专利名称：电加热油页岩原位开采模拟仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田开采技术领域，特别涉及一种专用的油页岩模拟实验装置， 是一种包括油页岩原位开采模拟系统、自动控制及数据采集处理系统、产物收集与计量系 统、外围辅助设备组成的室内测试装置。利用该实验装置能对油页岩岩心进行测试，模拟地 下干馏即原位开采方法，揭示地下油页岩热破裂、热传导规律和页岩油的渗流规律，为油页 岩原位开采提供数据基础。
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能从油页岩中取得页岩油。利用地下原位加热的方法开采 油页岩资源提高资源开发利用率，并减少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，国内外油页岩干馏主要有固体热载体和气体热载体法。固体热载体是固体 间通过热传导的方式，将热量从高温物体传向低温物体。气体热载体是向被加热物体内通 入高温蒸汽，以气体为载体的加热方法。两种加热方法载体不同，但都是以传热的方式加 热，升温情况、热量传递效果是需要考查的主要因素之一。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，没有 模拟地层应力情况；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，并在油页岩心底部设弹簧装置模拟地层压力。以上 两套仪器结构相对简单，缺乏地层应力模拟或精确度不高。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种电加热油页岩原位开采模拟仪，能够完成油页岩 在施加轴压情况下的热解反应。采用电加热棒加热，以液压机模拟地层压力，通过多测温点 监测传热效果，同时考查热传导、渗透率及出油率等重要参数。克服现有油页岩岩心加热装 置不能施加轴向压力的缺点。本实用新型采用的技术方案是电加热油页岩原位开采模拟仪，主要由计算机处 理系统、原位开采模拟系统和收集测量系统三部分组成。其中计算机采集处理系统包括计 算机数据处理软件和信号的输入、输出设备，计算机连接信号输入、输出设备；收集测量系 统包括导油管、冷凝器、气体流量计、气液分离器和电子天平。导油管下端连接冷凝器入口， 冷凝器出口连接气液分离器入口，气液分离器的气出口连接气体流量计，气液分离器的液 体出口下方有电子天平，电子天平上有油杯。其特征在于原位开采模拟系统包括液压机 和干馏反应釜。液压机有液压机上顶头和液压机顶出杆，液压机上顶头固定在横杆下部，横杆的两端有输杆并固定在底座上。液压机上顶头与液压机顶出杆相对。液压机最大压力为 IOOKN0干馏反应釜包括上压头、上压环、上保温层、上封头、筒体、半开式保温套、下封头、下 密封组、下密封压盖、出油气口、导油管、过滤通板、过滤网、测温探头、电热管和电热管密封 垫。在筒体的上端固定有上封头。在上封头中心有孔，电热管穿过上封头中心孔，在电热管 与上封头之间有电热管密封垫将电热管固定在上封头中心孔内。在上封头上有两个对称 孔，测温探头穿过两个对称孔并固定在孔内。在上封头的上端 面上固定有上压环，在上压环 内有上保温层。在上压环的顶部有环形上压头。在筒体下端内部有圆柱形下封头，下封头 的上平面有过滤通板和过滤网。在下封头上有两个对称分布的轴向孔，轴向孔是出油气口。 在下封头下端外壁上固定有下密封压盖，在筒体内壁与下密封压盖外壁之间的环形空间内 有下密封组。导油管上端与下封头的两个出油气口连接。在筒体的外壁上有半开式保温套。所述的筒体内径10cm。简述电加热油页岩原位开采模拟仪的使用过程。参阅图1，把油页岩样品加工成直 径10cm、高20cm的圆柱体，在圆柱体油页岩的顶部钻取加热孔和温度探测孔，然后把样品 装入筒体5中，把带有密封部件的下封头7和安装有电热管15、测温探头14及密封部件的 上封头4安装好，把上保温层3和半开式保温套6安装好，把电热管15及测温探头14上的 电源线和信号输出线引出，信号输出线与计算机处理系统相连，电热管15与电源相连。加 装上压头1。参阅图2。完成干馏反应釜的安装后，把干馏反应釜23放在液压机24上，液 压机上顶头17与干馏反应釜23的上压头1接触，液压机顶出杆18与下封头7相对。参阅 图1。出油气口 10与收集测量系统的导油管11连接，收集测量系统与计算机连接，把实验 所得数据通过数据线传送到计算机处理系统，利用液压机给样品加压以模拟地层压力，接 通加热管15电源对样品加热。本实用新型能对不同地层深度的油页岩进行热解产生油气 实验，通过该装置的模拟实验研究可以更加真实研究油页岩原位开采过程中的温度场分布 规律、出油率、岩石热传导规律和热破裂规律。测温探头14主要用来检测油页岩温度的变 化，过滤部件(过滤通板12、过滤网13)主要用于阻挡大的油页岩颗粒进入出油气口而堵 塞，密封部件(电热管密封垫16和下密封组8)用于阻止生成的油气不经出气口而外泄。本实用新型的特征是原位开采模拟系统，该系统中干馏反应釜的结构是保温层内 有密封筒体，将整块油页岩岩心放入密封筒体内后，在液压机对岩心施加轴压的情况下，利 用电加热管对油页岩进行加热。本实用新型利用液压机使岩心在轴压的作用下进行加热， 通过施加不同的轴压来模拟地下不同深度的真实压力，随着温度的升高对油页岩热解产生 油气，同时还会产生一些裂缝，通过该装置的模拟实验研究可以更加真实研究油页岩原位 开采过程中的温度场分布规律、出油率、岩石热传导规律和热破裂规律。本实用新型的有益效果本实用新型电加热油页岩原位开采模拟仪，将野外取回 的整块岩心放入筒体内，将筒体密封后，根据岩心原始的埋深压力情况施加相应的轴压，进 行加热实验，能研究油页岩的温度场分布规律、出油率、热传导规律和热破裂规律。模拟在 不同地层条件下，油页岩干馏试验的温度场分布规律和干馏出油规律；能够提供研究不同 地层油页岩热传导规律所需要的参数和实验数据；能够提供不同压力和温度下油页岩裂缝 发育情况。
图1是本实用新型电加热油页岩原位开采模拟仪的原位开采模拟系统和收集测量系统连接示意图。图2是干馏反应釜23安装在液压机24上的示意图。图中，1.上压头；2.上压环；3.上保温层；4.上封头；5.筒体；6.半开式保温套； 7.下封头；8.下密封组；9.下密封压盖；10.出油气口； 11.导油管；12.过滤通板；13.过滤 网；14.测温探头；15.电热管；16.电热管密封垫；17.液压机上顶头；18.液压机顶出杆； 19.冷凝器；20.气体流量计；21.气液分离器；22.电子天平；23.干馏反应釜；24.液压机。
具体实施方式
实施例1 以一个电加热油页岩原位开采模拟仪为例，对本实用新型作进一步详 细说明。参阅图1。本实用新型电加热油页岩原位开采模拟仪，主要由计算机处理系统、原 位开采模拟系统和收集测量系统三部分组成。其中计算机采集处理系统包括计算机数据处 理软件和信号的输入、输出设备，计算机连接信号输入、输出设备。集测量系统包括导油管 11、冷凝器19、气体流量计20、气液分离器21和电子天平22。导油管11下端连接冷凝器 19入口，冷凝器19出口连接气液分离器21入口，气液分离器21的气出口连接气体流量计 20，气液分离器21的液体出口下方有电子天平22，电子天平22上有油杯。参阅图2。原位开采模拟系统包括液压机24和干馏反应釜23。液压机24 —个有 液压机上顶头17和一个液压机顶出杆18，液压机上顶头17固定在横杆下部，横杆的两端有 输杆并固定在底座上。液压机上顶头17与液压机顶出杆18相对。液压机24最大压力为 100KN。参阅图1。干馏反应釜23包括上压头1、上压环2、上保温层3、上封头4、筒体5、 半开式保温套6、下封头7、下密封组8、下密封压盖9、出油气口 10、导油管11、过滤通板12、 过滤网13、测温探头14、电热管15和电热管密封垫16。筒体5为圆筒状，内径10cm。在筒 体5的上端固定有上封头4。在上封头4中心有孔，电热管15穿过上封头4中心孔，在电 热管15与上封头4之间有电热管密封垫16将电热管15固定在上封头4中心孔内。在上 封头4上有两个对称孔，两个孔距离为65mm。测温探头14穿过两个对称孔并固定在孔内。 在上封头4的上端面上固定有上压环2，在上压环2内有上保温层3。在上压环2的顶部有 环形上压头1。在筒体5下端内部有圆柱形下封头7，下封头7的上平面有过滤通板12和 过滤网13。在下封头7上有两个对称分布的轴向孔，轴向孔是出油气口 10。在下封头7下 端外壁上固定有下密封压盖9，在筒体5内壁与下密封压盖9外壁之间的环形空间内有下密 封组8。导油管11上端与下封头7的两个出油气口 10连接。在筒体5的外壁上有一个半 开式保温套6。本实用新型的核心发明创造点是原位开采模拟系统中的干馏反应釜23。计算机处 理系统、收集测量系统和原位开采模拟系统中的液压机不属于本实用新型的范畴，不详细 叙述。操作本实用新型进行实验的过程，现场的工作人员根据实验规程和操作步骤可以完 成，不详细叙述。
权利要求一种电加热油页岩原位开采模拟仪，主要由计算机处理系统、原位开采模拟系统和收集测量系统三部分组成，其中计算机采集处理系统包括计算机数据处理软件和信号的输入、输出设备，计算机连接信号输入、输出设备；收集测量系统包括导油管(11)、冷凝器(19)、气体流量计(20)、气液分离器(21)和电子天平(22)，导油管(11)下端连接冷凝器(19)入口，冷凝器(19)出口连接气液分离器(21)入口，气液分离器(21)的气出口连接气体流量计(20)，气液分离器(21)的液体出口下方有电子天平(22)，电子天平(22)上有油杯，其特征在于原位开采模拟系统包括液压机(24)和干馏反应釜(23)，液压机(24)有液压机上顶头(17)和液压机顶出杆(18)，液压机上顶头(17)固定在横杆下部，横杆的两端有输杆并固定在底座上，液压机上顶头(17)与液压机顶出杆(18)相对；干馏反应釜(23)包括上压头(1)、上压环(2)、上保温层(3)、上封头(4)、筒体(5)、下封头(7)、下密封组(8)、下密封压盖(9)、出油气口(10)、导油管(11)、过滤通板(12)、过滤网(13)、测温探头(14)、电热管(15)和电热管密封垫(16)，在筒体(5)的上端固定有上封头(4)，在上封头(4)中心有孔，电热管(15)穿过上封头(4)中心孔，在电热管(15)与上封头(4)之间有电热管密封垫(16)将电热管(15)固定在上封头(4)中心孔内，在上封头(4)上有两个对称孔，测温探头(14)穿过两个对称孔并固定在孔内，在上封头(4)的上端面上固定有上压环(2)，在上压环(2)内有上保温层(3)，在上压环(2)的顶部有环形上压头(1)，在筒体(5)下端内部有圆柱形下封头(7)，下封头(7)的上平面有过滤通板(12)和过滤网(13)，在下封头(7)上有两个对称分布的轴向孔，轴向孔是出油气口(10)，在下封头(7)下端外壁上固定有下密封压盖(9)，在筒体(5)内壁与下密封压盖(9)外壁之间的环形空间内有下密封组(8)；导油管(11)上端与下封头(7)的两个出油气口(10)连接。
2.根据权利要求1所述的电加热油页岩原位开采模拟仪，其特征是在筒体(5)的外 壁上有半开式保温套(6)。
3.根据权利要求1或2所述的电加热油页岩原位开采模拟仪，其特征是所述的筒体 (5)内径 10cm。
专利摘要电加热油页岩原位开采模拟仪，应用于油田油页岩模拟测试。主要由计算机处理系统、原位开采模拟系统和收集测量系统三部分组成。其中，原位开采模拟系统包括液压机和干馏反应釜。干馏反应釜的结构是在筒体的上端固定有上封头。电热管穿过上封头中心孔，测温探头穿过两个对称孔并固定在孔内。在上封头的上端面上有上压环和上压头。在筒体下端内部有下封头，下封头的上平面有过滤通板和过滤网。在下封头上有两个对称分布的出油气口。在下封头下端外壁上有下密封压盖和下密封组。效果是根据岩心原始的埋深压力情况施加相应的轴压并加热实验，能研究油页岩的温度场分布规律、出油率、热传导规律和热破裂规律。
文档编号E21B43/241GK201705321SQ201020190489
公开日2011年1月12日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者刘洪林, 姚建军, 方朝合, 李小龙, 王红岩, 葛稚新, 薛华庆, 郑德温, 闫刚 申请人:中国石油天然气股份有限公司