原油沉降模拟装置和方法与流程

1.本技术涉及原油储存技术领域，特别涉及一种原油沉降模拟装置和方法。


背景技术：

2.地下水封洞库是指在稳定地下水位以下开挖洞室，依靠围岩承载力和地下水压力组成封闭容器以储存石油的洞库。在使用地下水封洞库储存原油的过程中，随着储存时间的增长，地下水封洞库中的原油会发生沉降并在洞库下部形成油泥层，油泥层在洞库下部的不断积累，会导致下层原油的物性出现变化，例如，下部原油下部粘度、密度以及固体颗粒物含量升高。下部原油物性变化过大，会影响潜液泵抽取地下水封洞库中的原油时的正常运转，不利于地下水封洞库的安全稳定运行。
3.因此，需要使用原油沉降模拟装置模拟地下水封洞库中的原油沉降过程，为进一步研究原油沉降规律，并依据原油沉降规律制定可减少沉降产生的技术方案提供技术支持。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种原油沉降模拟装置和方法，可用于模拟不同储存条件下的原油沉降过程，进而获取原油沉降规律。所述技术方案如下：
5.一方面，本技术实施例提供一种原油沉降模拟装置，所述原油沉降模拟装置包括沉降罐、多个第一取样管以及多个第二取样管，所述沉降罐包括储油腔，所述沉降罐的罐壁包括水浴夹层；
6.所述多个第一取样管位于所述沉降罐侧壁的不同高度位置上，所述多个第二取样管位于所述沉降罐侧壁的不同高度位置上，且位于所述沉降罐侧壁下部的第一取样管的数量大于位于所述沉降罐侧壁上部的第一取样管的数量；
7.所述多个第一取样管用于对所述储油腔中心区域的原油样品取样，所述多个第二取样管用于对所述储油腔壁面区域的原油样品取样，所述水浴夹层用于控制所述沉降罐的温度。
8.可选地，所述沉降罐沿高度方向分为下部、中下部、中上部以及上部；
9.位于所述沉降罐侧壁下部的第一取样管的数量为第一值，位于所述沉降罐侧壁中下部的第一取样管的数量为第二值，位于所述沉降罐侧壁中上部的第一取样管的数量为第三值，位于所述沉降罐侧壁上部的第一取样管的数量为第四值，其中，所述第一值大于所述第二值，所述第二值大于所述第三值，所述第三值不小于所述第四值。
10.可选地，在任一第一取样管的高度位置处均设置有与所述任一第一取样管相邻的第二取样管。
11.可选地，所述多个第一取样管在所述沉降罐侧壁四周均匀分布。
12.可选地，所述沉降罐的罐壁上设有第一入水口与第一出水口，所述水浴夹层包括第一水浴流道，所述第一入水口以及所述第一出水口分别与所述第一水浴流道相连接。
13.可选地，所述原油沉降模拟装置还包括第一压缩机，所述第一压缩机分别与所述第一入水口及所述第一出水口相连接，所述第一压缩机、所述第一入水口、所述第一出水口以及所述第一水浴流道构成第一循环系统，所述第一压缩机用于为所述第一循环系统提供动力，所述第一压缩机还用于调节所述第一循环系统的温度。
14.可选地，所述沉降罐的侧壁下方设置有观察窗。
15.另一方面，本技术实施例提供一种原油沉降模拟方法，所述原油沉降模拟方法应用于所述原油沉降模拟装置，所述原油沉降模拟方法包括：
16.对原油样品进行预处理，使沉降罐的储油腔中所述原油样品处于均匀状态；
17.使用所述沉降罐的水浴夹层以恒定升温速率对所述原油样品进行加热，直至所述原油样品温度到达第四温度值，开始原油沉降模拟实验；
18.在目标时间点，通过多个第一取样管以及多个第二取样管对所述储油腔中不同区域的原油样品取样，获得油品样本；
19.对所述油品样本进行分析，获得原油沉降规律。
20.可选地，所述对原油样品进行预处理，使沉降罐的储油腔中所述原油样品处于均匀状态，包括：
21.使用所述水浴夹层将所述沉降罐温度升高至第一温度值并保持恒温；
22.将所述原油样品加热至第二温度值，将所述原油样品注入所述储油腔中，封闭所述沉降罐，并将所述沉降罐温度保持在所述第一温度值直至第一时间段结束；
23.对所述沉降罐自然降温，在所述沉降罐的温度降低至第三温度值后，将所述沉降罐的温度保持在所述第三温度值直至第二时间段结束，其中，所述第三温度值高于原油样品的析蜡点。
24.可选地，在所述对所述油品样本进行分析，获得原油沉降规律之前，所述原油沉降模拟方法还包括：
25.通过所述沉降罐侧壁下方的观察窗观察处于所述沉降罐下部的油水界面、水层厚度以及机械杂质沉降情况。
26.本技术实施例提供的技术方案至少带来如下有益效果：
27.通过在沉降罐侧壁上设置多个不同高度位置的第一取样管和多个不同高度位置的第二取样管，并且用于对中心区域原油取样的第一取样管在下层区域的设置数量大于在上层区域的设置数量，在提取多个油品样本以准确反映原油沉降规律的同时，可降低取样管对流场的干扰，进而减小由于流场干扰导致的实验误差。由于在沉降罐侧壁上设置有多个对壁面区域原油样品取样的第二取样管，提高了依据取得的油品样本获得的原油沉降规律在壁面处的准确性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。
29.图1是本技术实施例提供的一种原油沉降模拟装置的结构示意图；
30.图2是本技术实施例提供的一种原油沉降模拟装置的局部结构的俯视图；
31.图3是本技术实施例提供的一种原油沉降模拟方法流程图；
32.图4是本技术实施例提供的一种原油沉降模拟方法流程图。
33.对附图1中的标记进行说明如下：
34.101-沉降罐，102-第一取样管，103-第二取样管，1011-储油腔，1012-水浴夹层，1013-第一入水口，1014-第一出水口，1015-进料口，1016-出料口，1017-观察窗。
具体实施方式
35.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
36.图1是本技术实施例提供的一种原油沉降模拟装置的结构示意图，其中图1(1)为主视图方向的结构示意图，图1(2)为左视图方向的结构示意图。如图1所示，原油沉降模拟装置包括沉降罐101、多个第一取样管102以及多个第二取样管103，沉降罐101包括储油腔1011，沉降罐101的罐壁包括水浴夹层1012；
37.多个第一取样管102位于沉降罐101侧壁的不同高度位置上，多个第二取样管103位于沉降罐101侧壁的不同高度位置上，且位于沉降罐101侧壁下部的第一取样管102的数量大于位于沉降罐101侧壁上部的第一取样管102的数量；
38.多个第一取样管102用于对储油腔1011中心区域的原油样品取样，多个第二取样管103用于对储油腔1011壁面区域的原油样品取样，水浴夹层1012用于控制沉降罐101的温度。
39.在原油沉降模拟实验过程中，储油腔1011内装有原油样品，水浴夹层1012将沉降罐101的温度调整为所模拟的原油储存环境的温度，在原油沉降一段时间后，通过多个第一取样管102分别对其所在高度的中心区域的原油样品取样，通过多个第二取样管103分别对其所在高度的壁面区域的原油样品取样，进而依照取得的油品样本获得原油沉降规律。
40.在本技术实施例中，沉降罐101沿高度方向分为下部、中下部、中上部以及上部；如图2(1)所示，位于沉降罐101侧壁下部的第一取样管102的数量为第一值，如图2(2)所示，位于沉降罐101侧壁中下部的第一取样管102的数量为第二值，如图2(3)所示，位于沉降罐101侧壁中上部的第一取样管102的数量为第三值，如图2(4)所示，位于沉降罐101侧壁上部的第一取样管102的数量为第四值，其中，第一值大于第二值，第二值大于第三值，第三值不小于第四值。
41.在一种可能实现方式中，第一值为4个，第二值为2个，第三值为1个，第四值为1个。
42.在本技术实施例中，在任一第一取样管102的高度位置处均设置有与该任一第一取样管102相邻的第二取样管103。通过对相同高度位置的中心区域原油样品以及壁面区域的原油样品取样，可以反映储油腔1011中不同区域的原油在沉降过程中的差异，提高依据取得的原油样品获得的原油沉降规律的准确性。
43.在本技术实施例中，多个第一取样管102在沉降罐101侧壁四周均匀分布。由于第一取样管102用于储油腔1011的中心区域的原油样品取样，采用四周均匀分布的方式可进一步降低第一取样管102对中心位置原油沉降流场的影响。
44.在一种可能实现方式中，沉降管101的侧壁上存在至少一组第二取样管103的，该
组第二取样管103的设置位置连线为一条直线，并且连线垂直于水平面。通过使用至少一组设置位置连线为一条直线，并且连线垂直于水平面的第二取样管103，可以进一步提高依据油品样本获得的在高度方向上的原油沉降规律的准确性。
45.在本技术实施例中，沉降罐101的罐壁上设有第一入水口1013与第一出水口1014，水浴夹层1012包括第一水浴流道，第一入水口1013以及第一出水口1014分别与第一水浴流道相连接，第一水浴流道为螺旋形。
46.在一种可能实现方式中，原油沉降模拟装置还包括第一压缩机，第一压缩机分别与第一入水口1013及第一出水口1014相连接，第一压缩机、第一入水口1013、第一出水口1014以及第一水浴流道构成第一循环系统，第一压缩机用于为第一循环系统提供动力，第一压缩机还用于调节第一循环系统的温度，进而调节沉降罐101的温度，第一压缩机可调节的温度范围为第一温度范围，第一压缩机的调节精度为第一精度。示例性地，第一温度范围为0-100℃。
47.在一种可能实现方式中，原油沉降模拟装置还包括第二压缩机以及设置在沉降罐101的罐壁上的第二入水口和第二出水口，水浴夹层1012还包括第二水浴流道，第二压缩机分别与第二入水口及第二出水口相连接，第二入水口以及第二出水口分别于第二水浴流道相连接，第二压缩机、第二入水口、第二出水口以及第二水浴流道构成第二循环系统，第二压缩机用于为第二循环系统提供动力，第二压缩机还用于调节第二循环系统的温度。当模拟实验所需温度精度为第二精度时，同时使用第一循环系统与第二循环系统对沉降罐101的温度进行调节，其中，第二精度高于第一精度。示例性地，第二精度为实时温度偏离实验设定温度的范围在0.5℃以内。
48.在一种可能实现方式中，原油沉降装置还包括设置在储油腔1011内部的多个温度传感器，多个温度传感器用于监测沉降罐101的温度以及储油腔1011内的原油样品的温度。
49.示例性地，多个温度传感器分别设置在储油腔1011的下部、中下部、中上部以及上部。通过分别在储油腔1011内部不同高度处设置温度传感器，能够监测储油腔1011内部不同区域的原油样品的温度，进而反映原油样品整体的温度场变化。
50.在本技术实施例中，原油沉降模拟装置还包括设置在沉降罐101的罐顶的进料口1015以及设置在沉降罐101的罐底的出料口1016。在模拟实验开始前，通过进料口1015将原油样品注入到储油腔1011中，在模拟实验结束后，通过出料口1016将原油样品从储油腔1011中排出。
51.示例性地，进料口1015的数量为1个，出料口1016的数量为2个。
52.在本技术实施例中，如图1所示，原油沉降模拟装置还包括设置在沉降罐101的侧壁下方的观察窗1017。通过观察窗1017，操作人员可以观察处于沉降罐101下部的油水界面、水层厚度以及机械杂质沉降情况。
53.在本技术实施例中，储油腔1011的形状与地下水封洞库的形状相适配。示例性地，储油腔1011的形状为长方体，该长方体的高度为第一值，长度为第二值，宽度为第三值，其中，第一值等于两倍第二值，第二值等于两倍第三值。由于储油腔1011的形状与地下水封洞库的形状相适配，原油沉降过程中，储油腔1011中原油样品的内部温度场变化与地下水封洞库中原油的内部温度场变化匹配性较高，可提高获得的原油沉降规律的准确性。
54.在本技术实施例中，通过在沉降罐侧壁上设置多个不同高度位置的第一取样管和
多个不同高度位置的第二取样管，并且用于对中心区域原油样品取样的第一取样管在下层区域的设置数量大于在上层区域的设置数量，在提取多个油品样本以准确反映原油沉降规律的同时，可降低取样管对流场的干扰，进而减小由于流场干扰导致的实验误差。由于在沉降罐侧壁上设置有多个对壁面区域原油样品取样的第二取样管，提高了依据取得的油品样本获得的原油沉降规律在壁面处的准确性。
55.本技术实施例提供了一种原油沉降模拟方法，该原油沉降模拟方法能够应用于图1及图2所示的原油沉降模拟装置中。如图3所示，本技术实施例提供的方法可以包括如下几个步骤：
56.步骤201、对原油样品进行预处理，使沉降罐的储油腔中原油样品处于均匀状态。
57.在将原油样品从原油获取地运输至实验室的过程中，原油样品经历了复杂的热过程以及剪切过程，并且，由于原油样品在运输过程中会发生原油沉降过程，原油运输桶底部存在沉积物。为了保证模拟结果具有可比性以及再现性，需要对原油样品进行预处理。
58.在本步骤中，在原油沉降模拟实验开始前，对原油样品进行预处理，使沉降罐的储油腔中原油样品处于均匀状态。具体而言，步骤201的实现过程包括以下三个步骤：
59.步骤一、使用水浴夹层将沉降罐的温度升高至第一温度值并保持恒温。
60.在本步骤中，使用水浴夹层将沉降罐的温度调整至第一温度值并保持恒温。示例性地，第一温度值为80℃。
61.在一种可能实现方式中，使用第一压缩机控制水浴夹层的温度，进而调整沉降罐的温度，第一压缩机的调节精度为第一精度。
62.在一种可能实现方式中，若沉降罐温度的精度要求为第二精度，则同时使用由第一压缩机、第一入水口、第一出水口以及第一水浴流道构成的第一循环系统和由第二压缩机、第二入水口、第二出水口以及第二水浴流道构成的第二循环系统控制沉降罐的温度。
63.步骤二、将原油样品加热至第二温度值，然后将原油样品注入储油腔中，封闭沉降罐并将沉降罐的温度保持在第一温度值直至第一时间段结束。
64.在本步骤中，将原油样品加热至第二温度值，然后将原油样品搅拌均匀并通过进料口将原油样品注入到储油腔中，封闭沉降罐并将沉降罐的温度保持在第一温度值直至第一时间段结束。通过加热原油样品，在运输过程中发生沉降的原油样品中的重组分将重新混合到原油样品中。通过将装有原油样品的沉降罐保持第一温度值直至第一时间段结束，原油样品将在分子热运动的作用下均匀分布。
65.示例性地，第二温度值为50℃，第一时间段为2小时。
66.在一种可能实现方式中，将原油样品加热至第二温度值的方式包括但不限于以下两种：
67.方式一：使用烘箱加热原油运输桶中的原油样品。
68.方式二：将原油样品从原油运输桶中取出并注入磨口瓶中，利用水浴装置将原油样品加热至第二温度值。
69.步骤三、对沉降罐自然降温，在沉降罐的温度降低至第三温度值后，将沉降罐的温度保持在第三温度值直至第二时间段结束，其中，第三温度值高于原油样品的析蜡点。
70.在步骤二之后，对沉降罐进行自然降温直至沉降罐的温度降至第三温度值，进一步地，保持沉降罐的温度处于第三温度值直至第二时间段结束，使储油腔中原油样品达到
均匀状态，其中，第三温度值大于原油样品的析蜡点。
71.析蜡点为含蜡原油中的蜡晶开始析出的温度，当温度值低于含蜡原油的析蜡点时，原油中的蜡晶会逐渐析出并沉积在装置上。由于我国出产的原油大部分为含蜡原油，因此，为了避免在原油沉降模拟实验开始前，原油样品中的蜡晶析出并沉积，影响原油沉降模拟结果，第三温度值需高于原油样品的析蜡点。
72.示例性的，第三温度值为30℃，第二时间段为48小时。
73.步骤202、使用沉降罐的水浴夹层以恒定升温速率对原油样品进行加热，直至原油样品温度到达第四温度值，开始原油沉降模拟实验。
74.在本步骤中，使用沉降罐的水浴夹层以恒定升温速率对步骤201的原油样品进行加热，直到原油样品温度到达至第四温度值，在原油样品的温度到达第四温度值后，开始原油沉降模拟实验。
75.示例性地，设定升温速率为2℃/小时，第四温度值为40℃。
76.步骤203、在目标时间点，通过多个第一取样管以及多个第二取样管对储油腔中不同区域的原油样品取样，获得油品样本。
77.在本步骤中，在目标时间点，通过多个第一取样管以及多个第二取样管获取油品样本。由于多个第一取样管用于对不同高度位置的中心区域原油样品取样，多个第二取样管用于对不同高度位置的壁面区域原油样品取样，通过在多个目标时间点以及不同位置处获取油品样本，能够更加准确地反映原油沉降过程以及显示在不同位置处的原油沉降过程的差异。
78.步骤204、对油品样本进行分析，获得原油沉降规律。
79.在本步骤中，对步骤203获得的油品样本进行分析，进而依据分析结果，获得原油沉降规律。示例性的，分析包括化学组成分析以及理化性质分析。
80.在一种可能实现方式中，采用气相色谱仪分析油品样本的化学组成，采用密度计测试油品样本的密度，采用流变仪测试油品样本的粘度并且测试油品样本的含固率。
81.在本技术实施例中，通过使用设置在沉降罐侧壁上不同高度位置的多个第一取样管以及不同高度位置的多个第二取样管进行原油样品取样，可以获得储油腔不同区域的油品样本，并且对储油腔内部流场影响较低，提高了依据油品样本获得的原油沉降规律的准确性。
82.在一种可能实现方式中，如图4所示，在步骤204之前，该方法还包括：
83.步骤205、通过沉降罐侧壁下方的观察窗观察处于沉降罐下部的油水界面、水层厚度以及机械杂质沉降情况。
84.在本技术实施例中，实验人员可通过观察窗直接获取下部原油样品的状态信息，并且，通过使用设置在沉降罐侧壁上不同高度位置的多个第一取样管以及不同高度位置的多个第二取样管进行原油样品取样，可以获得储油腔不同区域的油品样本，并且对储油腔内部流场影响较低，提高了依据油品样本获得的原油沉降规律的准确性。
85.在一种可能实现方式中，在步骤204之前，该方法还包括：
86.步骤206、使用量油尺从进料口伸入沉降罐底部测量沉积层厚度。
87.在本技术实施例中，通过使用设置在沉降罐侧壁上不同高度位置的多个第一取样管以及不同高度位置的多个第二取样管进行原油样品取样，可以获得储油腔不同区域的油
品样本，并且对储油腔内部流场影响较低，提高了依据油品样本获得的原油沉降规律的准确性。
88.在一种可能实现方式中，在步骤204之后，该方法还包括：
89.步骤207、实验结束后，通过出料口将储油腔内的原油样品排出，并清理储油腔底部的油泥层。
90.在本技术实施例中，通过使用设置在沉降罐侧壁上不同高度位置的多个第一取样管以及不同高度位置的多个第二取样管进行原油样品取样，可以获得储油腔不同区域的油品样本，并且对储油腔内部流场影响较低，提高了依据油品样本获得的原油沉降规律的准确性。
91.应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
92.以上仅为本技术的示例性实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。