CN208224134U - 井下射频加热模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下射频加热模拟试验装置，包括：溶剂瓶、液压泵、压力表、容器、热电偶、数据采集装置、人造储层、压力传感器、射频天线、出流管和变频柜。其中，人造储层设置于容器内，液压泵吸入端连接溶剂瓶，液压泵的排液端与容器的一端连通，压力表与液压泵连接，容器的另一端与出流管连通，射频天线置于人造储层内部并与变频柜连接，热电偶与压力传感器安装在人造储层内部并与数据采集装置连接，用于将采集到的人造储层内部的温度和压力传输至数据采集装置，因此，通过该装置可研究射频加热油气储集层效果的影响因素和评估射频加热法在热采石油方面的可行性，从而为射频加热法在油田开采现场的应用提供有意义的指导。

Description

井下射频加热模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及油气储集层热采技术研究领域，尤其涉及一种井下射频加热模拟试验装置。

背景技术

目前，由于世界范围内油价仍处于低迷状态，传统油气储集层热采技术的低效问题逐渐暴露出来。所以，国内外学者正在加紧研发新型热采技术以降低油气储集层开采成本并满足世界能源需求。

众所周知，稠油、沥青的高粘度性质是阻碍原油采收率提高的重要因素 (原油采收率是指采出原油地质储量的百分数)。由于油的粘度对温度具有敏感性，温度的升高可以降低原油粘度，所以国内外正采用不同的常规热采技术来增加油的产量，这些技术主要包括二氧化碳注入，化学注入，注水和蒸汽注入等。虽然这些技术被广泛使用，但是这些技术的应用会受到一些条件的限制，例如，从加热技术层面而言，传统的蒸汽热采技术对某些类型储层的石油资源(如高粘土含量，页岩，深层储层等)并不能有效开采，且加热过程需要大量的水以及蒸汽。而其它的热采技术会存在一些对环境污染的问题。

射频加热法作为电加热法的一种，具有巨大的应用优势。主要表现在其热损失较小，加热效率高、适用于特殊油藏(薄、裂缝性油藏)的开采、加热速度快以及环保等诸多优点，此外，射频加热法的另一个好处是输出的电能可以直接应用到需要加热的储层区域，避免了额外的能量在非储层区域的耗散。但是目前的情况是国外对射频加热法加热油气储集层的理论研究较多而实验研究较少，我国对于射频加热法在开采地下石油方面的研究仍处于空白状态。

因此，如何设计一种井下射频加热模拟试验装置来研究射频加热的效果和评估射频加热的可行性，是本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种井下射频加热模拟试验装置，用来研究射频加热的效果和评估射频加热的可行性。

因此，本实用新型实施例提供一种井下射频加热模拟试验装置，包括：

溶剂瓶、液压泵、压力表、容器、热电偶、数据采集装置、人造储层、压力传感器、射频天线、出流管和变频柜；其中，

所述人造储层设置于所述容器内，所述液压泵吸入端连接所述溶剂瓶，所述液压泵的排液端与所述容器的一端连通，以使所述溶剂瓶中的溶剂泵入所述容器内的所述人造储层；

所述压力表与所述液压泵连接，用于获取所述液压泵施加的压力；

所述容器的另一端与所述出流管连通，以通过所述出流管输出所述人造储层析出的原油；

所述射频天线置于所述人造储层内部并与所述变频柜连接，以对所述人造储层进行加热；

所述热电偶与所述压力传感器安装在所述人造储层内部并与所述数据采集装置连接，用于将采集到的所述人造储层内部的温度和压力传输至所述数据采集装置。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述人造储层包括：硅砂、以及泵入所述硅砂中的原油。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述容器包括储层外壳和设置在所述外壳内的中空管；其中，

所述中空管，用于容置所述射频天线；

所述中空管的外侧与所述储层外壳的内壁之间填充所述人造储层。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述中空管贯穿安装于所述人造储层的轴心处，所述中空管的长度与所述容器的长度相同。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述射频天线，包括：接线插头、绝缘块、上天线臂、供电线L、供电线N、连接器和下天线臂；

所述上天线臂的一端与所述接线插头连接，另一端与所述下天线臂通过所述连接器连接；

所述供电线L的一端设置在所述接线插头内，所述供电线L与所述上天线臂连接；

所述绝缘块安装在所述接线插头内，所述供电线N的一端设置在所述接线插头内，所述供电线N的另一端穿过所述绝缘块和所述上天线臂内部与所述下天线臂连接。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述供电线L的一端焊接在所述接线插头上。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述上天线臂与所述下天线臂为圆柱体。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述上天线臂为空心金属管，所述下天线臂为实心金属管。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，所述下天线臂的外径小于所述上天线臂的外径。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述装置中，还包括阀门和液压罐；

所述阀门连接在所述液压泵的排液端和所述液压罐之间，用于控制所述液压泵将所述溶剂瓶中的溶剂泵入所述液压罐中；

所述液压罐的输出端与所述容器的一端连通。

本实用新型实施例提供的井下射频加热模拟试验装置，包括：溶剂瓶、液压泵、压力表、容器、热电偶、数据采集装置、人造储层、压力传感器、射频天线、出流管和变频柜。其中，人造储层设置于容器内，液压泵吸入端连接溶剂瓶，液压泵的排液端与容器的一端连通，以使溶剂瓶中的溶剂泵入容器内的人造储层，压力表与液压泵连接，用于获取液压泵施加的压力，容器的另一端与出流管连通，以通过出流管输出人造储层析出的原油，射频天线置于人造储层内部并与变频柜连接，以对人造储层进行加热，热电偶与压力传感器安装在人造储层内部并与数据采集装置连接，用于将采集到的人造储层内部的温度和压力传输至数据采集装置，运用本装置，通过改变相关试验条件，如射频天线的加热频率、功率及驱替溶液的泵入压力等，可以测得不同条件下人造储层的温度、压力及对应析出的原油的体积，因此，通过该装置可研究射频加热油气储集层效果的影响因素和评估射频加热法在热采石油方面的可行性，从而为射频加热法在油田开采现场的应用提供有意义的指导。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的井下射频加热模拟试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的射频天线的结构示意图。

附图标记：

1-溶剂瓶； 2-液压泵； 3-压力表；

4-阀门； 5-液压罐； 6-中空管；

7-热电偶； 8-数据采集装置； 9-人造储层；

10-压力传感器； 11-硅砂； 12-射频天线；

13-储层外壳； 14-出流管； 15-容量瓶；

16-变频柜； 121-接线插头； 122-绝缘块；

123-上天线臂； 124-供电线L； 125-供电线N；

126-连接器； 127-下天线臂； A-容器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了方便说明，放大或者缩小了不同层和区域的尺寸，所以图中所示大小和比例并不一定代表实际尺寸，也不反映尺寸的比例关系。

本实用新型实施例的目的在于提供一种井下射频加热模拟试验装置来研究射频加热油气储集层效果的影响因素和评估射频加热法在热采石油方面的可行性，为射频加热法在油田开采现场的应用提供有意义的指导。

图1为本实用新型实施例提供的井下射频加热模拟试验装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：

溶剂瓶1、液压泵2、压力表3、容器A、热电偶7、数据采集装置8、人造储层9、压力传感器10、射频天线12、出流管14和变频柜16；其中，

人造储层9设置于容器A内，液压泵2的吸入端连接溶剂瓶1，液压泵 2的排液端与容器A的一端连通，以使溶剂瓶1中的溶剂泵入容器A内的人造储层9；

压力表3与液压泵2连接，用于获取液压泵2施加的压力；

容器A的另一端与出流管14连通，以通过出流管14输出人造储层9析出的原油；

射频天线12置于人造储层9内部并与变频柜16连接，以对人造储层9 进行加热；

热电偶7与压力传感器10安装在人造储层9内部并与数据采集装置8连接，用于将采集到的人造储层9内部的温度和压力传输至数据采集装置8。

具体地，溶剂瓶1，用于盛放驱替溶剂，如四氯化碳、煤油、原油等；液压泵2，用于将溶剂瓶1内的溶剂吸入，提供一定的泵压；压力表3，用于对液压值进行实时显示；热电偶7，用于对人造储层9内的温度进行采集；人造储层9，是被射频天线12加热的物质，是整个实验的核心部分；压力传感器10，用于测量人造储层内的压力数据；射频天线12，是发射高频电磁波的装置，是被加热人造储层9的热源；数据采集装置8，用于将热电偶7及压力传感器10的电流信号进行储存并相应处理；出流管14，用于将从人造储层9内驱替出来的原油进行导引；变频柜16，用于对射频天线12进行供电并实现试验过程中加热信号功率和频率的变化。

在实际应用中，在进行试验之前，需要对上述各部件按要求进行连接。

具体地，如图1所示，人造储层9设置于容器A内，液压泵2的吸入端连接溶剂瓶1，液压泵2的排液端与容器A的一端连通，以使溶剂瓶1中的溶剂泵入容器A内的人造储层9，以达到溶剂瓶1中的驱替溶液对人造储层 9中的原油进行驱替的效果；压力表3与液压泵2连接，用于获取液压泵2 施加的压力，使得试验人员可以通过压力表3监测并记录试验过程中液压泵 2泵入压力的变化；容器A的另一端与出流管14连通，以通过出流管14输出人造储层9析出的原油，实际应用中，可以配置一容量瓶15，用来盛放并测量析出原油的体积；所以在试验过程中可以通过改变液压泵2的泵入压力来改变驱替溶液的驱替压力，在储层温度不变的情况下，来研究不同驱替压力作用下的人造储层9内的压力及对应析出的原油的体积；

射频天线12置于人造储层9内部并与变频柜16连接，以对人造储层9 进行加热，射频天线12发射的射频能量被人造储层9吸收，从而可以加热人造储层9，提高了人造储层9的温度，以研究温度对人造储层9在一定的驱替压力下析出原油体积的影响，实际应用中也可以设置多根射频天线12同时试验，在此只做说明，不做限定；

热电偶7与压力传感器10安装在人造储层9内部并与数据采集装置8连接，用于将采集到的人造储层9内部的温度和压力传输至数据采集装置8，实际应用中，如图1所示，可布置多个热电偶7在人造储层9的不同部位，以对不同部位的温度进行数据采集并传给数据采集装置8，可布置一个或多个压力传感器10对人造储层9内部的压力进行时时监测并将压力数据传给数据采集装置8，数据采集装置8将热电偶7及压力传感器10的电流信号进行存储并转化为相应的物理参数值，以便于对比试验后的数据分析。

本实施例提供的井下射频加热模拟试验装置，包括：溶剂瓶、液压泵、压力表、容器、热电偶、数据采集装置、人造储层、压力传感器、射频天线、出流管和变频柜。其中，人造储层设置于容器内，液压泵吸入端连接溶剂瓶，液压泵的排液端与容器的一端连通，以使溶剂瓶中的溶剂泵入容器内的人造储层，压力表与液压泵连接，用于获取液压泵施加的压力，容器的另一端与出流管连通，以通过出流管输出人造储层析出的原油，射频天线置于人造储层内部并与变频柜连接，以对人造储层进行加热，热电偶与压力传感器安装在人造储层内部并与数据采集装置连接，用于将采集到的人造储层内部的温度和压力传输至数据采集装置，运用本装置，通过改变相关试验条件，如射频天线的加热频率、功率及驱替溶液的泵入压力等，可以测得不同条件下人造储层的温度、压力及对应析出的原油的体积，因此，通过该装置可研究射频加热油气储集层效果的影响因素和评估射频加热法在热采石油方面的可行性，从而为射频加热法在油田开采现场的应用提供有意义的指导。

另一实施例中，人造储层9包括：硅砂11、以及泵入硅砂中的原油。

实际应用中，在进行试验之前，需要进行人造储层9的制备，具体地，如图1所示，人造储层9由硅砂11、以及按照一定压力泵入硅砂中的原油制成，可根据实际试验需要不同目数的硅砂，也可以是不同目数的硅砂按照一定的比例进行组合而成。

本实施例中，通过硅砂11、以及按照一定压力泵入硅砂中的原油制成的人造储层9，为射频加热模拟试验提供了类似于实际储层状态的人造储层，为该试验结果的准确性奠定了基础。

另一实施例中，容器A包括储层外壳13和设置在外壳内的中空管6；其中，

中空管6，用于容置射频天线12；

中空管6的外侧与储层外壳13的内壁之间填充人造储层9。

实际应用中，具体地，容器A由储层外壳13和设置在外壳内的中空管6 组成，优选的，储层外壳13的材料可以为聚氯乙烯。可选的，中空管6的材料可以为聚四氟乙烯，也可是其它低介电常数或者是低电导率的材料，在此不做限定。值得一提的是，中空管6是用于容置射频天线12的，中空管6的外侧与储层外壳13的内壁之间填充人造储层9，也就是说人造储层9被包裹于容器A中。

本实施例中，通过在容器A中设置中空管6用来容置射频天线12，从而将人造储层9与射频天线12分隔开，以保护射频天线12，防止人造储层9 内原油、硅砂等组分造成的污染，避免了射频天线12发生短路等故障。

进一步地，中空管6贯穿安装于人造储层9的轴心处，中空管6的长度与容器A的长度相同。

具体地，中空管6贯穿安装于人造储层9的轴心处，以使人造储层9的各部位接收到的射频天线12发出的射频能量更均匀。中空管6的长度与容器 A的长度相同，以便于安装长度最大化的射频天线，从而达到射频能量阈值的最大化，有利于试验范围的最大化。

另一实施例中，如图2所示，射频天线12，包括：接线插头121、绝缘块122、上天线臂123、供电线L124、供电线N125、连接器126和下天线臂 127；

上天线臂123的一端与接线插头121连接，另一端与下天线臂127通过连接器126连接；

供电线L124的一端设置在接线插头121内，供电线L124与上天线臂123 连接；

绝缘块122安装在接线插头121内，供电线N125的一端设置在接线插头 121内，供电线N125的另一端穿过绝缘块122和上天线臂123内部与下天线臂127连接。

具体地，射频天线12是整个射频加热模拟试验装置的重要部件，它主要是发射高频电磁波，当电磁波传播至储层内时，便转化为热能，对储层进行快速、高效的加热。它是由接线插头121、绝缘块122、上天线臂123、供电线L124、供电线N125、连接器126和下天线臂127构成，上天线臂123的一端与接线插头121连接，另一端与下天线臂127通过连接器126连接，以使上天线臂123与下天线臂127之间流出空隙；供电线L124的一端设置在接线插头121内，供电线L124与上天线臂123连接，以给上天线臂123供电；绝缘块122安装在接线插头121内，供电线N125的一端设置在接线插头121 内，供电线N125的另一端穿过绝缘块122和上天线臂123内部与下天线臂 127连接，以给下天线臂127供电，同时绝缘块122可防止供电线L124与供电线N125发生短路。

进一步地，供电线L124的一端焊接在接线插头121上。

具体地，将供电线L124的一端焊接在接线插头121上，以使供电线L124 与接线插头121之间的连接导电性更好、更可靠。

进一步地，上天线臂123与下天线臂127为圆柱体。

具体地，设置上天线臂123与下天线臂127为圆柱体，以使射频天线12 发出的射频能量更均匀，同时圆柱体与周围物体摩擦系数小，不易被损坏而且易于安装。

进一步地，上天线臂123为空心金属管，下天线臂127为实心金属管。

具体地，上天线臂123为空心金属管，下天线臂127为实心金属管，有利于射频天线12发送高频率的射频信号，提高射频天线12的发射效率。

进一步地，下天线臂127的外径小于上天线臂123的外径。

具体地，设置下天线臂127的外径小于上天线臂123的外径，以使试验完毕之后，收纳射频天线12时，下天线臂127可容置于上天线臂123中，以保护其不被损坏。

另一实施例中，上述装置还包括阀门4和液压罐5；

阀门4连接在液压泵2的排液端和液压罐5之间，用于控制液压泵2将溶剂瓶1中的溶剂泵入液压罐5中；

液压罐5的输出端与容器A的一端连通。

实际应用中，具体地，上述试验装置还包括阀门4和液压罐5，阀门4 连接在液压泵2的排液端和液压罐5之间，用于打开或关闭液压泵2前后的管路以控制液压泵2将溶剂瓶1中的溶剂泵入液压罐5中；液压罐5的输出端与容器A的一端连通，以使液压罐5中存放的由液压泵泵入的驱替溶液输入容器A中。通过设置阀门4和液压罐5，可以更好地对试验过程进行精确控制。

下面以一个具体的实施例对本实用新型提供的上述井下射频加热模拟试验装置进行详细的说明。

第一步，制备人造储层9。优选地，准备一定质量的硅砂11并用浓度为10％的盐酸溶液冲洗，然后用干燥机在常温以上和100℃以下的温度中干燥掉洗涤液。然后将长为1m，内径为40mm的储层外壳13垂直放置，对其内表面进行去油处理，最后在其内表面涂上环氧树脂胶水，目的是将硅砂粘在其内表面上，以增加对人造储层9的摩擦力，防止在注入流体时人造储层9的滑落。接着，将中空管6置于储层外壳13的轴心处，并固定住，然后把硅砂 11填充在储层外壳13与中空管6组成的环空内，在填砂期间，通过用金属物体敲击储层外壳13的侧面尽可能实现其中硅砂11的均匀分布，使得实验结果更加准确，最后，将直径小于储层外壳13内径的金属管放在硅砂11的上端，并用适当的力往下压，由于金属管重力与惯性力的作用，最终使得硅砂11模型被压紧。最后，打开液压泵将液压罐内的原油注入到砂模型中，泵入压力保持在1MPa左右，直至达到最大泵入量，停止泵，最后将人造储层9 静止24小时，完成人造储层9的制备。

第二步，安装射频天线12并密封容器A。具体地，对容器A两端进行密封后，将射频天线12安装在中空管6内，用管接头将射频天线12一端进行密封。最后在容器A两端分别连接出流管14和液压罐5。

第三步，进行驱替溶剂注入和射频加热储层试验。射频天线12为射频辐射源，其加热功率在2-6kW之间可调，变频柜16的频率变化范围在 100-200MHz之间可调。

进行射频加热储层试验，当液压泵2的泵入压力及驱替溶液成分不变时，通过改变射频天线12的加热频率及功率来观察加热效果。容器A的出流管 14连接容量瓶15，用于测量驱替出的原油体积；置于人造储层9不同位置的热电偶7对人造储层9不同位置的温度数据进行记录，此外，安装在人造储层9内的压力传感器10实时监测人造储层9内的压力。

第四步，根据实验先前设定的条件(如加热频率、功率及驱替溶液的泵入压力等)，数据采集装置8对实验过程中采集的温度数据、压力数据进行存储并转化为驱替出的原油体积相对应的物理参数值；改变实验条件后，再进行对比实验；最终分析影响射频加热油气储集层效果的因素(储层性质、压力，射频功率及频率)。

本实施例提供的井下射频加热模拟试验装置，包括：溶剂瓶、液压泵、压力表、容器、热电偶、数据采集装置、人造储层、压力传感器、射频天线、出流管和变频柜。其中，人造储层设置于容器内，液压泵吸入端连接溶剂瓶，液压泵的排液端与容器的一端连通，以使溶剂瓶中的溶剂泵入容器内的人造储层，压力表与液压泵连接，用于获取液压泵施加的压力，容器的另一端与出流管连通，以通过出流管输出人造储层析出的原油，射频天线置于人造储层内部并与变频柜连接，以对人造储层进行加热，热电偶与压力传感器安装在人造储层内部并与数据采集装置连接，用于将采集到的人造储层内部的温度和压力传输至数据采集装置，运用本装置，通过改变相关试验条件，如射频天线的加热频率、功率及驱替溶液的泵入压力等，可以测得不同条件下人造储层的温度、压力及对应析出的原油的体积，因此，通过该装置可研究射频加热油气储集层效果的影响因素和评估射频加热法在热采石油方面的可行性，从而为射频加热法在油田开采现场的应用提供有意义的指导。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种井下射频加热模拟试验装置，其特征在于，包括：

溶剂瓶、液压泵、压力表、容器、热电偶、数据采集装置、人造储层、压力传感器、射频天线、出流管和变频柜；其中，

所述人造储层设置于所述容器内，所述液压泵吸入端连接所述溶剂瓶，所述液压泵的排液端与所述容器的一端连通，以使所述溶剂瓶中的溶剂泵入所述容器内的所述人造储层；

所述压力表与所述液压泵连接，用于获取所述液压泵施加的压力；

所述容器的另一端与所述出流管连通，以通过所述出流管输出所述人造储层析出的原油；

所述射频天线置于所述人造储层内部并与所述变频柜连接，以对所述人造储层进行加热；

所述热电偶与所述压力传感器安装在所述人造储层内部并与所述数据采集装置连接，用于将采集到的所述人造储层内部的温度和压力传输至所述数据采集装置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述人造储层包括：硅砂、以及泵入所述硅砂中的原油。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容器包括储层外壳和设置在所述外壳内的中空管；其中，

所述中空管，用于容置所述射频天线；

所述中空管的外侧与所述储层外壳的内壁之间填充所述人造储层。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述中空管贯穿安装于所述人造储层的轴心处，所述中空管的长度与所述容器的长度相同。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频天线，包括：接线插头、绝缘块、上天线臂、供电线L、供电线N、连接器和下天线臂；

所述上天线臂的一端与所述接线插头连接，另一端与所述下天线臂通过所述连接器连接；

所述供电线L的一端设置在所述接线插头内，所述供电线L与所述上天线臂连接；

所述绝缘块安装在所述接线插头内，所述供电线N的一端设置在所述接线插头内，所述供电线N的另一端穿过所述绝缘块和所述上天线臂内部与所述下天线臂连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述供电线L的一端焊接在所述接线插头上。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上天线臂与所述下天线臂为圆柱体。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述上天线臂为空心金属管，所述下天线臂为实心金属管。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述下天线臂的外径小于所述上天线臂的外径。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括阀门和液压罐；

所述阀门连接在所述液压泵的排液端和所述液压罐之间，用于控制所述液压泵将所述溶剂瓶中的溶剂泵入所述液压罐中；

所述液压罐的输出端与所述容器的一端连通。