CN213813405U - 高温高压大型油水驱替动态x射线扫描实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，涉及油气田开采实验技术领域，其包括包裹有加热套的平板岩芯，平板岩芯置于薄壁的围压釜体内，围压釜体内密封设置有包裹平板岩芯的围压腔，围压腔分别与氦气供给系统、水供给系统和油供给系统连通。支承釜体沿围压釜体的边缘支撑，围压釜体的中部通过多个筋板与支承釜体连接，相邻筋板之间形成贯穿平板岩芯的扫描通道，扫描通道的端部设置有X射线扫描机构，X射线扫描机构通过移动驱动装置驱动其沿着平板岩芯长度方向移动；支承釜体上设置有前后翻转机构和左右翻转机构。解决了现有技术中的驱替实验模拟条件限制导致获得的实验数据可靠性差的问题。

Description

高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置

技术领域

本实用新型涉及油气田开采实验技术领域，特别是涉及一种高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置。

背景技术

人对油气藏所采取的开发策略和工艺措施对油气田最终的可采储量影响很大，可采储量与原始地质储量的比值称为采收率，对平板模型(人造平板岩芯) 进行驱替实验，研究驱油机理，对提高油气田采收率有重要作用。在现有的驱替实验中，一种是间接的通过进出口压力等因素来研究，另一种是低压常温平板模型驱体，存在的缺点是不能客观的模拟地层中的高压高温环境，且平板模型大多模拟水平驱替，不能反应重力对驱替实验的影响，影响实验结果的准确性，并且现有的X-CT岩心扫描装置在扫描时由于扫描范围限制，使得驱替岩心尺寸不能太大，导致模拟实验不够精确。

实用新型内容

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，解决了现有技术中的驱替实验模拟条件限制导致获得的实验数据可靠性差的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其包括包裹有加热套的平板岩芯，平板岩芯置于薄壁的围压釜体内，围压釜体内密封设置有包裹平板岩芯的围压腔，围压腔分别与氦气供给系统、水供给系统和油供给系统连通。

支承釜体沿围压釜体的边缘支撑，围压釜体的中部通过多个固定于支承釜体上的筋板间隔支撑，相邻筋板之间形成贯穿平板岩芯的扫描通道，扫描通道的端部设置有X射线扫描机构，X射线扫描机构通过移动驱动装置驱动其沿着平板岩芯长度方向移动；支承釜体上设置有前后翻转机构和左右翻转机构。

本实用新型的有益效果为：

1、本方案中的实验装置能够使用油气水作为驱替介质，氦气作为围压，研究高温高压环境下重力对驱替油藏机理的影响，利用X射线扫描成像技术，快速、方便地获得平板岩芯内部的流体分布情况。

2、加热套能够对平板岩芯进行加热以模拟高温环境，包裹有加热套的平板岩芯置于围压釜体内，支承釜体沿围压釜体的边缘支撑，使得加热套在加热时可以仅对平板岩芯加热，相比于传统的实验装置中对整个釜体加热，更加节省能量，且围压釜体和承力釜体处于常温状态，常温使得对其及其上零部件的材质性能要求降低，同时提高了实验过程中的安全性。

3、支承釜体沿围压釜体的边缘支撑，围压釜体的中部通过固定于支承釜体上的筋板间隔支撑，使得围压釜体在满足能够承受高压力的同时壁厚可以做得更薄，使实验设备更加轻质化，更加易于翻动，使得能够实施重力因素对驱替实验的影响；同时围压釜体的壁厚变薄以后以及筋板之间形成的扫描通道均有利于提高X射线的穿透性，使X射线扫描得到的实验数据更加准确。并且筋板与支承釜体固定连接，筋板与围压釜体之间只通过抵接支撑，提高了拆装的方便性，同时避免了焊接造成的围压釜体的变形。

4、前后翻转机构和左右翻转机构的设置能够从不同方向上将平板岩芯调整到倾斜甚至垂直，以模拟重力对驱替实验的影响。

5、X射线扫描机构通过移动驱动装置驱动其沿着平板岩芯长度方向移动，实现动态扫描，使得X射线在较小的射出角情况下，达到对大尺寸平板岩芯实验数据监测记录，提高了实验效率，同时平板岩芯增大能够提高实验数据的可靠性，有效降低偶然因素对实验结果的影响。

附图说明

图1为高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置俯视原理图。

图2为高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置的前视图。

图3为图2中A处的放大图。

图4为图3中B处的放大图。

图5为支承釜体夹持围压釜体的立体图。

图6为支承釜体夹持围压釜体沿宽度方向的剖视图。

其中，1、平板岩芯；111、箱体；112、密封胶；113、箱盖；12、保温层； 2、加热套；3、围压釜体；31、围压腔；4、筋板；5、支承釜体；51、上夹板； 52、下夹板；53、紧固件；54、卡口；6、前后翻转机构；61、手轮；62、减速机；63、短轴；7、左右翻转机构；8、扫描通道；91、X射线发射机；92、射线接受装置；93、滑轨；94、第一移动机构；941、牵引绳；942、电动收放轮； 943、导向轮；95、第二移动机构；951、丝杆；952、丝杠螺母；96、射线保护壳；97、悬挂架；10、移动架；13、水箱；14、注水计量泵；15、油箱；16、注油计量泵；18、氦气瓶；19、调压阀；20、气体流量计；21、油水计量杯； 22、氦气增压泵；23、氦气回收泵；24、压力表。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图4所示，该高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置包括包裹有加热套2的平板岩芯1，平板岩芯1置于薄壁的围压釜体3内，围压釜体3的壁厚可以为10毫米。围压釜体3内密封设置有包裹平板岩芯1的围压腔31，围压腔31分别与氦气供给系统、水供给系统和油供给系统连通。

支承釜体5沿围压釜体3的边缘支撑，围压釜体3的中部通过多个固定于支承釜体5上的筋板4间隔支撑，相邻筋板4之间形成贯穿平板岩芯1的扫描通道8，扫描通道8的端部设置有X射线扫描机构，X射线扫描机构通过移动驱动装置驱动其沿着平板岩芯1长度方向移动；支承釜体5上设置有前后翻转机构6和左右翻转机构7。

优选地，平板岩芯1置于平板夹持器中，平板夹持器包括顶端敞开的箱体 111，在箱体底板上涂覆一层密封胶112后，将制作好的平板岩芯1放入，在平板岩芯1的顶面上涂覆一层密封胶112，再将加热套2固定到密封胶112层上，加热套2可以是橡胶加热板(在橡胶板内安装有电加热丝)也可以是碳纤维加热板，可以根据实际对温度的需求选择合适的加热套；然后将与箱体配套的箱盖113盖合在箱体上并通过螺纹紧固件连接，箱盖113仅覆盖平板岩芯1的边缘部分，最后再将平板夹持器、平板岩芯1和加热套2整个采用保温层12包裹。

优选地，平板岩芯1为矩形状，围压釜体3为矩形的空心箱体，平板岩芯1 的尺寸小于围压釜体3的内腔尺寸，使得围压釜体3内壁与平板岩芯1之间有空间作为围压腔31。围压釜体3上密封连接有至少两个管接头，分别作为水油进入管接头和氦气进入管接头，管接头优选快插管接头，通过管接头方便实验时快速连接水油输送管道和氦气输送管道。

如图5、图6所示，支承釜体5包括相对设置的上夹板51和下夹板52，上夹板51和下夹板52均呈矩形框状，上夹板51与下夹板52通过紧固件53连接，紧固件53为下端固定于下夹板52上的螺钉，螺钉的上端穿过上夹板51后通过螺母锁紧。

上夹板51与下夹板52上邻近围压釜体3的一侧分别设置有上卡口和下卡口，上卡口和下卡口相对设置在上夹板51与下夹板52紧固以后形成夹紧围压釜体3边缘的卡口54，以达到沿边缘夹紧固定围压釜体3的目的。筋板4被分割成上部分和下部分，上部分焊接于上夹板51上，下部分焊接于下夹板52上，在上夹板51与下夹板52夹紧以后，上部分的底面抵接于围压釜体3的顶面上，下部分的顶面抵接于围压釜体3的底面上。

X射线扫描机构包括分别设置于扫描通道8两端的X射线发射机91和射线接受装置92，筋板4并排设置，相邻两个筋板4之间的通道形成供X射线穿过的扫描通道8，使得在扫描通道8上，X射线只需要穿透围压釜体3及其内部的物体即可，降低了X射线的损耗。X射线发射机91的射线出口上安装有射线保护壳96，射线保护壳96成喇叭口状，小径端与X射线发射机91连接，大径端邻近扫描通道8设置，在不干涉X射线发射机91移动的情况下尽可能靠近扫描通道8。射线保护壳96保证射线按照设定的路线照射，防止射线向其他方向散射。

X射线发射机91和射线接受装置92均滑动连接于滑轨93上并分别通过第一移动机构94和第二移动机构95驱动。第二移动机构95优选电动丝杠移动机构，包括丝杆951和螺纹连接于丝杆951上的丝杠螺母952，丝杆951的端部与电机的输出轴通过联轴器连接，射线接受装置92固定于丝杠螺母952上，丝杠螺母952的螺纹孔旁边还设置有一轴线与之平行的通孔，该通孔用于供滑轨93 穿过，第二移动机构95中的滑轨优选光杆，通过该光杆的限位可以防止丝杠螺母952转动同时起着导向的作用。丝杆951在电机的驱动下转动，丝杠螺母952不能随着转动只能沿着丝杆轴向移动，从而达到控制射线接受装置92的目的。

X射线发射机91通过悬挂架97悬挂在支承釜体5的下方，X射线发射机 91上固定有滑块，滑块滑动套接在滑轨93上，在第一移动机构94驱动X射线发射机91移动过程中，滑块与滑轨的配合起着导向和降低摩擦力的作用。

第一移动机构94包括连接于X射线发射机91上的牵引绳941，牵引绳941 绕接于电动收放轮942上。如图1所示，X射线发射机91的右端通过拉钩连接牵引绳941，牵引绳941绕过电动收放轮942后向X射线发射机91左侧延伸到导向轮943处，导向轮943和电动收放轮942均安装于悬挂架97上且分别位于 X射线发射机91的左侧和右侧。牵引绳941的左端绕过导向轮943后与X射线发射机91左侧的拉钩连接。为了防止牵引绳941打滑，牵引绳941可以在导向轮943和电动收放轮942多缠绕几圈后再引出。电动收放轮942安装在电机的输出轴上。

第一移动机构94驱动X射线发射机91移动原理为：电机驱动电动收放轮 942顺时针转动，牵引绳941右端拉动X射线发射机91向右移动，牵引绳左端放松且放松的长度与牵引绳941右端收紧的长度相同；同理，电机驱动电动收放轮942逆时针转动，X射线发射机91向左移动。

左右翻转机构7安装于支承釜体5上并对围压釜体3进行翻转，前后翻转机构6安装于移动架10上并对支承釜体5进行翻转。前后翻转机构6与左右翻转机构7的结构相同翻转原理也相同。下面仅对前后翻转机构6进行说明，前后翻转机构6包括在支承釜体5两端分别固定一根短轴63，短轴63通过轴承连接于移动架10上，一端的短轴63与减速机62连接，减速机62优选蜗轮蜗杆减速机，减速机62的输出和输入均为孔连接，一端的短轴63与减速机62的输出孔连接，减速机62的输入孔中连接手轮61，转动手轮61可以让短轴63转动进而翻动支承釜体5。支承釜体5的两端分别设置一个移动架10，为了方便移动，移动架10的下方连接有带刹车的万向轮。

加热套2可以对平板岩芯进行加热模拟高温环境，氦气供给系统向围压腔 31中提供足够的压力模拟高压环境。加强筋4的设置使得围压釜体3能够在薄壁情况下承受高压，X射线从扫描通道8进行扫描，遮挡损耗又较少。

X射线对实时驱替过程中的平板岩芯1进行扫描，获取平板岩芯中的油水饱和度动态变化图像，利用X射线扫描成像技术(当一束X射线穿透一个物体时，部分X射线会被吸收或反射掉，但大部分能穿透物体)，X射线扫描技术能在不改变平板岩芯外部结构、内部形态的条件下，在很短的时间内观测记录整块平板岩芯内部流体分布情况，当X射线发射机91发出射线，透过围压釜体 3及其内部结构后，到达射线接受装置92，射线接受装置92接受透射过来的X 射线信号，通过配套的电子装置判断不同部位的射线的变化，将其转化成电子信号，传输到处理软件，再通过软件处理成图像信息，从而平板岩芯中的油水饱和度动态变化图像。通过本方案中的实验装置可以模拟在高温高压环境下平板岩芯模型在水驱、油驱、重力驱情况下的流体分布情况，并提供可靠的实验数据。

水供给系统和油供给系统上均连接有增压系统，增压系统的气体介质为氦气。水供给系统提供水驱替，水供给系统包括水箱13和设置在输水管道上的注水计量泵14。油供给系统提供友驱替，油供给系统包括油箱15和连接在输油管道上的注油计量泵16，注油计量泵16和注水计量泵14能够定量控制流量，由于实际油气田中大多为水油混合，所以输油管道和输水管道合并连通后将定量且定成分的水油混合液输送到围压腔31中，水油混合液输送管道上安装有压力表24。

增压系统包括储存有氦气的氦气瓶18，氦气瓶18连接调压阀19以后通过管道与输水管道和输油管道连通，通过增压后的氦气帮助水和油进入到围压腔 31中。增压系统选择氦气作为介质，使得围压腔31中仅存的气体只有氦气，X 射线透过氦气，基本不减弱强度，能够提高X射线的穿透性。为了提高对围压腔31中气体量和油水量的控制，在围压腔31上通过管道连接有气体流量计20 和油水计量杯21。

氦气供给系统提供围压，提供气体驱替气源，氦气供给系统包括储存有氦气的氦气瓶18，氦气瓶上分别通过管道连接有氦气增压泵22和氦气回收泵23，氦气增压泵22所在的管道将增压后的氦气输送到围压腔31中，氦气回收泵23 所在的管道回收从围压腔31中出来的氦气，由于围压的大小会根据实验需求进行调节，有增压就有降压，需要增压时通过氦气增压泵22所在的管道向围压腔 31中输送更多的氦气，需要降压时，氦气回收泵23反方向将围压腔31中的氦气输送到氦气瓶18中，使围压腔31降压。氦气输送管道上连接有压力表24，以便于对管道内的压力进行监测。

Claims (9)

1.一种高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，包括包裹有加热套(2)的平板岩芯(1)，所述平板岩芯(1)置于薄壁的围压釜体(3)内，所述围压釜体(3)内密封设置有包裹所述平板岩芯(1)的围压腔(31)，所述围压腔(31)分别与氦气供给系统、水供给系统和油供给系统连通；

支承釜体(5)沿所述围压釜体(3)的边缘支撑，所述围压釜体(3)的中部通过多个固定于所述支承釜体(5)上的筋板(4)间隔支撑，相邻所述筋板(4)之间形成贯穿所述平板岩芯(1)的扫描通道(8)，所述扫描通道(8)的端部设置有X射线扫描机构，所述X射线扫描机构通过移动驱动装置驱动其沿着平板岩芯(1)长度方向移动；所述支承釜体(5)上设置有前后翻转机构(6)和左右翻转机构(7)。

2.根据权利要求1所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述平板岩芯(1)置于平板夹持器中，所述加热套(2)包裹整个平板岩芯(1)和平板夹持器，所述加热套(2)外包裹有保温层。

3.根据权利要求1所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述水供给系统和所述油供给系统上均连接有增压系统，所述增压系统的气体介质为氦气。

4.根据权利要求1所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述支承釜体(5)包括相对设置的上夹板(51)和下夹板(52)，所述上夹板(51)与所述下夹板(52)通过紧固件(53)连接，所述上夹板(51)与所述下夹板(52)上邻近所述围压釜体(3)的一侧分别设置有上卡口和下卡口，所述上卡口和所述下卡口相对设置形成夹紧所述围压釜体(3)边缘的卡口(54)。

5.根据权利要求1所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述X射线扫描机构包括分别设置于所述扫描通道(8)两端的X射线发射机(91)和射线接受装置(92)，所述X射线发射机(91)和所述射线接受装置(92)均滑动连接于滑轨(93)上并分别通过第一移动机构(94)和第二移动机构(95)驱动。

6.根据权利要求5所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述X射线发射机(91)的射线出口上安装有射线保护壳(96)，所述射线保护壳(96)的端部邻近所述扫描通道(8)设置。

7.根据权利要求5所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述第二移动机构(95)为电动丝杠移动机构。

8.根据权利要求5所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述第一移动机构(94)包括连接于所述X射线发射机(91)上的牵引绳(941)，所述牵引绳(941)绕接于电动收放轮(942)上。

9.根据权利要求1所述的高温高压大型油水驱替动态X射线扫描实验装置，其特征在于，所述左右翻转机构(7)安装于所述支承釜体(5)上并对所述围压釜体(3)进行翻转，所述前后翻转机构(6)安装于移动架(10)上并对所述支承釜体(5)进行翻转。

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