CN215768357U - 一种油气混合爆炸试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种油气混合爆炸试验系统。油气混合爆炸试验系统，包括隔热燃爆仓、真空泵、原油蒸汽单元、可燃气单元以及空气单元；隔热燃爆仓分别与真空泵、原油蒸汽单元和空气单元连通，隔热燃爆仓用于混合试验气体且产生爆炸，真空泵用于提供气体流动的动力，原油蒸汽单元用于向隔热燃爆仓提供原油蒸汽，空气单元用于向隔热燃爆仓提供空气，氮气及氧气，可燃气单元用于向隔热燃爆仓提供可燃气。本实用新型的爆炸试验系统通过设置可燃气单元，将可燃气通入隔热燃爆仓中，以模拟井筒中真实的油气混合状态，更加准确的确定出井筒中油气混合物的爆炸极限或者临界氧含量，提高开采的安全性。

Description

一种油气混合爆炸试验系统

技术领域

本实用新型涉及一种油气混合爆炸试验系统。

背景技术

注空气开采低渗透油藏是一项提高采收率的有效技术。与注其他气体不同的是，注空气过程中各个环节均存在着可燃性混合物爆炸的危险，这主要是因为注入空气中含有氧气，氧气会与原油在油藏发生氧化反应，一旦氧化反应不完全，那么地层中的轻烃组分就会和氧气形成混合爆炸性气体。当空气压缩机停止注气或重新启动，会造成混合爆炸性气体向注气井筒内回流，当混合气体浓度达到爆炸范围时，在一定条件下就会发生爆炸事故。因此研究注空气驱油井内油气气液混合物的爆炸安全性，对提高生产的本质安全水平，改进生产工艺具有重要实际意义。

一般情况下，爆炸安全性的检测是检测油气气液混合物的爆炸极限或者临界含氧量。其中爆炸极限是指可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)以一定的浓度均匀混合形成预混气，遇火源发生爆炸的浓度范围。例如甲烷与空气混合的爆炸极限为5％～15％。可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限；临界氧含量是指当给以足够的点燃能量能使某一浓度的可燃气体刚好不发生燃烧爆炸的临界最高氧浓度，即为爆炸与不爆的临界点。若氧含量高于此浓度，便会发生燃烧或爆炸，氧含量低于此浓度便不会发生燃烧或爆炸。对可燃物质的爆炸极限和临界氧含量进行测定。

现有技术中进行爆炸极限或者临界氧含量的测定装置一般仅适用于原油蒸汽，然而在实际的注空气开采过程中，井中包含为油气混合物，气状的含量比较复杂，仅仅判定原油的爆炸极限或者临界氧含量并不能够准确的反映井筒中的真实情况，使得爆炸极限或者临界氧含量并不是井筒中实际的爆炸极限或者临界氧含量，进而无法准确的指导注空气开采，导致实际注空气开采过程中安全性低，容易引发爆炸事故。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种油气混合爆炸试验系统，用以解决现有系统无法真实反映井筒中的真实情况，导致开采安全性低的问题。

为实现上述目的，本申请提出了一种油气混合爆炸试验系统的技术方案，油气混合爆炸试验系统，包括隔热燃爆仓、真空泵、原油蒸汽单元、以及空气单元；隔热燃爆仓分别与真空泵、原油蒸汽单元、空气单元连通，隔热燃爆仓用于混合试验气体且产生爆炸，所述真空泵用于提供气体流动的动力，所述原油蒸汽单元用于向隔热燃爆仓提供原油蒸汽，所述空气单元用于向隔热燃爆仓提供氧气，还包括：

可燃气单元，所述可燃气单元与隔热燃爆仓连通，用于向隔热燃爆仓提供可燃气。

本实用新型的油气混合爆炸试验系统的技术方案的有益效果是：本实用新型的爆炸试验系统通过设置可燃气单元和原油蒸汽单元，将可燃气和原油蒸汽通入隔热燃爆仓中，以模拟井筒中真实的油气混合状态，更加准确的确定出井筒中油气混合物的爆炸极限或者临界氧含量，提高开采的安全性。

进一步的，为了加快试验速度，所述原油蒸汽单元包括连通的蒸发室和进样室，进样室用于向蒸发室提供液态原油，所述蒸发室用于将液态原油转换为原油蒸汽，蒸发室通过管路连接所述隔热燃爆仓，将原油蒸汽输送至隔热燃爆仓。

进一步的，所述可燃气单元包括混合气室和若干高压可燃气体罐，各高压可燃气体罐的出气口均联通所述混合气室，混合气室连通所述隔热燃爆仓。

进一步的，所述混合气室为配气钢瓶。

进一步的，为了快速的将原油蒸汽输送至隔热燃爆仓，避免原油蒸汽在传输过程中恢复液态，所述原油蒸汽单元位于隔热燃爆仓下方。

进一步的，所述蒸发室中设置有液位传感器。

进一步的，所述蒸发室的底部设置有排液口。

进一步的，所述蒸发室底部设置有搅拌装置。

进一步的，所述空气单元包括并联的高压氧气罐、高压氮气罐和高压空气罐。

附图说明

图1是本实用新型油气混合爆炸试验系统的结构图；

图中：1为数控终端；2为真空泵；3为高压氧气罐；4为高压氮气罐；5为高压空气罐；18为进样室；20、21、22为高压可燃气体罐；6为氧气含量分析仪；7为观察窗；11为隔热燃爆仓；23为蒸发室；19为配气钢瓶；51～62为电磁阀；12为电火花打火器；10、24、25为加热装置；13、16为搅拌装置；15为液位传感器；17为排液口；14为混合喷嘴。

具体实施方式

油气混合爆炸试验系统实施例：

油气混合爆炸试验系统包括：用于进行点火试验的燃爆单元、原油蒸汽单元、可燃气单元、空气单元、引射器、真空泵2以及数控终端1。真空泵2用于将各个单元进行抽真空，提供气体流动的动力；原油蒸汽单元将原油进行加热制成原油蒸汽，原油蒸汽通过蒸汽管路输送至引射器中；同时，可燃气单元通过多种单组分可燃气体混合制成混合可燃气，可燃气通过可燃气管路输送至燃爆单元中；空气单元将氧气输送至燃爆单元，为燃爆提供条件；数控终端1用于控制原油、可燃气、空气的浓度，通过点火观察是否起火，进而确定油气混合物的临界氧含量与燃爆极限。

具体的，如图1所示：

燃爆单元包括隔热燃爆仓11，隔热燃爆仓11的侧壁上设置一个可以观察仓内起火情况的观察窗7，并且隔热燃爆仓11内部设置有加热装置10、电火花打火器12，隔热燃爆仓11的底部凸起处设置一个搅拌装置13，同时隔热燃爆仓11内还设置有温度传感器T和压力传感器P。隔热燃爆仓11的下方设置有原油蒸汽单元。

原油蒸汽单元包括：进样室18以及蒸发室23，进样室18和蒸发室23之间通过进样管路连通，进样管路上设置有电磁阀56；蒸发室23的四周设置有加热装置24，并且蒸发室23的底部设置有搅拌装置16。在蒸发室23的侧壁上还设置有液位传感器15；蒸发室23的侧壁的底部设置有排液口17；蒸发室23内部还设置有温度传感器T；蒸发室23的顶部通过蒸发管路与隔热燃爆仓11连通，蒸发管路上设置有电磁阀57，并且蒸发管路与与隔热燃爆仓11连通的一端设置有混合喷嘴14。温度传感器以及液位传感器15将采集的数据发送至数控终端1；数控终端1控制加热装置24以及两个搅拌装置16工作，并且数控终端1可以控制各电磁阀的开/关。

原油蒸汽单元的工作过程为：

蒸发室23抽真空后，原油样品放入进样室18，数控终端1控制电磁阀56打开，原油样品进入蒸发室23，液位传感器15实时监测原油样品的液位高度，在液位高度达到设定高度后，数控终端1控制电磁阀56关闭；

数控终端1控制加热装置24以及搅拌装置16工作，使得原油样本在蒸发室23中充分预热后变为原油蒸汽；温度传感器T实时将蒸发室23的温度发送至数控终端1；当蒸发室23的温度达到设定温度后，数控终端1控制电磁阀57打开，原油蒸汽进入引射器。

可燃气单元包括配气钢瓶19、高压可燃气体罐20、高压可燃气体罐21、高压可燃气体罐22，当然，还可根据混合可燃气的组分多少，继续增加其他组分的高压可燃气体罐，各高压气体罐的出气口连通对应的子管路，子管路汇合后与总管路连通，总管路与配气钢瓶19连通；并且配气钢瓶19通过可燃气管路与隔热燃爆仓11连通。各子管路均设置有电磁阀，分别为电磁阀60、电磁阀61、电磁阀62；总管路上设置有电磁阀59；可燃气管路上设置有电磁阀58。配气钢瓶19和各高压可燃气体罐均设置有压力传感器P和温度传感器T，压力传感器P和温度传感器T将采集的压力数据和温度数据发送至数控终端1；数控终端1控制各控制各电磁阀的开/关。

可燃气单元的工作过程为：

配气钢瓶19抽真空后，数控终端1控制电磁阀59打开，根据混合气体中各可燃气体组分所需的分压，控制电磁阀60打开，待配气钢瓶19的压力达到所需的压力后，电磁阀60关闭，按照相同的操作，分别控制电磁阀61，电磁阀62的打开及关闭。待最后一组可燃气体导入完配气钢瓶19后，数控终端1控制电磁阀59关闭，然后控制终端1控制加热装置25工作，待配气钢瓶19的温度达到设定值后，数控终端1控制电磁阀58打开使得配置好的混合可燃气进入隔热燃爆仓11，待隔热燃爆仓11的压力达到设定值后，关闭电磁阀58。

空气单元包括高压氧气罐3、高压氮气罐4、高压空气罐5以及氧气含量分析仪6；高压氧气罐3通过氧气管路连通主管路，高压氮气罐4通过氮气管路连通主管路，高压空气罐5通过空气管路连通主管路，氧气含量分析仪6通过分析管路连接隔热燃爆仓11，主管路与隔热燃爆仓11连通；空气管路上设置有电磁阀52，氧气管路上设置有电磁阀54，氮气管路上设置有电磁阀53，分析管路上设置有电磁阀51。空气单元的运转根据试验的不同，操作也有所不同：

(1)进行空气中可燃物爆炸极限测定试验时，数控终端1控制电磁阀52打开，使空气进去隔热燃爆仓11，待空气在隔热燃爆仓11中达到设定压力后，关闭电磁阀52；

(2)进行可燃物爆炸临界氧含量测定试验时，根据试验所需的氧浓度，计算隔热燃爆仓11中所需氧分压的大小，然后数控终端1控制电磁阀54打开，使氧气进去隔热燃爆仓11，待氧气在隔热燃爆仓11中达到设定压力后，关闭电磁阀54，接着控制电磁阀53打开，使氮气进去隔热燃爆仓11，待氮气在隔热燃爆仓11中达到设定压力后，关闭电磁阀53，待隔热燃爆仓11内各气体均导入完后，打开电磁阀51，使用氧气含量分析仪6判断仓内的氧气浓度是否达到所需的浓度，如未达到所需氧浓度，需控制电磁阀54开/关，适当增加氧气含量。

真空泵2通过真空泵管路与主管路连通，真空泵管路上设置有电磁阀55，并且设置有压力传感器P。真空泵2用于将隔热燃爆仓11、蒸发室23以及配气钢瓶19抽真空，抽真空时，数控终端1控制电磁阀55、电磁阀57、电磁阀58打开。

在试验前，需要预先设置好空气、原油蒸汽、以及混合可燃气的分压，当空气、原油蒸汽、以及混合可燃气以预设的分压进入隔热燃爆仓11中，进行点火，观察窗7观察是否起火，进而确定油气混合物的爆炸极限或爆炸临界氧含量。

使用测量系统进行试验时，需要在通风橱内进行试验，排风系统应适合于吸收有毒的烟气，实验人员在操作前必须穿戴好防爆头盔、护目镜、防护手套，然后按照下列步骤进行试验：

1)将各单元按照图1所示的方式进行连接后，打开数控终端1，设置好试验温度以及各浓度。

2)保证各电磁阀均处于关闭状态的情况下，数控终端1控制电磁阀55、电磁阀57、电磁阀58打开，真空泵2启动，开始抽真空，反复进行至少3次。

3)抽真空完成后，向进样室18中加入至少250ml原油液体样品，关闭电磁阀55、电磁阀57、电磁阀58及真空泵2。

4)控制电磁阀59打开，根据各可燃气在配气钢瓶19中所需的分压大小，分别控制电磁阀60、电磁阀61、电磁阀62打开/关闭，导入完各组分可燃气后，控制加热装置25打开，使配气钢瓶19达到所需的温度；同时控制电磁阀56打开，使原油液体样品流入蒸发室23中，当液位传感器15检测到蒸发室23中液体量达到200ml或所需的液量时，控制电磁阀56关闭，加热装置24及搅拌装置16开始启动，进行原油蒸汽的制备。

5)当蒸发室23、配气钢瓶19和隔热燃爆仓11内的温度达到设定值且稳定至少5min后，控制电磁阀57打开，使得原油蒸气引射进入隔热燃爆仓11中，待原油蒸汽达到设定值后，控制电磁阀57关闭。

6)控制电磁阀58打开，当混合可燃气浓度达到设定值后(通过计算可燃气的分压判断)，控制电磁阀58关闭，停止混合可燃气的进入。

7)如若进行爆炸极限的测定试验，控制电磁阀52打开，向隔热燃爆仓11内通入空气，待空气在仓内达到所需分压后，控制电磁阀52关闭，该试验无需使用氧气含量分析仪6。

8)如若进行爆炸临界氧含量的测定试验，分别控制电磁阀54、电磁阀53的打开，分别向隔热燃爆仓11内通入氧气和氮气，待氧气和氮气在仓内分别达到所需分压后，分别控制电磁阀54、电磁阀53的关闭，该试验可通过控制氧分压的大小，来控制爆炸体系中氧含量的大小，所有气体导入完成后，控制电磁阀51打开，使用氧气含量分析仪6，检测仓内氧浓度是否符合设计值，如果不符合则需适当增加氧气或重新进行试验，氧含量测定完后，控制电磁51关闭。

9)打开搅拌装置13，等待至少5min使得空气单元中的气体和可燃混合气体在仓内得到充分混合和加热，关闭搅拌装置13，检查隔热燃爆仓11是否完全紧闭，通过数控终端1控制电火花打火器12进行点火。

10)数控终端1通过对隔热燃爆仓11内的温度压力曲线进行检测，判断是否有爆炸产生；或者通过观察窗7，观察是否有火焰传播，两者可结合共同判断。

按照GB/T21844-2008《化合物(蒸气或气体)易燃性浓度限值的标准试验方法》对试验结果的分析要求，多次重复步骤1)-10)，按实际试验需要，可分别对油气混合物的最终的爆炸极限与临界氧含量进行测定。试验完成后，如果蒸发室23中有液体残留，可以通过排液口17将其排出。

上述实施例中，进行天然气混合的混合气室为配气钢瓶19，作为其他实施方式，也可以为其他类型的混合室，本实用新型对此不做限制。

上述实施例中，为了加快原油蒸发的速度，通过蒸发室23对原油进行加热进而制备出原油蒸汽，作为其他实施方式，也可以不设置蒸发室23，直接将进样室18连通隔热燃爆仓11，通过原油的自行挥发制备原油蒸汽进入隔热燃爆仓11内。

上述实施例中，蒸发室23内设置有液位传感器15、排液口17以及搅拌装置16，作为其他实施方式，蒸发室23外部有刻度的情况下，液位传感器15也可以不设置；同时，保证原油不会残留的情况下，排液口17也可以不设置；在保证原油蒸发速度的情况下，搅拌装置16也可以不设置。

本实用新型的油气混合爆炸试验系统的优势如下：

(1)对测试的液相样品进行了充分预热，液相样品通过蒸发管路进入隔热爆炸仓11内，缩短了中间环节，减少了样品蒸气的热量散失，且使之更符合采出井筒的井流物实际情况，使得测试结果更符合设置的反应条件下的实际值。

(2)更好的模拟了不易挥发的液体化学品在实际生产、储存、运输过程中的挥发条件，减少现有测试仪器在实际应用过程中制备样品蒸气与空气的混合气时产生的误差。

(3)通过增加数字控制系统，设置好相应的进样浓度，使用电磁阀控制样品蒸气的进样和制备混和气，减少了由操作人员手动操作进样产生的误差。

(4)增加了临界氧含量的测定功能，使得试验装置兼有爆炸极限测定与爆炸临界氧含量测定功能。

Claims (9)

1.一种油气混合爆炸试验系统，包括隔热燃爆仓、真空泵、原油蒸汽单元、以及空气单元；隔热燃爆仓分别与真空泵、原油蒸汽单元、空气单元连通，隔热燃爆仓用于混合试验气体且产生爆炸，所述真空泵用于提供气体流动的动力，所述原油蒸汽单元用于向隔热燃爆仓提供原油蒸汽，所述空气单元用于向隔热燃爆仓提供氧气，其特征在于，还包括：

可燃气单元，所述可燃气单元与隔热燃爆仓连通，用于向隔热燃爆仓提供可燃气。

2.根据权利要求1所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述原油蒸汽单元包括连通的蒸发室和进样室，进样室用于向蒸发室提供液态原油，所述蒸发室用于将液态原油转换为原油蒸汽，蒸发室通过管路连接所述隔热燃爆仓，将原油蒸汽输送至隔热燃爆仓。

3.根据权利要求1所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述可燃气单元包括混合气室和若干高压可燃气体罐，各高压可燃气体罐的出气口均联通所述混合气室，混合气室连通所述隔热燃爆仓。

4.根据权利要求3所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述混合气室为配气钢瓶。

5.根据权利要求1所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述原油蒸汽单元位于隔热燃爆仓下方。

6.根据权利要求2所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述蒸发室中设置有液位传感器。

7.根据权利要求2所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述蒸发室的底部设置有排液口。

8.根据权利要求2所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述蒸发室底部设置有搅拌装置。

9.根据权利要求1或2所述的油气混合爆炸试验系统，其特征在于，所述空气单元包括并联的高压氧气罐、高压氮气罐和高压空气罐。

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