CN208473826U - 一种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是一种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，其空气罐通过管线连接燃烧管，该管线上安装空气出口阀、第一压力传感器、第一流量计，燃烧管通过管线依次连接第一冷凝器、第一液体捕集器、第一干燥器、加热炉，氮气罐通过管线连接加热炉；动力学单元安装在加热炉内，第一热电偶置于加热炉内，第一热电偶连接温度控制器，温度控制器连接计算机；动力学单元出口通过管线经过第二冷凝器、第二液体捕集器、三级过滤器后，连接至气体分析仪，动力学单元出口处设置第二压力传感器，第二级过滤器后设置第三压力传感器、止回阀、第二流量计。本实用新型可得到火烧油层过程中的动力学参数，并对燃烧产生的气体成分进行分析。

Description

一种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置

技术领域：

本实用新型涉及石油工程和工艺技术领域，具体涉及一种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置。

背景技术：

火烧油层是一种有效的提高原油采收率方法，属于热力开采技术。它是利用油层本身的部分裂解产物作燃料，通过在地层中直接燃烧产生的热量，降低了地层中原油的粘度，并在热力和其它综合驱动力的共同作用下，实现提高采收率的目的。

火烧油层特别适合于中型和重质原油储油层，以及蒸汽衰竭的油气藏。然而，由于火烧油层过程涉及到多种化学反应，同时伴随着热、质量和动量转移，所以它被认为是物理或数值模拟中最困难的提高采收率方法之一。此外，还没有完全了解火烧油层过程的基本反应动力学和机理，使对于其现场性能预测并不总是准确。

为了了解从介质和轻油中形成的焦炭的热解和氧化行为，提出更真实的模型来模拟火烧油层的真实行为，有必要对采油过程中的油裂解动力学有清楚的认识。火烧油层技术是热膨胀技术的一种，是一种具有明显技术优势和潜力的采油方法，由于火烧油层具有油藏适应范围广、物源充足、采收率高、成本低的优势，所以正在得到越来越广泛和成功的应用，但由于其机理十分复杂，火烧油层工程设计及矿场动态管理上还存在很多问题，特别是对储层中发生的燃烧和驱油过程缺乏直观准确的认识，很难采取有效手段准确判断地下燃烧状况、监测和控制火驱前缘。为了深入研究油层点火过程中的内在机理，往往要借助室内物理模拟实验装置。由于裂解动力学是燃烧过程的主要机理之一，因此有必要了解火烧油层的裂解动力学。通过特定的动力学实验装置分析排出气体成分，以及寻找反应参数，如活化能和表征油的反应性等。通过对动力学模型的分析，可以提高对于油气混合气点火及燃烧现象认识。正确又全面地认识火烧油层技术的过程和机理，是在现场层面大规模使用火烧油层技术的前提和要求。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，用于模拟在地层注入蒸汽进行火烧油层后排出气体的实验分析，从而确定反应的动力学参数，进而研究提高稠油或沥青采收率的方法和实验装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置包括空气罐、氮气罐、燃烧管、加热炉、动力学单元及气体分析仪，空气罐通过管线连接燃烧管，该管线上安装空气出口阀、第一压力传感器、第一流量计，燃烧管通过管线依次连接第一冷凝器、第一液体捕集器、第一干燥器，第一干燥器通过管线连接加热炉，氮气罐通过管线连接加热炉；动力学单元安装在加热炉内，第一热电偶置于加热炉内，第一热电偶连接温度控制器，温度控制器连接计算机；动力学单元出口通过管线经过第二冷凝器、第二液体捕集器、三级过滤器后，连接至气体分析仪，动力学单元出口处设置第二压力传感器，第二级过滤器后设置第三压力传感器、止回阀、第二流量计。

上述方案中第一流量计与燃烧管之间的管线引出分支管线，水浴箱通过该分支管线与燃烧管并联设置在第一流量计与第一冷凝器之间，燃烧管、水浴箱、第一冷凝器分别设置有入口阀，水浴箱通过入水管线连接水泵，入水管线上设置水阀。

上述方案中空气出口阀与第一压力传感器之间的管线上设置第一气体过滤器。

上述方案中加热炉中设置第二热电偶，第二热电偶连接温度限制器，温度限制器与计算机连接，第一热电偶、第二热电偶分别置于动力学单元两侧，当系统温度达到1033 K时，温度限制器将关闭系统，在温度控制器不能正常工作时，这样就提供了额外的安全性。

上述方案中三级过滤器分别为砂过滤器、第二气体过滤器、微米颗粒过滤器，微米颗粒过滤器设置于气体分析仪前，砂过滤器、第二气体过滤器之间设置第二干燥器，第二流量计后依次设置第四压力传感器、排空阀、减压阀、第五压力传感器、转子流量仪、第三干燥器。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型可得到火烧油层过程中的动力学参数，并对燃烧产生的气体成分进行分析，更充分的了解火烧油层过程中发生的物质变化过程。

2、本实用新型可以对燃烧管模拟实验产生的气体进行分析，从而对储层在火烧油层过程中发生的物理化学变化有更深刻的认识，建立起火烧油层的动力学模型，寻找燃烧过程中较为统一的规律。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中： 1空气罐，2第一气体过滤器，3第一压力传感器，4第一流量计，5水泵，6水浴箱，7燃烧管，8第一冷凝器， 9第一液体捕集器，10 第一干燥器，11加热炉，12动力学单元，13第一热电偶， 14第二热电偶，15温度控制器，16温度限制器， 17计算机，18氮气罐，19第二压力传感器，20第二冷凝器，21第二液体捕集器，22砂过滤器，23第二干燥器，24第二气体过滤器，25第三压力传感器，26止回阀，27第二流量计，28第四压力传感器，29排空阀，30减压阀，31第五压力传感器，32转子流量仪，33第三干燥器，34微米颗粒过滤器，35气体分析仪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，这种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置包括空气罐1、氮气罐18、水浴箱6、燃烧管7、加热炉11、动力学单元12、气体分析仪35，空气罐1通过管线连接燃烧管7，该管线上空气出口阀（第一阀门）、第一气体过滤器2、第一压力传感器3、第一流量计4，燃烧管7通过管线依次连接第一冷凝器8、第一液体捕集器9、第一干燥器10，第一干燥器10通过管线连接加热炉11，氮气罐18通过管线连接加热炉11，第一液体捕集器9、第一干燥器10，可确保加入到动力学单元12中的气体不会被液相影响；第一流量计4与燃烧管7之间的管线引出分支管线，水浴箱6通过该分支管线与燃烧管7并联设置在第一流量计4与第一冷凝器8之间，燃烧管7、水浴箱6、第一冷凝器8分别设置有入口阀，水浴箱6通过入水管线连接水泵5，入水管线上设置水阀（第五阀门）。燃烧管7入口阀为第二阀门，第一冷凝器8入口阀为第三阀门，水浴箱6入口设置有第四阀门。

动力学单位元安装在加热炉11内，第一热电偶13、第二热电偶14均置于加热炉11内，第一热电偶13连接温度控制器15，第二热电偶14连接温度限制器16，温度控制器15和温度限制器16与计算机17连接，第一热电偶13、第二热电偶14分别置于动力学单元12两侧。为了确保动力学单元12不存在任何的泄漏问题，在将动力学单元12安装到加热炉11之前，先将动力学单元12放置在水浴箱中，并打开第一阀门、第四阀门，并关闭第二阀门、第三阀门，观察水浴箱中是否有产生，以此判断动力学单元12的密封性，然后将密闭良好的动力学单元12安装在加热炉11内。

动力学单元12为不锈钢(316)厚壁反应器，厚壁允许高压实验，并有助于均匀分布在样品周围的热量。为了抑制单元内表面的任何反应，动力学单元12所有部件都涂上了SilcoKlean TM 1000涂层，在进入反应堆之前，动力学单元12在盘管前有1/8加热注入的气体，盘管的长度大约是2米。加热炉11内设置在动力学单元12两侧的第一热电偶13和第二热电偶14分别与温度控制器15和温度限制器16相连，温度控制器15和温度限制器16又直接与计算机17相连，从而将实验所得温度数据直接传入计算机17中。在实验过程中，数据记录器被设置为每秒获取数据。热电偶采用特殊的J型热电偶，这些热电偶的工作范围为273 -1023 K(0 – 750℃)、精度为±1.1℃/0.4%或更高。温度限制器16经过接触器安装在系统中，当系统温度达到1033 K时，接触器断开将系统关闭，这样，在温度控制器15不能正常工作时，这就提供了额外的安全性。

从动力学单元12中排出的气体——含有轻质碳氢化合物和水——会在室温下冷凝。因为通过气体分析仪35的气体需要是干燥的，不含任何污染物，因此，在气体进入管路和分析仪之前，要清除所有的污染物，以防止堵塞，并保护昂贵的气体分析仪35免受任何污染。实验中选择通过三级过滤去除污染物。三级过滤器分别为砂过滤器22、第二气体过滤器24、微米颗粒过滤器34，砂过滤器22为第一级过滤器，第二气体过滤器24为第二级过滤器，微米颗粒过滤器34为第三级过滤器。动力学单元12出口连接气体分析仪35的管线依次设置有第二压力传感器19、第二冷凝器20、第二液体捕集器21、砂过滤器22、第二干燥器23、第二气体过滤器24、第三压力传感器25、止回阀26、第二流量计27、第四压力传感器28、排空阀29、减压阀30、第五压力传感器31、转子流量仪32、第三干燥器33、微米颗粒过滤器34。

从加热炉11中排出的气体和加热炉11的温度一样高，故在动力学单元12和第二液体捕集器21之间的第二冷凝器20可以帮助气体冷却和液体凝结，这种液体是由第二液体捕集器21收集的，然而，第二液体捕集器21本身不足以收集气体中的所有污染物。因此，在它的后面设置有砂过滤器22、第二干燥器23以及第二气体过滤器24。

为了使测量达到给定的精确度，流经气体分析仪35的气体不应超过250cm³/min，压力应为大气压，止回阀26开启控制通风，压力由第三压力传感器25控制，流量由第二流量计27控制，并通过第四压力传感器28观察后段压力。在气体进入气体分析仪35之前，气体的一部分通过排空阀29排出，这样进入气体分析仪35的流量不会超过给定的限度。另外，由于气体分析仪35要求气体流量为2微米，且不含任何污染物。将第三干燥器33和微米颗粒过滤器34设置在气体进入气体分析仪35之前的位置。最后通过气体分析仪35得到的动力学参数进行分析和建模。

Claims (5)

1.一种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，其特征在于：这种用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置包括空气罐（1）、氮气罐（18）、燃烧管（7）、加热炉（11）、动力学单元（12）及气体分析仪（35），空气罐（1）通过管线连接燃烧管（7），该管线上安装空气出口阀、第一压力传感器（3）、第一流量计（4），燃烧管（7）通过管线依次连接第一冷凝器（8）、第一液体捕集器（9）、第一干燥器（10），第一干燥器（10）通过管线连接加热炉（11），氮气罐（18）通过管线连接加热炉（11）；动力学单元（12）安装在加热炉（11）内，第一热电偶（13）置于加热炉（11）内，第一热电偶（13）连接温度控制器（15），温度控制器（15）连接计算机（17）；动力学单元（12）出口通过管线经过第二冷凝器（20）、第二液体捕集器（21）、三级过滤器后，连接至气体分析仪（35），动力学单元（12）出口处设置第二压力传感器（19），第二级过滤器后设置第三压力传感器（25）、止回阀（26）、第二流量仪（）。

2.根据权利要求1所述的用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，其特征在于：所述的第一流量计（4）与燃烧管（7）之间的管线引出分支管线，水浴箱（6）通过该分支管线与燃烧管（7）并联设置在第一流量计（4）与第一冷凝器（8）之间，燃烧管（7）、水浴箱（6）、第一冷凝器（8）分别设置有入口阀，水浴箱（6）通过入水管线连接水泵（5），入水管线上设置水阀。

3.根据权利要求2所述的用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，其特征在于：所述的空气出口阀与第一压力传感器（3）之间的管线上设置第一气体过滤器（2）。

4.根据权利要求3所述的用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，其特征在于：所述的加热炉（11）中设置第二热电偶（14），第二热电偶（14）连接温度限制器（16），温度限制器（16）与计算机（17）连接，第一热电偶（13）、第二热电偶（14）分别置于动力学单元（12）两侧。

5.根据权利要求4所述的用于火烧油层物理模拟动力学参数分析的实验装置，其特征在于：所述的三级过滤器分别为砂过滤器（22）、第二气体过滤器（24）、微米颗粒过滤器（34），微米颗粒过滤器（34）设置于气体分析仪（35）前，砂过滤器（22）、第二气体过滤器（24）之间设置第二干燥器（23），第二流量计（27）后依次设置第四压力传感器（28）、排空阀（29）、减压阀（30）、第五压力传感器（31）、转子流量仪（32）、第三干燥器（33）。