CN214622422U - 一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置 - Google Patents

Abstract

一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，包括实验舱、外防护罩、辅助系统和测控系统，外防护罩装在实验舱外部，通过螺栓固定在防护罩内部，其顶部设置有防护罩盖，辅助系统向实验舱内部的加压端单向供给实验所需空气、油等，并在管路上设单向阀防止点火后回流，泄压端设安全阀和稳压阀，保证实验舱内泄压安全和维持压力稳定，测控系统采用PLC采集传感器信号，对系统进行控制，并通过计算机与PLC通信实现人机交互；本发明可以在动态气流条件下监测岩心中原油氧化或燃烧情况，可以用于精确地评价油藏多孔介质中原油的氧化特征。

Description

一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置

技术领域

本实用新型涉及石油天然气开采实验设备技术领域，具体涉及一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置。

背景技术

近年来，油藏注空气驱油已经被证明是一种有效的提高采收率技术。注空气技术的关键在于空气与原油的氧化反应(低温氧化、中温氧化和高温氧化/燃烧)。因此，研究岩心中原油与空气的氧化/燃烧反应具有很大意义。目前研究原油氧化/燃烧特征的实验装置主要包括：恒温氧化反应器、热重分析仪(TG)、差式扫描量热仪(DSC)和加速量热仪(ARC)、升温氧化装置(RTO)、燃烧管(CT)和热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置等几种类型。其中，升温氧化装置(RTO)和燃烧管(CT)均被广泛用来研究稠油燃烧特征，能够有效模拟在多孔介质中燃烧前缘传递和空气动态驱替原油过程。

在最近几年，本领域现有技术中还公开了一批大尺度的高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替的实验装置，如申请号为201510432008.X和申请号为201610006614.X的中国专利，这些设备能够实现动态氧化或燃烧驱替。但上述装置通常装入油砂样品作为反应样品，而无法装入油藏岩心，因此存在诸多局限。例如，岩心中氧气与原油的接触方式与油砂混合样品中显然不同；油砂混合样品的渗透率通常高于1D，而部分注空气油藏的渗透率范围为几十至几百mD。因此目前亟需一种能够在岩心中动态气流条件下监测原油氧化或燃烧反应特征的实验装置。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型目的在于提供一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，可以在动态气流下监测多孔介质原油的氧化反应特征，尤其适用于计划进行注空气开发的低渗油藏。

本实用新型提供的技术方案是，提供一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，包括实验舱、外防护罩、防护罩盖，实验舱设置在外防护罩内部，外防护罩顶部设置有带通孔的防护罩盖，实验舱为单侧开口的中空容器，开口一侧带有法兰，在其法兰上经螺栓固定有带支耳的法兰盖，法兰盖上的支耳经外防护罩内壁上的突出部分支撑，法兰盖表面还设置有连通至实验舱内部的连接头；实验舱内部设置有圆筒状护套，护套内部过盈配合设置有测试岩心，护套与实验舱的法兰盖之间设置有连接至连接头的间隙作为泄压端，护套与实验舱底部之间设置有作为加压端的间隙，护套上还设置有连通护套和泄压端的通孔；实验舱外表面上间隔设置有一组以上水平伸入实验舱内部的热电偶，热电偶经分别穿过实验舱法兰盖和防护罩盖顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器和计算机电连接；实验舱外表面上还设置有连接至加压端的注气头，注气头经分别穿过实验舱法兰盖和防护罩盖顶部通孔的导管连接至气源上。

进一步的，所述实验舱的法兰盖支耳经穿过防护罩盖的连接螺栓固定在外防护罩内壁的突出部分上。

进一步的，所述实验舱表面还设置有伸入加压端的加热点火器，加热点火器经分别穿过实验舱法兰盖和防护罩盖顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器和计算机电连接。

进一步的，所述连接头经穿过防护罩盖顶部通孔的管路连接至外部采出装置中，连接管路上还依次设置有压力表、安全阀、稳压阀和手动球阀。

进一步的，连接头两侧还设置有分别穿过实验舱法兰盖和护套伸入测试岩心的两组温度传感器，温度传感器经穿过防护罩盖顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器和计算机电连接。

进一步的，所述注气头与气源的连接管路上还分别设置有压力表、单向阀和安全阀。

进一步的，所述外防护罩与实验舱之间的夹层中还填充有隔热材料。

本实用新型起到的技术效果是：

本实用新型通过设置外防护罩内置实验舱，并加入隔热材料层，能够能够实现高温高压下的原油就地燃烧实验，突破了过去只能模拟较低压力下原油燃烧实验的局限，并可广泛应用于轻质油藏高压注空气实验、稠油油藏就地燃烧实验，精确地反映注空气过程中原油的氧化反应特征，为优化注气参数，提高原油采收率提供了准确指导。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图中1热电偶，2压力表，3单向阀，4安全阀，5稳压阀，6手动球阀，7实验舱，8加压端，9泄压端，10温度传感器，11加热点火器，12注气头，13PLC控制器，14计算机，15测试岩心，16护套，17外防护罩，18防护罩盖，19连接头，20连接螺栓，21气源。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

实施例：

参见图1，一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，

实验舱7设置在外防护罩17内部，外防护罩17顶部设置有带通孔的防护罩盖18，防护罩盖18顶部通孔可用于引出外防护罩17内的各种管线，实验舱7为单侧开口的中空容器，开口一侧带有法兰，在其法兰上经螺栓固定有带支耳的法兰盖，本实施例中采用金属环形垫圈密封，保证实验舱7可承受最高40MPa，800℃的压力和温度条件；

法兰盖表面还设置有连通至实验舱7内部的连接头19，用于构成连通实验舱7内部的外部通道；

实验舱7内部设置有圆筒状护套16，护套16内部过盈配合设置有测试岩心15，岩心与护套采用过盈装配，确保在高温状态下岩心与护套接触面不分离；

护套16与实验舱7的法兰盖之间设置有连接至连接头19的间隙作为泄压端9，连接头19经穿过防护罩盖18顶部通孔的管路连接至外部采出装置中，连接管路上还依次设置有压力表2、安全阀4、稳压阀5和手动球阀6，护套16与实验舱7底部之间设置有作为加压端8的间隙，护套16上还设置有连通护套16和泄压端9的通孔，测试岩心15可通过泄压端9和连接头19管路连接至外部收集装置中，压力表2用于显示泄压端9的压力，安全阀4和稳压阀5分别用于保证管路的压力处于稳定范围中；

实验舱7外表面上间隔设置有一组以上水平伸入实验舱7内部的热电偶1，设置数量和位置根据实验需要确定，岩心装配好之后，根据测试需要在实验舱7两端开热电偶测量孔并设置热电偶，本实施例中采用的实施方式是在实验舱7外表面等间距设置有三组热电偶1；热电偶1经分别穿过实验舱7法兰盖和防护罩盖18顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器13和计算机14电连接，将温度数据收集至PLC控制器13和计算机14中处理；

实验舱7外表面上还设置有连接至加压端8的注气头12，注气头12经分别穿过实验舱7法兰盖和防护罩盖18顶部通孔的导管连接至气源21上，以此向加压端8提供实验所需的空气，可通过更换管路和气源21的方改变向加压端8的供给类型，从而在向岩心供油和供气之间切换；注气头12与气源21的连接管路上还分别设置有压力表2、单向阀3和安全阀4，由此保持管路内的压力范围正常和防止倒流。

法兰盖上的支耳经外防护罩17内壁上的突出部分支撑，并使其通过穿过防护罩盖18的连接螺栓20固定在外防护罩17内壁的突出部分上，以此形成对悬空在防护罩盖18中的实验舱7的稳固固定。

实验舱7表面还设置有伸入加压端8的加热点火器11，加热点火器11经分别穿过实验舱7法兰盖和防护罩盖18顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器13和计算机14电连接，加热点火器11经PLC控制器13和计算机14综合控制点火，以构成油样和氧气燃烧的驱替热前缘，在点火后继续注气即可驱动驱替热前缘在岩心内移动。

连接头19两侧还设置有分别穿过实验舱7法兰盖和护套16伸入测试岩心15的两组温度传感器10，温度传感器10经穿过防护罩盖18顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器13和计算机14电连接，温度传感器10收集测试岩心15上部的数据，并将其通过导线传至PLC控制器中，通过PLC控制器13收集传感器信号，并对系统进行控制，计算机14与PLC控制器13通信实现人机交互，并通过定制专用测控软件对试验过程进行监控。

外防护罩17与实验舱7之间的夹层中还填充有隔热材料，本实施例中使用隔热的石棉材料作为填充，以减少整个容器中的热量散失。

本实用新型的工作原理是，岩心装配完成后，再在两端开温度传感器测量孔。通过螺栓、螺母将试验舱固定在防护罩内部，顶部端盖通过螺栓固定。试验舱除两个支耳与防护罩接触其余地方悬空，用隔热石棉填充试验舱与防护罩的空隙，试验舱测试管路和电缆通过顶部端盖孔洞引出；

在加压端8向岩心中供给试验所需的空气、油等，保持单向供给，设置单向阀3防止点火后回流。泄压端9设安全阀和稳压阀，安全阀4超压泄压保证安全。在氧化实验中，氧气和岩心中的油样进行氧化反应，通过加热点火器11的加热作用，使得油样与氧气燃烧形成驱替热前缘，热前缘向前移动过程中，岩心中不同位置的温度均由热电偶1测量，进出口压力由压力表2测量，驱替原油向连接头19处管路流动，进行驱替实验；

连接头19处管路可连接气液分离器，分离出的气体可连接至气体分析仪，实时记录产出气类型和相对摩尔含量，同时对产出液体实施油水分离。通过该实验可了解原油在实际油藏岩心中的就地燃烧驱替效果。通过多因素耦合实验，可优选出注空气关键工艺参数，为注空气高效开采油藏提供实验方面的指导。

在本实用新型的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，包括实验舱(7)、外防护罩(17)、防护罩盖(18)，实验舱(7)设置在外防护罩(17)内部，外防护罩(17)顶部设置有带通孔的防护罩盖(18)，其特征在于，实验舱(7)为单侧开口的中空容器，开口一侧带有法兰，在其法兰上经螺栓固定有带支耳的法兰盖，法兰盖上的支耳经外防护罩(17)内壁上的突出部分支撑，法兰盖表面还设置有连通至实验舱(7)内部的连接头(19)；

实验舱(7)内部设置有圆筒状护套(16)，护套(16)内部过盈配合设置有测试岩心(15)，护套(16)与实验舱(7)的法兰盖之间设置有连接至连接头(19)的间隙作为泄压端(9)，护套(16)与实验舱(7)底部之间设置有作为加压端(8)的间隙，护套(16)上还设置有连通护套(16)和泄压端(9)的通孔；

实验舱(7)外表面上间隔设置有一组以上水平伸入实验舱(7)内部的热电偶(1)，热电偶(1)经分别穿过实验舱(7)法兰盖和防护罩盖(18)顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器(13)和计算机(14)电连接；

实验舱(7)外表面上还设置有连接至加压端(8)的注气头(12)，注气头(12)经分别穿过实验舱(7)法兰盖和防护罩盖(18)顶部通孔的导管连接至气源(21)上。

2.如权利要求1所述的一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，其特征在于：所述实验舱(7)的法兰盖支耳经穿过防护罩盖(18)的连接螺栓(20)固定在外防护罩(17)内壁的突出部分上。

3.如权利要求2所述的一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，其特征在于：所述实验舱(7)表面还设置有伸入加压端(8)的加热点火器(11)，加热点火器(11)经分别穿过实验舱(7)法兰盖和防护罩盖(18)顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器(13)和计算机(14)电连接。

4.如权利要求3所述的一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，其特征在于：所述连接头(19)经穿过防护罩盖(18)顶部通孔的管路连接至外部采出装置中，连接管路上还依次设置有压力表(2)、安全阀(4)、稳压阀(5)和手动球阀(6)。

5.如权利要求4所述的一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，其特征在于：连接头(19)两侧还设置有分别穿过实验舱(7)法兰盖和护套(16)伸入测试岩心(15)的两组温度传感器(10)，温度传感器(10)经穿过防护罩盖(18)顶部通孔的导线依次与外部设置的PLC控制器(13)和计算机(14)电连接。

6.如权利要求5所述的一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，其特征在于：所述注气头(12)与气源(21)的连接管路上还分别设置有压力表(2)、单向阀(3)和安全阀(4)。

7.如权利要求6所述的一种可装配岩心的高温高压燃烧实验装置，其特征在于：所述外防护罩(17)与实验舱(7)之间的夹层中还填充有隔热材料。

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