专利名称：一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田开采技术领域，特别是一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统。
背景技术：
油页岩大多沉积在地下深处，经成岩作用和挥发物质散失等物理化学作用，成为油页岩层，通过低温干馏的手段可以从油页岩中取得页岩油。我国油页岩资源丰富，预测储量约7200亿吨，埋深在500-1000m之间的资源约占全国的36%。这部分资源油页岩埋深较深无法通过地面干馏方法进行利用。利用地下原位加热的方法可以开采这部分油页岩资源，该方法提高了资源开发利用率，并减少了在开采过程中对生态环境的破坏。在原位开采过程中，掌握地下油页岩的热传导规律、渗流规律以及原位开采适应的地质条件是至关重要的，油页岩原位开采模拟装置是为开展这些研究提供数据的唯一工具。因此，油页岩原位开采模拟装置在油页岩开发利于中格外重要。目前，国际上油页岩就地干馏开采方法很多。根据热量传递的方式可以分为三种 直接传导加热、对流加热、辐射加热。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题原位开采方法一，直接传导加热，如壳牌公司直接利用电加热棒对油页岩层进行传导加热，存在传热速率慢的问题。就地干馏开采方法方法二，对流加热，如EGL公司是将热空气注入地层中进行对流方式加热，由于油页岩的孔隙度和渗透率极小，因此空气加热油页岩的导热效率很低，页岩油的采收率低。目前，国际上开展油页岩原位开采模拟研究的公司有壳牌和埃里克森美孚等公司。壳牌公司研制的模拟装置采用电加热法，将电热丝缠绕在油页岩心外侧进行加热；埃里克森美孚公司研制的模拟装置，向油页岩内部加入煅烧后的石油焦炭作为导电介质，从油页岩内部加热。以上两套仪器结构相对简单，由于油页岩是热的不良导体，仅仅依靠热传导方式加热油页岩，效果不是太好。因此，我们有必要设计一种新型对油页岩进行加热的开采模拟实验装置。 发明内容本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统，利用该装置能对油页岩岩心进行注气辅助电加热进行热传导的效果测试。本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于，包括筒体、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管；所述加热套管、温度检测器、出口套管分别卡在所述筒体的盖子上；所述出口套管设置在筒体的中心处；所述电加热棒与加热套管成对配套设置；所述电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中，用以对筒体内部进行加热；每个加热套管分别与进气管相连通，用以向筒体内部注入气体；所述温度检测器，用以检测筒体内温度；所述出口套管，与出气管相连通，用以将筒体内的热解产物排出。所述各组电加热棒及加热套管呈以筒体的中心为中心的正多边形的形式分布。该模拟装置包括四组电加热棒及加热套管；该四组电加热棒及加热套管呈正方形的形式分布。所述各个温度检测器分隔排列在两个连线穿过筒体中心的电加热棒的连线上。所述注入筒体内的气体可以为N2或CH4气体。所述注入筒体内的气体为(X)2气体。 在所述各个加热套管与进气管的连接线路上还设有气体预热器，用以对注入气体进行预先加热。在所述筒体外部套有保温筒体，用于增加了筒体的保温性能。在所述筒体与盖之间设置密封圈，用于增强了筒体体内环境的密封性。一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于，包括模拟装置、测量装置、注气装置、计算机及控制装置；所述模拟装置，用于油页岩的加热及热解产物导出，包括筒体、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管；所述加热套管、温度检测器、出口套管分别卡在所述筒体的盖子上；所述出口套管设置在筒体的中心处；所述电加热棒与加热套管成对配套设置；所述电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中，用以对筒体内部进行加热；每个加热套管分别与进气管相连，通过进气管与注气装置相连通，用以向筒体内部注入气体；所述温度检测器，与所述计算机相连接，用以检测筒体内温度，并将温度检测数据回传至计算机；所述出口套管与出气管相连，通过出气管与测量装置相连通，用以将筒体内的热解产物排出至测量装置；所述测量装置，用于对油页岩的热解产物进行冷凝、收集和测量；所述注气装置，用于提供辅助气体；所述计算机，用于接收温度检测器检测的温度检测数据，并对数据进行分析；所述控制装置，与每个电加热棒分别相连，用于控制各个电加热棒的加热温度。所述测量装置包括冷凝罐、气液分离器、流量计、称量天平及液体收集罐；所述冷凝罐，入口连接所述出气管，出口连接气液分离器，用于冷凝输入的热解产物；所述气液分离器，用以对所输入热解产物进行气液分离，其气相出口与流量计相连，其液相出口接入所述液体收集罐；所述流量计，与所述计算机相连接，用于检测分离后气相流量，并将所检测数据回
5传至计算机；所述液体收集罐，设置在称量天平上，用于收集分离后液体；所述称量天平，与所述计算机相连接，用于称量液体收集罐所收集的液体，并将称量数据回传至计算机。所述各组电加热棒及加热套管呈以筒体的中心为中心的正多边形的形式分布。该模拟装置包括四组电加热棒及加热套管；该四组电加热棒及加热套管呈正方形的形式分布。所述各个温度检测器分隔排列在两个连线穿过筒体中心的电加热棒的连线上。所述注入筒体内的气体可以为N2或CH4气体。所述注入筒体内的气体为(X)2气体。在所述各个加热套管与进气管的连接线路上还设有气体预热器，用以对注入气体进行预先加热。在所述筒体外部套有保温筒体，用于增加了筒体的保温性能。在所述筒体与盖之间设置密封圈，用于增强了筒体体内环境的密封性。通过本实用新型实施例，可以利用该注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统能对油页岩岩心进行注气辅助电加热进行热传导的效果测试，提供了一种新型对油页岩进行加热开采的研究方向。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的限定。在附图中图1为注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置的结构示意图；图2为注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置的俯视图；图3为注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。图1为注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置的结构示意图。如图所示，该模拟装置，包括筒体16、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管8。所述加热套管、温度检测器、出口套管8分别卡在所述筒体16的盖子上。其中，该出口套管8设置在筒体16的中心处。所述电加热棒与加热套管成对配套设置；所述电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中，用以对筒体16内部进行加热；每个加热套管分别与进气管相连通，用以向筒体 16内部注入气体。所述温度检测器，用以检测筒体16内温度。所述出口套管8与出气管9相连通，用以将筒体16内的热解产物排出。该模拟装置在对油页岩进行注气辅助电加热开采模拟实验时，在油页岩岩心相应位置钻好电加热套管孔，钻好温度检测器的孔位，钻好出口套管8的孔位，并将它们放置到位。将岩心装入筒体16中，盖好盖子，然后电加热棒插入各自的加热套管中。开始加热电加热棒，加热的同时通过进气管分别向各个加热套管内中注入辅助气体，辅助气体在筒体16 内的扩散形成了对流传热，从而加速了热量传递速率。温度检测器实时监测筒体16内的温度变化。随着筒体16内温度和压力的升高，其内被加热的气液混合物由出口套管8排出， 以供采样检测。通过上述结构的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，可以利用该装置能对油页岩岩心进行注气辅助电加热进行热传导的效果测试，提供了一种新型对油页岩进行加热开采的研究方向。图2为注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置的俯视图。如图所示，所述各组电加热棒及加热套管呈以筒体16的中心为中心的正多边形的形式分布。这样，可以使各个电加热棒可以均勻的对筒体内的油页岩进行加热，以方便对其实验数据进行分析。如图2所示，可以看出在本实施例中，具体采用了电加热棒4、5、19、20四个电加热棒，呈正方形的形式分布。所述各个温度检测器分隔排列在两个连线穿过筒体16中心的电加热棒的连线上。这样的排布可以以较少的温度检测器数量监控到油页岩岩心不同位置的温度变化情况。图2所示的实施例中，具体采用了温度检测器12、13、14、15四个温度检测器。该四个温度检测器12、13、14、15分隔排列在呈对角线的两个电加热棒之间。该模拟装置的关键在于向油页岩注入气体以辅助电加热棒提供的热能在油页岩内扩散。其所采用的辅助气体可以为队、014、0)2等气体。其中，该辅助气体选择的最佳方案是采用(X)2气体。这是因为，采用(X)2作为辅助气体注入筒体内，随着筒体内温度和压力的升高，二氧化碳可以达到超临界状态，起到了萃取分离的作用从而提高了页岩油的采收率，二氧化碳还能与半焦(油页岩热解后的残渣) 中的残炭发生反应生成一氧化碳，从而降低排放气体中二氧化碳气体的含量，同时增加其中一氧化碳的含量，提高排出产物的热含量。另外，在各个加热套管与进气管的连接线路上还设有气体预热器18，用以对注入气体进行预先加热。这样，可以避免所注入的辅助气体与油页岩的温差较大，影响实验的效
^ ο如图1、2所示，在筒体16外部套有保温筒体17，增加了筒体的保温性能，降低了能耗。在筒体16与盖之间设置密封圈(图中未示)，增强了筒体体内环境的密封性。上述为本实用新型所设计的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置。但是，利用该模拟装置进行实际注气辅助电加热油页岩原位开采实验数据检测时，还需要为该模拟装置配置周边检测及控制装置行程检测系统。参见图3，下面我们就具体给出一种由上述模拟装置结合周边设备所构成的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统的可行实施例。但应指出，这里所给出的实施例仅用于给出一种可行的示例，并不用以限制本实用新型的保护范围。如图3所示，该注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统包括模拟装置100、测量装置200、注气装置300、计算机400及控制装置500。所述模拟装置100，用于油页岩的加热及热解产物导出，包括筒体16、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管8。所述加热套管、温度检测器、出口套管8分别卡在所述筒体16的盖子上。其中，该出口套管8设置在筒体16的中心处。所述电加热棒与加热套管成对配套设置；所述电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中，用以对筒体16内部进行加热。每个加热套管分别与进气管相连，通过进气管与注气装置300相连通，用以向筒体16内部注入气体。所述温度检测器，与所述计算机400相连接，用以检测筒体16内温度，并将温度检测数据回传至计算机400。所述出口套管8与出气管9相连，通过出气管9与测量装置200相连通，用以将筒体16内的热解产物排出至测量装置200。所述测量装置200，用于对油页岩的热解产物进行冷凝、收集和测量。所述注气装置300，用于提供辅助气体。所述计算机400，用于接收温度检测器检测的温度检测数据，并对数据进行分析。所述控制装置500，与每个电加热棒分别相连，用于控制各个电加热棒的加热温度。其中，如图3所示，所述测量装置200包括冷凝罐10、气液分离器21、流量计22、 称量天平23及液体收集罐观。所述冷凝罐10，入口连接所述出气管9，出口连接气液分离器21，用于冷凝输入的热解产物。所述气液分离器21，用以对所输入热解产物进行气液分离，其气相出口与流量计 22相连，其液相出口接入所述液体收集罐观。所述流量计22，与所述计算机400相连接，用于检测分离后气相流量，并将所检测数据回传至计算机400。所述液体收集罐观，设置在称量天平23上，用于收集分离后液体。所述称量天平23，与所述计算机400相连接，用于称量液体收集罐观所收集的液体，并将称量数据回传至计算机400。图2为注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置的俯视图。如图所示，所述各组电加热棒及加热套管呈以筒体16的中心为中心的正多边形的形式分布。这样，可以使各个电加热棒可以均勻的对筒体内的油页岩进行加热，以方便对其实验数据进行分析。如图2所示，可以看出在本实施例中，具体采用了电加热棒4、5、19、20四个电加热棒，呈正方形的形式分布。所述各个温度检测器分隔排列在两个连线穿过筒体16中心的电加热棒的连线上。这样的排布可以以较少的温度检测器数量监控到油页岩岩心不同位置的温度变化情况。图2所示的实施例中，具体采用了温度检测器12、13、14、15四个温度检测器。该四个温度检测器12、13、14、15分隔排列在呈对角线的两个电加热棒之间。该模拟装置的关键在于向油页岩注入气体以辅助电加热棒提供的热能在油页岩内扩散。其所采用的辅助气体可以为N2、CH4、o)2等气体。其中，该辅助气体选择的最佳方案是采用(X)2气体。这是因为，采用(X)2作为辅助气体注入筒体内，随着筒体内温度和压力的升高，二氧化碳可以达到超临界状态，起到了萃取分离的作用从而提高了页岩油的采收率，二氧化碳还能与半焦(油页岩热解后的残渣) 中的残炭发生反应生成一氧化碳，从而降低排放气体中二氧化碳气体的含量，同时增加其中一氧化碳的含量，提高排出产物的热含量。另外，在各个加热套管与进气管的连接线路上还设有气体预热器18，用以对注入气体进行预先加热。这样，可以避免所注入的辅助气体与油页岩的温差较大，影响实验的效
^ ο如图1、2所示，在筒体16外部套有保温筒体17，增加了筒体的保温性能，降低了能耗。在筒体16与盖之间设置密封圈(图中未示)，增强了筒体体内环境的密封性。综上所述，本实用新型提供了一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统，通过上述结构的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，可以利用该装置能对油页岩岩心进行注气辅助电加热进行热传导的效果测试，提供了一种新型对油页岩进行加热开采的研究方向。本领域技术人员在此设计思想之下，所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于，包括筒体、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管；所述加热套管、温度检测器、出口套管分别卡在所述筒体的盖子上；所述出口套管设置在筒体的中心处；所述电加热棒与加热套管成对配套设置；所述电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中，用以对筒体内部进行加热；每个加热套管分别与进气管相连通，用以向筒体内部注入气体；所述温度检测器，用以检测筒体内温度；所述出口套管，与出气管相连通，用以将筒体内的热解产物排出。
2.如权利要求1所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于所述各组电加热棒及加热套管呈以筒体的中心为中心的正多边形的形式分布。
3.如权利要求2所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于该模拟装置包括四组电加热棒及加热套管；该四组电加热棒及加热套管呈正方形的形式分布。
4.如权利要求2所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于所述各个温度检测器分隔排列在两个连线穿过筒体中心的电加热棒的连线上。
5.如权利要求1所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于所述注入筒体内的气体可以为队或CH4气体。
6.如权利要求1所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于所述注入筒体内的气体为CO2气体。
7.如权利要求1所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于在所述各个加热套管与进气管的连接线路上还设有气体预热器，用以对注入气体进行预先加热。
8.如权利要求1所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于在所述筒体外部套有保温筒体，用于增加了筒体的保温性能。
9.如权利要求1所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，其特征在于在所述筒体与盖之间设置密封圈，用于增强了筒体体内环境的密封性。
10.一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于，包括模拟装置、测量装置、注气装置、计算机及控制装置；所述模拟装置，用于油页岩的加热及热解产物导出，包括筒体、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管；所述加热套管、温度检测器、出口套管分别卡在所述筒体的盖子上；所述出口套管设置在筒体的中心处；所述电加热棒与加热套管成对配套设置；所述电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中，用以对筒体内部进行加热；每个加热套管分别与进气管相连，通过进气管与注气装置相连通，用以向筒体内部注入气体；所述温度检测器，与所述计算机相连接，用以检测筒体内温度，并将温度检测数据回传至计算机；所述出口套管与出气管相连，通过出气管与测量装置相连通，用以将筒体内的热解产物排出至测量装置；所述测量装置，用于对油页岩的热解产物进行冷凝、收集和测量；所述注气装置，用于提供辅助气体；所述计算机，用于接收温度检测器检测的温度检测数据，并对数据进行分析；所述控制装置，与每个电加热棒分别相连，用于控制各个电加热棒的加热温度。
11.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于所述测量装置包括冷凝罐、气液分离器、流量计、称量天平及液体收集罐；所述冷凝罐，入口连接所述出气管，出口连接气液分离器，用于冷凝输入的热解产物；所述气液分离器，用以对所输入热解产物进行气液分离，其气相出口与流量计相连，其液相出口接入所述液体收集罐；所述流量计，与所述计算机相连接，用于检测分离后气相流量，并将所检测数据回传至计算机；所述液体收集罐，设置在称量天平上，用于收集分离后液体；所述称量天平，与所述计算机相连接，用于称量液体收集罐所收集的液体，并将称量数据回传至计算机。
12.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于所述各组电加热棒及加热套管呈以筒体的中心为中心的正多边形的形式分布。
13.如权利要求12所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于该模拟装置包括四组电加热棒及加热套管；该四组电加热棒及加热套管呈正方形的形式分布。
14.如权利要求12所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于所述各个温度检测器分隔排列在两个连线穿过筒体中心的电加热棒的连线上。
15.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于所述注入筒体内的气体可以为N2或CH4气体。
16.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于所述注入筒体内的气体为(X)2气体。
17.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于在所述各个加热套管与进气管的连接线路上还设有气体预热器，用以对注入气体进行预先加热。
18.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于在所述筒体外部套有保温筒体，用于增加了筒体的保温性能。
19.如权利要求10所述的注气辅助电加热油页岩原位开采模拟系统，其特征在于在所述筒体与盖之间设置密封圈，用于增强了筒体体内环境的密封性。
专利摘要本实用新型提供了一种注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置，包括筒体、至少一组电加热棒及加热套管、至少一个温度检测器、出口套管；加热套管、温度检测器、出口套管分别卡在筒体的盖子上；电加热棒插入与之相对应的所述加热套管中；每个加热套管分别与进气管相连通，用以向筒体内部注入气体；温度检测器，用以检测筒体内温度；出口套管，用以将筒体内的热解产物排出。通过该注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统能对油页岩岩心进行注气辅助电加热进行热传导的效果测试，提供了一种新型对油页岩进行加热开采的研究方向。
文档编号E21B43/241GK202187755SQ20112030320
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者刘人和, 刘洪林, 崔思华, 方朝合, 李小龙, 林英姬, 王义凤, 王德建, 王盛鹏, 王红岩, 葛稚新, 薛华庆, 郑德温 申请人:中国石油天然气股份有限公司