有铝箔层。

7.根据权利要求5所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，在所述隔热垫块底部设有支撑托盘，所述支撑托盘与设置于所述内保温套中的内隔热架相接。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，在所述外保温套内对应于所述外筒底面位置设有外隔热架，所述外隔热架与所述外筒底面相接。

9.根据权利要求3至7中任一项所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，所述抽真空引出管由所述内筒上方穿过所述上部保温套和所述顶盖，并与所述内筒的内腔相连通，所述进气管由外部贯穿所述抽真空引出管并伸入至所述内筒的内腔中。

10.根据权利要求9所述的绝热的原油注空气氧化反应实验装置，其特征在于，在所述抽真空端口和所述抽真空引出管上分别设有控制阀门。