CN212275647U - 一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，包括，模型本体，模型本体包括反应釜体，其内装有油砂，其中心区域能达到近绝热的状态；反应釜体的顶部密封穿设注油管线和注气管线；反应釜体的侧壁上连通至少2层产出管线；反应釜体的外壁上包设有提供初始反应温度的预加热板；反应釜体内插设温度传感器，反应釜体内还密封插设有压力传感器；气源体；气源体能通过气体流量控制器与注气管线连通；泵，能与注油管线连通；控制部，气体流量控制器、温度传感器和压力传感器均与其电连接。该装置通过研究近绝热条件下原油自氧化放热特征，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

一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置

技术领域

本实用新型涉及注空气火驱开发油藏的提高采收率技术领域，尤其涉及一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置。

背景技术

火驱，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。

对于某些水驱效果不佳的稀油油藏，考虑运用火驱的方法来提高采收率，而火驱技术的适用条件一直是石油行业所关注的话题。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。经过广泛的调研，发现稀油自燃时间与油藏温度的关系：油藏温度为30℃时，原油自燃时间为100-150天；油藏温度为50-60℃时，原油自燃时间为10-20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。但这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，有必要在实验室内模拟地层条件，这就需要创造一个绝热(绝热条件是指体系与外界无热交换的条件，也就是外界热量无法进入体系，体系的热量也无法向外扩散的条件，是一种理想化的条件。绝热体系的获得，就是分别从传导、对流和辐射三种方式上隔绝、阻止热量的传递。近绝热条件，指体系与外界的热交换非常小，几近绝热)的反应环境来进行反应动力学的研究，但在实验室内很难模拟出油藏环境。

现有技术一：该技术为一种绝热加速量热仪及检测方法。该绝热反应装置是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。

该技术不需要通过工艺手段实现绝热，而是将散失的热量通过6个加热器加热来进行补偿，从而模拟出绝热环境下的原油放热过程。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。

现有技术二：该技术为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。该技术存在以下缺点：

(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。

现有技术三：该技术为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。该技术存在以下缺点：

(1)该绝热反应装置和技术二一样，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；

(2)该绝热反应装置有效克服了技术二中进料口的原料未达到反应温度的缺陷，但入口原料进入反应器的温度是否达到目标温度还未可知。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，以实现通过实验得出油藏温度与自燃点火时间的关系，从而指导生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，克服现有技术中存在的问题，利用中心区域能达到近绝热的状态的大型反应釜体进行实验，利用其中心区域的反应情况来研究原油自氧化放热特征，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。

本实用新型的目的是这样实现的，一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，包括，

模型本体，所述模型本体包括反应釜体，所述反应釜体内装有油砂，反应釜体的中心区域能达到近绝热的状态；所述反应釜体的顶部向下密封穿设注油管线和注气管线；所述反应釜体的侧壁上连通设置位于不同高度位置的至少2层产出管线；所述反应釜体的外壁上包设有能通电发热提供初始反应温度的预加热板；所述反应釜体内插设温度传感器，所述温度传感器用于监测反应釜体的中心区域的温度；所述反应釜体内还密封插设有压力传感器；

气源体，所述气源体用于提供含氧量可调的气体；所述气源体能通过气体流量控制器与所述注气管线连通；

泵，所述泵能与所述注油管线连通；

控制部，所述气体流量控制器、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述控制部电连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述气源体包括氮气源和氧气源，所述氮气源和所述氧气源的出口均通过一所述气体流量控制器连通所述注气管线，所述注气管线上串接有压力表。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述压力表和所述反应釜体之间的注气管线上串接有控制开闭的第一针阀。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述反应釜体的顶部设置能拆卸且能密封连接的釜体端盖，所述注油管线、所述注气管线和所述温度传感器密封穿过所述釜体端盖后进入反应釜体的内腔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述釜体端盖的上方扣设端盖隔热层。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述预加热板的外侧包设有釜体隔热层，所述釜体隔热层的外侧包设有能固定所述釜体隔热层的隔热板，所述反应釜体的顶部扣设有端盖隔热层，所述端盖隔热层的底部能与所述隔热板的上部抵靠。

在本实用新型的一较佳实施方式中，还包括一中间容器，所述中间容器的顶部能与所述注油管线连通，所述中间容器的底部能与所述泵连通。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述注油管线和所述中间容器之间串接有控制开闭的第二针阀。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述反应釜体的侧壁上连通设置3层产出管线，分别位于所述反应釜体的侧壁上部、中部和下部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述反应釜体的底部设置用于支撑的釜体底座。

由上所述，本实用新型提供的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置具有如下有益效果：

本实用新型提供的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置中，利用预加热板给反应釜体提供初始反应温度，达到模拟油藏温度条件的目的；反应釜体内插设足够灵敏的温度传感器，能检测到反应釜体内温度的变化，即使温度变化微弱；控制部通过气体流量控制器来调节气源体提供的气体的含氧量，从而实现注入不同含氧量气体的目的；实验时，利用多层位的产出管线进行反应釜体内油砂饱和油，大大提升了饱和效果；反应釜体为大型的釜体，其中心区域能达到近绝热的状态，利用该区域的反应情况来研究原油自氧化放热特征，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，同时还能够研究原油在氧化过程中的动力学特性；本实用新型还能用于原油氧化反应过程放热量的计算。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置的示意图。

图2：为本实用新型的模型本体的示意图。

图中：

100、近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置；

1、模型本体；

10、反应釜体；11、预加热板；12、釜体端盖；13、密封圈；14、端盖隔热层；15、釜体隔热层；16、隔热板；171、螺栓；172、螺母；18、釜体底座；

21、注油管线；211、第二针阀；

22、注气管线；221、压力表；222、第一针阀；

23、产出管线；230、安全阀；231、第一产出管线；232、第二产出管线；233、第三产出管线；

3、温度传感器；

4、压力传感器；

5、气体流量控制器；

6、泵；

7、控制部；

81、氮气源；82、氧气源；

9、中间容器。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

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。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、图2所示，本实用新型提供一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置100，包括，

模型本体1，模型本体1包括大型的反应釜体10，反应釜体10内装有油砂，反应釜体10的中心区域能达到近绝热的状态，反应釜体10及油砂构成模拟反应的模型；

反应釜体10的顶部向下密封穿设注油管线21和注气管线22；反应釜体10的侧壁上连通设置位于不同高度位置的至少2层产出管线23，实验时，利用多层位的产出管线23进行反应釜体10内油砂饱和油，大大提升了饱和效果；

反应釜体10的外壁上包设有能通电发热提供初始反应温度(为反应釜体10加热使其达到初始反应温度)的预加热板11，以达到模拟油藏温度条件的目的；

反应釜体10内插设温度传感器3，温度传感器3用于监测反应釜体10的中心区域的温度；在本实施方式中，温度传感器3为测温热电偶，测温热电偶足够灵敏，能检测到反应釜体10中温度的变化(即使变化可能很微弱，测温热电偶也会实施检测到)；反应釜体10内还密封插设有压力传感器4；在本实施方式中，压力传感器4自反应釜体10的侧壁下部密封插入，实时监测实验压力；

气源体，气源体用于提供含氧量可调的气体；气源体能通过气体流量控制器5与注气管线22连通；原油氧化用的含氧气体通过注气管线22注入反应釜体10内；

泵6，泵6能与注油管线21连通；泵6能将原油经注油管线21注入反应釜体10内，注入反应釜体10内原油饱和后，注入含氧气体，进行原油自氧化；

控制部7，气体流量控制器5、温度传感器3和压力传感器4均与控制部7电连接。控制部7为计算机，计算机通过气体流量控制器5来调节气源体提供的气体的含氧量，从而实现注入不同含氧量气体的目的；测温热电偶(温度传感器3)实时监测反应釜体10内部中心位置(中心区域)的温度，将温度数据实时传输至计算机(控制部7)，压力传感器4实时监测反应釜体10的实验压力，并将压力数据传输至计算机(控制部7)。

使用本实用新型进行近绝热条件下原油自氧化放热特征的实验研究时，实验充分利用油砂的热传导系数较低的特性，使用大型(反应釜体10与现有技术中采用的实验釜体相比规格要大，其规格满足中心区域近于绝热)的反应釜体10进行实验，从而反应釜体10的中心区域可看做近绝热条件，注油管线21向反应釜体10注入原油，注气管线22向反应釜体10注入含氧气体，原油在反应釜体10内氧化，研究反应釜体10的中心区域的氧化反应放热情况，即进行了近绝热条件下原油自氧化放热特征的实验研究；大型的反应釜体10的承压能力大大提高，满足能够在高压(15MPa)下进行实验的要求。

本实用新型提供的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置中，利用预加热板给反应釜体提供初始反应温度，达到模拟油藏温度条件的目的；反应釜体内插设足够灵敏的温度传感器，能检测到反应釜体内温度的变化，即使温度变化微弱；控制部通过气体流量控制器来调节气源体提供的气体的含氧量，从而实现注入不同含氧量气体的目的；实验时，利用多层位的产出管线进行反应釜体内油砂饱和油，大大提升了饱和效果；反应釜体为大型的釜体，其中心区域能达到近绝热的状态，利用该区域的反应情况来研究原油自氧化放热特征，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，同时还能够研究原油在氧化过程中的动力学特性；本实用新型还能用于原油氧化反应过程放热量的计算。

进一步，如图1所示，气源体包括氮气源81和氧气源82，氮气源81和氧气源82的出口均通过一气体流量控制器5连通注气管线22，注气管线22上串接有压力表221。控制部7通过控制两个气体流量控制器5来调节不同气源的注入流量，从而实现注入不同含氧量气体的目的。压力表221能实时显示注入气体的压力。

如图1所示，在本实施方式中，压力表221和反应釜体10之间的注气管线22上串接有控制开闭的第一针阀222。

进一步，如图2所示，反应釜体10的顶部设置能拆卸且能密封连接的釜体端盖12，注油管线21、注气管线22和温度传感器3密封穿过釜体端盖12后进入反应釜体10的内腔。在本实施方式中，釜体端盖12与反应釜体10通过螺栓171和螺母172进行连接，并密封圈13进行密封。

进一步，如图2所示，为充分保证反应釜体10的隔热性，釜体端盖12的上方扣设端盖隔热层14。

进一步，如图2所示，预加热板11的外侧包设有釜体隔热层15，釜体隔热层15的外侧包设有能固定釜体隔热层15的隔热板16，反应釜体10的顶部扣设有端盖隔热层14，端盖隔热层14的底部能与隔热板16的上部抵靠。端盖隔热层14、釜体隔热层15和隔热板16保证反应釜体10的隔热性。

进一步，如图1所示，本实用新型还包括一中间容器9，中间容器9的顶部能与注油管线21连通，中间容器9的底部能与泵6连通。泵6能通过中间容器9经注油管线21向反应釜体10内饱和原油。在本实施方式中，注油管线21和中间容器9之间串接有控制开闭的第二针阀211。

进一步，如图2所示，反应釜体10的侧壁上连通设置3层产出管线23，分别位于反应釜体10的侧壁上部、中部和下部。各产出管线23上连接有安全阀230。设定上部的产出管线为第一产出管线231，设定中部的产出管线为第二产出管线232，设定下部的产出管线为第三产出管线233。位于下部的第三产出管线233用于向反应釜体10内注水进行水饱和操作，第一产出管线231、第二产出管线232和第三产出管线233均用于饱和原油时各对应层位的出油。

进一步，如图2所示，反应釜体10的底部设置用于支撑的釜体底座18。

使用本实用新型进行原油自氧化放热特征测定实验，测定氧化反应放热量时，主要包括以下步骤：

步骤a、配制好相应含油质量分数的油砂，装入反应釜体10，再合上釜体端盖12并检查其密封性，在釜体端盖12上密封穿设注油管线21、注气管线22和温度传感器3(测温热电偶)，在反应釜体10上连接好各产出管线和压力传感器4，关闭产出管线上的安全阀230，关闭注气管线22上的第一针阀222，检查装置气密性，盖上端盖隔热层14；连接好气源体(氮气源81和氧气源82)的输气管路，将气体流量控制器5、温度传感器3和压力传感器4与计算机进行连接；

步骤b、注油管线21上的第二针阀211打开并且其出口呈开放状态，使用水泵(现有技术，图中未示出)通过反应釜体10下部的第三产出管线233向反应釜体10内注入水，水经反应釜体10顶部的注油管线21及第二针阀211流出时，饱和水过程结束，关闭第二针阀211；

步骤c、连接第二针阀211与中间容器9，泵6与中间容器9密封连通；打开第二针阀211，泵6通过中间容器9经注油管线21向反应釜体10内饱和原油，饱和过程中，先打开反应釜体10上部的第一产出管线231上的安全阀，使其呈连通状态，第一产出管线231出油后，关闭第一产出管线231；接着打开反应釜体10中部的第二产出管线232上的安全阀，使其呈连通状态，第二产出管线232出油后，关闭第二产出管线232；最后打开反应釜体10下部的第三产出管线233上的安全阀，使其呈连通状态，第三产出管线233出油后，饱和结束，关闭第三产出管线233；

步骤d、给预加热板11通电，预加热板11加热升温，对反应釜体10进行加热，直到反应釜体10内的测温热电偶测温达到实验温度；

步骤e、将设定气体的氧气含量输入计算机中，控制计算机分别将信号传给氮气源81、氧气源82上连接的气体流量控制器5，通过控制不同气体的流量进而控制通入反应釜体10内气体的含氧量；打开注气管线22上的第一针阀222，含氧气体注入反应釜体10内，压力传感器4实时监测反应釜体10内压力，当反应釜体10内部达到实验要求压力时停止注气，关闭第一针阀222；

步骤f、实验开始，测温热电偶实时监测反应釜体10内部中心位置的温度，将温度数据实时传输至计算机；

步骤g、反应结束，待温度降低至室温后泄压打开端盖隔热层14，拆下釜体端盖12，取出反应后的油砂，必要时可对其进行相关分析。

步骤h、数据处理：根据记录的油砂温度计算出反应釜体10内油砂在氧化反应中的放热量。

由上所述，本实用新型提供的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置具有如下有益效果：

本实用新型提供的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置中，利用预加热板给反应釜体提供初始反应温度，达到模拟油藏温度条件的目的；反应釜体内插设足够灵敏的温度传感器，能检测到反应釜体内温度的变化，即使温度变化微弱；控制部通过气体流量控制器来调节气源体提供的气体的含氧量，从而实现注入不同含氧量气体的目的；实验时，利用多层位的产出管线进行反应釜体内油砂饱和油，大大提升了饱和效果；反应釜体为大型的釜体，其中心区域能达到近绝热的状态，利用该区域的反应情况来研究原油自氧化放热特征，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，同时还能够研究原油在氧化过程中的动力学特性；本实用新型还能用于原油氧化反应过程放热量的计算。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，包括，

模型本体，所述模型本体包括反应釜体，所述反应釜体内装有油砂，反应釜体的中心区域能达到近绝热的状态；所述反应釜体的顶部向下密封穿设注油管线和注气管线；所述反应釜体的侧壁上连通设置位于不同高度位置的至少2层产出管线；所述反应釜体的外壁上包设有能通电发热提供初始反应温度的预加热板；所述反应釜体内插设温度传感器，所述温度传感器用于监测反应釜体的中心区域的温度；所述反应釜体内还密封插设有压力传感器；

气源体，所述气源体用于提供含氧量可调的气体；所述气源体能通过气体流量控制器与所述注气管线连通；

泵，泵能与所述注油管线连通；

控制部，所述气体流量控制器、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述控制部电连接。

2.如权利要求1所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述气源体包括氮气源和氧气源，所述氮气源和所述氧气源的出口均通过一所述气体流量控制器连通所述注气管线，所述注气管线上串接有压力表。

3.如权利要求2所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述压力表和所述反应釜体之间的注气管线上串接有控制开闭的第一针阀。

4.如权利要求1所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述反应釜体的顶部设置能拆卸且能密封连接的釜体端盖，所述注油管线、所述注气管线和所述温度传感器密封穿过所述釜体端盖后进入反应釜体的内腔。

5.如权利要求4所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述釜体端盖的上方扣设端盖隔热层。

6.如权利要求1或4所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述预加热板的外侧包设有釜体隔热层，所述釜体隔热层的外侧包设有能固定所述釜体隔热层的隔热板，所述反应釜体的顶部扣设有端盖隔热层，所述端盖隔热层的底部能与所述隔热板的上部抵靠。

7.如权利要求1所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，还包括一中间容器，所述中间容器的顶部能与所述注油管线连通，所述中间容器的底部能与泵连通。

8.如权利要求7所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述注油管线和所述中间容器之间串接有控制开闭的第二针阀。

9.如权利要求1所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述反应釜体的侧壁上连通设置3层产出管线，分别位于所述反应釜体的侧壁上部、中部和下部。

10.如权利要求1所述的近绝热条件下原油自氧化放热特征的测定装置，其特征在于，所述反应釜体的底部设置用于支撑的釜体底座。

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