模拟稠油散热规律实验装置的制作方法

本发明涉及石油热采工艺室内实验装置，特别是涉及到一种模拟稠油散热规律实验装置。

背景技术：

目前使用的稠油热采工艺室内实验装置主要有线性、平板和三维物理模拟装置，这些实验装置主要是模拟不同油藏地质参数(渗透率、含油饱和度、原油粘度、油层非均质性等)对热采效果的影响和不同注采工艺方式对驱油效果的影响，无法评价多因素条件下模型外部热量的散热规律，无法描述热采过程中热量损失对采收率的影响，以及无法深入探索蒸汽驱、化学蒸汽驱、蒸汽吞吐后转蒸汽驱、化学辅助sagd等开发方式的驱油散热机理，对现场油藏热采管理指导作用小，影响了现场新工艺新技术的应用前景。为此我们发明了一种模拟稠油散热规律实验装置，解决了以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有模拟复杂渗透率，不同原油粘度等多参数功能，可模拟蒸汽驱、气驱、化学驱、复合驱等不同热采驱替方式下热量的散热规律及热采过程中热量损失对采收率影响的稠油散热规律实验装置。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：模拟稠油散热规律实验装置，该模拟稠油散热规律实验装置包括注入系统、模型系统、测控系统、计算机采集处理系统和辅助系统，该模型系统采用管式模型进行试验油层的模拟试验，利用沙浴模型进行实时的温度补偿或散热，该注入系统连接于该模型系统，向该模型系统中注入油、化学剂、蒸汽、水和泡沫，该辅助系统连接于该模型系统，控制岩心出口压力和油气水计量，该测控系统连接于该注入系统、该模型系统和该辅助系统，对该注入系统、该模型系统和该辅助系统工作时的参数进行采集，并传输控制信号给该注入系统、该模型系统和该辅助系统，该计算机采集处理系统连接于该测控系统，接收该测控系统采集的工作参数进行数据处理，并将控制信号传输给该测控系统。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该注入系统包括油和化学剂注入模块、蒸汽和水注入模块、泡沫发生模块，该油和化学剂注入模块连接于该模型系统，向该模型系统中注入油和化学剂，该蒸汽和水注入模块连接于该模型系统，向该模型系统中注入蒸汽和水，该泡沫发生模块连接于该模型系统，向该模型系统中注入泡沫。

该油和化学剂注入模块包括恒压泵、第一中间加热容器、第二中间加热容器、第三中间加热容器和搅拌活塞容器，该第一中间加热容器的一端连接于该恒压泵，另一端连接于该搅拌活塞容器，该第二中间加热容器的一端连接于该恒压泵，另一端连接于该搅拌活塞容器，该三中间加热容器的一端连接于该恒压泵，另一端连接于该搅拌活塞容器，该搅拌活塞容器连接于该模型系统，采用该恒压泵驱替，将驱替液从该第一中间加热容器、该第二中间加热容器、该第三中间加热容器下端打入，从而将该第一中间加热容器、该第二中间加热容器、该第三中间加热容器上端的油或化学剂顶出，并通过该搅拌活塞容器进入该模型系统。

该蒸汽和水注入模块包括蒸汽发生器和加热管线，该蒸汽发生器的一端连接于该恒压泵，另一端通过该加热管线连接于该模型系统，该恒压泵为该蒸汽发生器提供不同流量的液体，该蒸汽发生器产生蒸汽同时可自动调节蒸汽干度，该加热管线上安装有加热隔热装置，防止蒸汽散热。

该泡沫发生模块包括驱替泵、起泡剂容器、泡沫发生器和观察窗，该起泡剂容器的一端连接于该驱替泵，另一端连接该泡沫发生器的一端，该泡沫发生器的另一端连接于该观察窗的一端，该驱替泵将该起泡剂容器中的起泡剂驱替进该泡沫发生器，从而产生泡沫，产生的泡沫进入该观察窗，通过该观察窗观察泡沫形态及大小。

该泡沫发生模块还包括单向阀和阀门，该单向阀和该阀门依次连接在该观察窗与该模型系统之间，以使泡沫从该观察窗出来后进入该模型系统。

该泡沫发生模块还包括高压气体定量注入系统、气体增压系统、气动阀和气体流量计，该气体增压系统的一端连接于该高压气体定量注入系统，另一端连接于该气动阀的一端，该气动阀的另一端连接于该气体流量计的一端，该气体流量计的另一端连接于该模型系统，该高压气体定量注入系统提供不同类型气源，该气体增压系统对该气源增压到设计要求，该气动阀控制气体流量大小，该气体流量计实时监测气体流量大小。

该模型系统还包括沙浴测温热电偶和填砂管测温热电偶，该管式模型上布置1-7个该填砂管测温热电偶，该沙浴模型内布置1-21个该沙浴测温热电偶，该沙浴测温热电偶和填砂管测温热电偶分别连接于该测控系统，将采集到的沙浴温度和模型管温度数据传输给该测控系统。

该模型系统还包括支架、水夹套、进出管、上盖和上盖铰链，该管式模型上布置多个测温测压点且通过该支架整体放在该沙浴模型里，该沙浴模型是一个长1000cm，宽400cm，高400cm的长方体沙箱，沙箱内装有仿地层沙，沙箱的径向和轴向布置若干测温点，以检测在模拟蒸汽驱过程中温度的变化，沙箱的内外壁之间为该水夹套，对该沙浴模型进行实时的温度补偿或散热，该管式模型的进出口分别装有相同尺寸的该进出管，以使各种流体进出该管式模型，长方体沙箱的上端面装有该上盖和该上盖铰链，该上盖通过该上盖铰链实现自由打开。

该辅助系统包括回压控制模块和油气水计量模块，该回压控制模块连接于该模型系统，以控制该模型系统出口压力，该油气水计量模块连接于该回压控制模块，分别计量从该模型系统流出的油、气和水。

该回压控制模块包括回压阀、恒速恒压泵、缓冲容器和第二压力传感器，该回压阀连接在该模型系统出口的管线上，控制该模型系统出口压力，该恒速恒压泵通过该缓冲容器与该回压阀相连，以进行该回压阀压力的调节，该第二压力传感器连接于该回压阀，位于该模型系统的出口，以测量该模型系统上出口处的压力值。

该油气水计量模块包括气液分离器、液位控制器、加热控温器、气体流量计和油水分离器，该加热控温器连接于该气液分离器，对该气液分离器进行加热，该气液分离器连接于该回压阀，对该模型系统产出的气体和油水进行分离，该气体流量计连接于该气液分离器，对分离出的气体进行计量，该液位控制器连接于该气液分离器，分离的油水从该气液分离器流出进入到该液位控制器以控制油水量，该油水分离器连接于该液位控制器，以对油水进行分离。

该油气水计量模块还包括收集瓶的转动定位控制器和多个收集瓶，所述收集瓶连接于该油水分离器，并放置在该收集瓶转动定位控制器上收集分离后的油和水，该收集瓶转动定位控制器是对收集完油水的所述收集瓶进行自动定位换瓶。

该测控系统包括数据采集和控制单元、转换模块，该转换模块连接于该模型系统，接收该模型系统传输的温度数据，并将收集到的温度数据实时传输至该数据采集和控制单元进行温度值的实时采集。

该数据采集和控制单元连接于该注入系统，接收该注入系统传输的注入该模型系统的蒸汽量、泡沫量和气体量的数据，并传输控制信号给该注入系统，控制注入该模型系统的蒸汽量、泡沫量和气体量的大小，并调节蒸汽干度。

该测控系统还包括第一压力传感器和压力自动识别切换模块，该第一压力传感器位于该模型系统的进口，以测量该模型系统上进口处的压力值，并将进口压力数据传输给该压力自动识别切换模块，该压力自动识别转换模块连接于该辅助系统，以接收该模型系统的出口压力数据，该压力自动识别切换模块连接于该数据采集和控制单元，接收该数据采集和控制单元传输的控制信号，以进行压力传感器量程自动切换，并将接收到的进口压力和出口压力数据传输给该数据采集和控制单元，进行进口压力值和出口压力值的实时采集。

该数据采集和控制单元连接于该辅助系统，接收该辅助系统传输的油气水分离后的数据，采集出口压力值，并传输控制信号给该辅助系统，以进行该模型系统的出口回压的调节。

该计算机采集处理系统对温度、压力、注入参数、采出液参数这些采集到的数据进行处理，并对沙浴模型温度扩散和热量传递规律进行仿真模拟。

本发明中的模拟稠油散热规律实验装置，把不同尺寸、类型的填砂管放置在沙浴热物性装置里，具有模拟复杂渗透率，不同原油粘度等多参数功能，可模拟蒸汽驱、气驱、化学驱、复合驱等不同热采驱替方式下热量的散热规律及热采过程中热量损失对采收率影响等研究。该模拟稠油散热规律实验装置能模拟复杂渗透率、含油饱和度、孔隙度、原油粘度、油层非均质性等油藏参数下蒸汽驱散热规律，评价多因素蒸汽驱的可行性。能模拟蒸汽驱、气驱、化学驱、复合驱等不同热采驱替方式下热量损失对采收率影响，评价驱替效率及注入参数优化。温度测点分布广，能够真实模拟热采过程中实际油藏散热温度场。

附图说明

图1为本发明的模拟稠油散热规律实验装置的一具体实施例的模块图；

图2为本发明的模拟稠油散热规律实验装置的一具体实施例的结构图；

图3为本发明的模拟稠油散热规律实验装置中模型系统的一具体实施例的俯视图；

图4为本发明的模拟稠油散热规律实验装置中模型系统的一具体实施例的主视图；

图5为本发明的模拟稠油散热规律实验装置中模型系统的一具体实施例的左视图；

图6为本发明的模拟稠油散热规律实验装置中测控系统的一具体实施例的结构图；

图7为本发明的模拟稠油散热规律实验装置中辅助系统的一具体实施例的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的模拟稠油散热规律实验装置的结构图。该模拟稠油散热规律实验装置由注入系统102、模型系统101、测控系统103、计算机采集处理系统104和辅助系统105组成。注入系统102与模型系统101相连接，该注入系统102向该模型系统101中注入油、化学剂、蒸汽、水和泡沫，测控系统103与注入系统102、模型系统101、辅助系统105、计算机采集处理系统104相连接，该测控系统103对该注入系统101的注入泵、模型管及沙浴温度、回压跟踪、压力传感器量程自动切换、泡沫气液比等参数的控制，模型系统101的出口端与辅助系统105相连接，该辅助系统105主要控制岩心出口压力和油气水计量，该计算机采集处理系统104主要对温度、压力、注入参数、采出液参数等进行实时监测和采集，对沙浴模型温度扩散和热量传递规律的模拟。该模型系统101主要是采用管式模型进行试验油层的模拟试验，利用沙浴模型进行实时的温度补偿或散热。

如图2所示，注入系统102主要由油和化学剂注入模块、蒸汽和水注入模块、泡沫发生模块三部分组成，保证不同注入方式、不同注入参数的顺利实现。所述油和化学剂注入模块主要由高精度恒速恒压泵10、第一中间加热容器11、第二中间加热容器12、第三中间加热容器13，搅拌活塞容器15等组成。采用高精度恒速恒压泵10驱替，将驱替液从第一中间加热容器11、第二中间加热容器12、第三中间加热容器13下端打入，从而将第一中间加热容器11、第二中间加热容器12、第三中间加热容器13上端的油或化学剂顶出，并通过搅拌活塞容器15进入模型系统101。所述蒸汽和水注入模块采用高精度恒速恒压泵10、可调干度蒸汽发生器14、加热管线组成，产生的不同干度蒸汽注入装置。加热管线是从可调干度蒸汽发生器14出口到模型系统入口的一段管线，管线上安装有加热隔热装置，防止蒸汽散热。蒸汽和水注入模块一端连接模型系统，另一端连接驱替液源，管线上设置有高精度恒速恒压泵10，在高精度恒速恒压泵10和模型系统101之间串联有蒸汽发生器14，管线上还设置有阀门。高精度恒速恒压泵10为蒸汽发生器提供不同流量的液体，蒸汽发生器14产生蒸汽同时可自动调节蒸汽干度。

所述泡沫发生模块由驱替泵16、起泡剂容器17、泡沫发生器18、观察窗21、高压气体定量注入系统19、气体增压系统20等组成。

泡沫发生模块一端连接模型系统，另一端连接泡沫发生源，管线上设置有驱替泵16，在驱替泵16与模型系统之间依次串联有起泡剂容器17、泡沫发生器18、观察窗21，还设置有单向阀和阀门，高压气体定量注入系统19与模型系统之间串联气体增压系统20、气动阀26和气体流量计27。泡沫是把起泡剂容器17里的起泡剂驱替进泡沫发生器18后产生，产生的泡沫进入观察窗21，通过观察窗21可以直接观察泡沫形态及大小，单向阀和阀门只允许泡沫从观察窗21出来后进入模型系统，不允许泡沫倒退和管线中的气体进入。高压气体定量注入系统19提供不同类型气源，气体增压系统20对该气源增压到设计要求，气动阀26用于控制气体流量大小，气体流量计27实时监测气体流量大小。

如图3到图5所示，模型系统101包括管式模型1、支架2、沙浴测温热电偶3、填砂管测温热电偶4、沙浴模型5、水夹套6、进出管7、上盖8、上盖铰链9组成，管式模型上可布置1-7个热电偶，沙箱内可布置1-21个热电偶。

所述模型系统101主要由管式模型1、沙浴模型5等组成，所述管式模型1上布置多个测温测压点且整体放在沙浴模型5里，所述沙浴模型5是一个长1000cm，宽400cm，高400cm的长方体沙箱，沙箱内装有仿地层沙，沙箱的径向和轴向布置若干测温点，以检测在模拟蒸汽驱过程中温度的变化。沙箱的内外壁之间有水夹套6，可对模型进行实时的温度补偿或散热。管式模型上可布置1-7个热电偶4，沙箱内可布置1-21个热电偶3。管式模型的进出口分别装有相同尺寸的进出管7，实现各种流体进出管式模型。长方体沙箱的上端面装有上盖8和上盖铰链9，上盖8可以通过上盖铰链9实现自由打开。

测控系统103主要控制气动阀、压力计量及压力自动识别切换模块、温度传感器、气体流量计、电子天平等，实现注入泵、模型管及沙浴温度、回压跟踪、压力传感器量程自动切换、泡沫气液比等参数的控制。所述压力计量及压力自动识别切换模块是每个测压点选用三个不同量程的压力变送器测量压力，并可根据所测压力值由识别系统自动切换，保证测量精度。

所述测控系统103主要由数据采集和控制单元63组成，数据采集和控制单元63与注入系统102、模型系统101、辅助系统105相连接，通过压力和温度传感器采集模型系统内的压力和温度数据，通过注入泵采集蒸汽量和泡沫量的数据，通过气体流量计采集进入模型系统101气体量的数据，通过回压控制模块采集模型出口压力数据，通过油气水计量模块采集油气水分离后的数据。数据采集和控制单元63与注入系统102、辅助系统105相连接，通过注入泵控制蒸汽量和泡沫量的大小，通过控制蒸汽发生器调节蒸汽干度，通过压力自动识别切换模块控制压力传感器量程自动切换，通过气动阀控制注入气体量的大小，通过回压控制模块控制模型系统出口压力。如图6所示，数据采集和控制单元63包括设置在模型管内的1-7个热电偶4、沙箱内1-21个热电偶3、模型入口压力传感器24、模型出口压力传感器25、模型出口产出油气水、提供驱替液源的注入泵10、注入管线上的蒸汽发生器14、注入管线上的泡沫发生器17、注气管线上的气动阀26、注气管线上的气体流量计27。热电偶4和热电偶3通过转换模块61与测控系统103相连，使得热电偶检测到的数据传输至转换模块61上，再由转换模块61将收集到数据实时传输至数据采集和控制单元63进行温度值的实时采集。压力传感器24用于测量模型系统101上进口处的压力值，压力传感器24通过压力自动识别切换模块62与测控系统103相连接，使得压力传感器24检测得到的数据传输至数据采集和控制单元63进行测点压力值的实时采集，压力传感器25用于测量模型系统101上出口处的压力值，压力传感器25通过回压控制模块22与测控系统103相连接，使得压力传感器25检测得到的数据传输至数据采集和控制单元63进行测点压力值的实时采集。产出油、气、水的计量是通过油气水计量模块23与测控系统103相连接，使得油、气、水的计量数据传输至数据采集和控制单元63进行实时采集。蒸汽发生器14用于产生实验用蒸汽，直接与测控系统103相连接，使得蒸汽发生器14检测得到的数据传输至数据采集和控制单元63进行蒸汽量的实时采集。泡沫发生器17用于产生实验用泡沫，直接与测控系统103相连接，使得泡沫发生器17检测得到的数据传输至数据采集和控制单元63进行泡沫量的实时采集。气体流量计27经输气管路与所述模型系统的入口端相连接，用于计量高压气体定量注入系统19向模型系统101输入的气体流量，气体流量计27通过数据线与数据处理单元相连接，以将计量气体流量数据传输至数据处理单元进行实时采集。数据采集和控制单元63包括压力自动识别切换模块、回压控制模块22、蒸汽发生器14、泡沫发生器17、气动阀26和注入泵10。压力自动识别切换模块62通过数据线与数据采集和控制单元63相连接，数据采集和控制单元63根据数据采集和控制单元63采集的模型入口压力数据控制压力自动识别切换模块，实现压力传感器的自动选择。回压控制模块22通过数据线与数据采集和控制单元63相连接，数据采集和控制单元63根据数据采集和控制单元63采集的模型出口压力数据控制回压控制模块，实现模型出口回压的调节。蒸汽发生器14、泡沫发生器17和注入泵10通过数据线与数据采集和控制单元63相连接，数据采集和控制单元63根据数据采集和控制单元63采集的蒸汽和泡沫的数据控制注入泵10，实现对蒸汽和泡沫数值的控制。气动阀26通过数据线与数据采集和控制单元63相连接，数据采集和控制单元63根据气体流量计27的数据控制气动阀26开关的大小，实现进入模型系统101气体流量的变化。

计算机采集处理系统104包括数据采集卡、输入输出卡、控制采集软件等组成，主要对温度、压力、注入参数、采出液参数等进行实时监测和采集，对沙浴模型温度扩散和热量传递规律的模拟。

所述计算机采集处理系统104主要有数据采集卡、输入输出卡、控制采集软件、电路控制系统等组成。测控系统103的数据采集和控制单元63通过数据采集卡与计算机采集处理系统104相连接，计算机采集处理系统104利用控制采集软件对温度、压力、注入参数、采出液参数等采集到的数据进行处理，并对沙浴模型温度扩散和热量传递规律进行仿真模拟。测控系统103的数据采集和控制单元63通过输入输出卡与计算机采集处理系统104相连接，实现对压力自动识别切换模块、回压控制模块22、蒸汽发生器14、泡沫发生器17、气动阀26和注入泵10的控制。

辅助系统105主要由回压控制模块22和油气水计量模块23组成。所述回压控制模块22主要由回压阀81、恒速恒压泵82、缓冲容器83等组成。

如图7所示，回压阀81连接在模型系统101出口的管线上，用于控制模型系统出口压力，恒压泵82通过缓冲容器83与回压阀81相连，实现回压阀81压力的调节。所述油气水计量模块23主要由气液分离器84、分离器液位控制器85、收集瓶的转动定位控制器86、气体流量计87、加热控温器88等组成，气液分离器84与回压阀81、加热控温器88通过管线直接相连接，加热控温器88用于对气液分离器84加热，气液分离器84是对产出的气体和油水进行分离，分离的气体通过连接在气液分离器出口的气体流量计89计量，分离的油水进入连接在气液分离器84另一出口的液位控制器85，液位控制器85实现对进入收集瓶90的油水量自动控制，油水分离器87通过管线与液位控制器85和收集瓶90相连接，用于对油水进行分离，收集瓶90放置在收集瓶转动定位控制器86上收集分离后油水，收集瓶转动定位控制器86是对收集完油水的收集瓶90实现自动定位换瓶。

试验时，油、化学剂和水是采用恒速泵10驱替，将驱替液从中间加热容器(11、12、13)下端打入，从而将容器上端的液体顶出，进入管式模型1。蒸汽采用泵10给水，经过可调干度蒸汽发生器14，注入管式模型1。气体分两路，一路可通过高压气体定量注入系统19、气体增压系统20进入管式模型1，另一路与泡沫混合后进入管式模型1。泡沫由起泡剂容器16、泡沫发生器17产生，在高压储气罐18内与气体混合后进入观察窗21，注入管式模型1。

管式模型1放置在沙箱5内的支架2上，管式模型上可布置1-7支热电偶4监测管内温度，管式模型外布置1-21个热电偶3监测管内温度，水夹套6可控制水温实现真实油藏模拟。在模拟管1的进出口位置设有压力传感器，所有温度、压力等数据通过测控系统103传输到计算机处理系统104。试验产出物通过回压控制模块22和油气水计量模块23实现调节控制。