一种高温高压绝热氧化实验系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种高温高压绝热氧化实验系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，油藏注空气驱油已经被证明是一种行之有效且极具潜力的提高原油采收率的技术。注空气技术能否有效实施，关键在于氧气是否能和地层原油充分发生氧化反应，原油氧化后会生成一定量的烟道气，直接驱替原油，同时放出热量降低原油粘度，有利于增原油的流动性，同时空气与油藏原油经过氧化反应后，原油的组成和气体组成会发生变化，原油的性质也会相应发生改变。因此，研究原油在空气中的氧化反应，对于指导油气田开发有很大意义。
[0003]目前，国内外对于研发原油氧化装置和驱替装置开展了大量工作，并取得一些成果，如:轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置(申请号:201110148934.6)，模拟地层驱替装置(申请号:200420020302.5 )，轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验方法及装置(申请号:201110135246.6)，一种轻质原油循环注气低温氧化实验方法及装置(申请号:201110240565.3)等。但目前可用于研究原油氧化的设备仍然存在很多不足，在实验过程中不能达到绝热条件是其中最严重的问题之一，反应器不能绝热，氧化反应释放的热量会快速传递到周围环境，热量难以聚集，因此很难监测到反应过程中温度的变化情况，而明确反应过程中温度的变化对认识原油氧化反应模式及反应条件有重要意义，即便使用保温装置，但热量依然无法避免的存在散失。通过研究发现，热跟踪补偿技术是目前实现绝热条件的最有效途径。通过热跟踪补偿技术实现绝热功能，必须要求反应器壁面具有良好的热传导性，能迅速将反应器外部提供的补偿热量传递到反应器内部，才能实现迅速的温度补偿。这不仅对反应器材质的导热性提出了更高的要求，而且要求壁面非常薄，才能迅速传导热量，然而，反应器在反应过程中必须要在高温条件下承受非常高的压力，如果反应器壁面厚度较薄，容易在高压下发生损坏。综上所述，为了更好地实现绝热条件，在整个反应过程中需要设备既能对反应器内部的温度差迅速进行温度补偿，满足整个实验对象温度保持一致，又能对外部具有良好的隔热保温作用，减少热量散失，同时还得保证反应器不会因为高压反应而损坏。因此，需要对实验系统进行特殊的设计，才能保证实验系统能在高温高压条件下实现绝热的条件，并进行氧化实验。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种高温高压绝热氧化实验系统。
[0005]本发明是通过下述技术方案来实现的:
[0006]—种高温高压绝热氧化实验系统，包括压力跟踪补偿模块、实验容器模块、样品注入模块和上位控制模块，所述实验容器模块位于系统中心，分别连接压力跟踪补偿模块和样品注入模块，上位控制模块连接并控制压力跟踪补偿模块、实验容器模块和样品注入模块；
[0007]所述实验容器模块包括模型注入口、实验油砂、模型釜体、高强度螺栓、法兰、岩心钢套、模型封头、釜体端盖、釜体封头、模型出口、腔体填充体、点火器系统、温度传感器、加热元件、隔热层一，隔热层二、热跟踪元件、温度检测器、环压注入口、测压点；
[0008]所述实验容器模块中部为岩心钢套，岩心钢套内放置实验油砂，实验油砂两端设有隔热层一和隔热层二，所述岩心钢套外侧表面环布热跟踪元件和温度检测器，岩心钢套外侧通过环形网状的腔体填充体支撑，腔体填充体外侧连接模型釜体，所述模型釜体左端设有模型封头和法兰，高强度螺栓依次穿过法兰、模型封头和模型釜体，将模型封头压紧固定在法兰和模型釜体之间；所述模型釜体右端设有釜体端盖和釜体封头，釜体端盖上设有螺纹，通过螺纹与模型釜体相连接;釜体封头通过螺栓与釜体端盖连接;所述模型注入口通过螺栓安装在模型封头上，模型注入口穿过模型封头和隔热层一，插入实验油砂中；所述模型出口穿过釜体封头和隔热层二，插入实验油砂中；所述环压注入口是在模型封头的一根通孔，连接到腔体填充体中，所述测压点在腔体填充体上，所述加热元件位于模型封头上。
[0009]在本发明的一较佳实施方式中，所述压力跟踪补偿模块，包括储气罐、调压阀一、压力跟踪补偿栗、缓冲容器、六通阀和注入阀组，储气罐连接调压阀一，调压阀一连接连接压力跟踪补偿栗和六通阀，压力跟踪补偿栗连接缓冲容器，缓冲容器连接六通阀，六通阀中三个通路分别连接注入阀组，注入阀组为两位三通阀，注入阀组末端通路连接放空端口，注入阀组中部通路连接实验容器模块的环压注入口。
[0010]在本发明的一较佳实施方式中，所述样品注入模块包括氧化气罐、调压阀二、气体容器、水容器、油容器和注入栗，注入栗并联连接气体容器、水容器和油容器的入口端，氧化气罐通过调压阀二连接模型注入口，气体容器、水容器、油容器在出口端连接实验容器模块的模型注入口。
[00?1 ]在本发明的一较佳实施方式中，所述岩心钢套壁面厚度薄(厚度< 0.3mm)，岩心钢套热传导性能较强。
[0012]在本发明的一较佳实施方式中，所述岩心钢套外侧表面设有热跟踪元件，内侧表面设有温度检测器，热跟踪元件和温度检测器为间隔排布，即热跟踪元件相邻为温度检测器，热跟踪元件和温度检测器数量为6?18个;温度检测器分别安装在岩心钢套内侧表面和中心，用于检测岩心钢套内表面和中心的反应温度。
[0013]所述热跟踪元件通过导热线连接加热元件，当岩心钢套内部发生反应后，温度检测器检测岩心钢套的中心温度以及内侧表面的温度，为确保整个岩心钢套内部温度保持一致，根据中心温度以及内侧表面的温度差值，加热元件对岩心钢套进行绝热补偿，通过加热岩心钢套外表面，薄壁的金属岩心钢套迅速将热量传递到岩心钢套内侧，保持岩心钢套内侧部分的氧化反应温度环境跟中心部分反应温度环境一致，避免实验温度散失；同时确保岩心钢套(18)内侧温度不超过中心反应温度，在实现绝热环境的情况下，避免出现人为过度加热。
[0014]在本发明的一较佳实施方式中，所述腔体填充体为规则六边形的蜂窝状网，采用表面喷涂耐高温涂料的聚酰亚胺材料组成，提高支撑能力，聚酰亚胺材料导热性差，避免热量通过腔体填充体散失;腔体内充满惰性气体，导热效率差，起到隔热功能。
[0015]在本发明的一较佳实施方式中，所述压力跟踪补偿模块和环压主入口接口处采用快速接头，在实验过程中，岩心钢套内因注入压力和氧化/燃烧反应产生高压，容易破坏薄壁的岩心钢套，需要使用压力跟踪补偿模块对腔体提供反压，测压点可同时在岩心钢套内外进行测量，并向控制系统反馈压力值，压力跟踪补偿模块所提供的反压保持比岩心钢套(18)内的压力值大0.01?0.21^&。
[0016]在本发明的一较佳实施方式中，所述的最高模拟压力为70Mpa，最高实验温度为700。。；
[0017]所述实验容器模块的模型注入口、模型釜体、法兰、岩心钢套、模型封头、釜体端盖、釜体封头和模型出口之间的连接处，均达到70Mpa的密封标准。
[0018]在本发明的一较佳实施方式中，所述上位控制模块所连接的压力跟踪补偿模块、实验容器模块和样品注入模块均采用自动化控制，温度和压力通过检测的数据，反馈到上位控制模块后，上位控制模块发送指令，迅速调节温度和压力值，保证实验效果，同时保护岩心钢套不被破坏。
[0019]本发明还提供高温高压绝热氧化实验方法，步骤如下:
[0020]I)将实验油砂填入岩心钢套，岩心钢套两端连接好隔热层一和隔热层二，送入模型釜体，两端分别安装好模型注入口、模型釜体、法兰、岩心钢套、模型封头、釜体端盖、釜体封头和模型出口；
[0021]2)实验容器模块位于系统中心，分别连接好压力跟踪补偿模块和样品注入模块，对装置进行自检和压力测试；
[0022]3)样品注入模块按照所需比例，向实验容器模块注入反应所需原油和水、气体的样品，同时氧化气罐按需求向实验容器模块注入氧化气体，根据注入压力和氧化/燃烧反应过程产生的压力，开启压力跟踪补偿模块，对实验容器模块提供反压，测压点同时在岩心钢套内外进行测量，并向控制系统反馈压力值，便于调节反压，使其保持在比岩心钢套内的压力值大0.01?0.2Mpa的范围内，避免薄壁的岩心钢套被内部压力破坏；
[0023]4)反应过程中，岩心钢套内的温度会逐渐升高，根据温度检测器检测到的岩心钢套表面温度，加热元件会调控热跟踪元件跟检测到的温度保持一致，并且根据实验温度变化而相应变化，起到绝热效果，避免实验产生的热量外泄；
[0024]5)如需进行燃烧反应，可启动点火器系统，对样品进行燃烧实验；
[0025]6)保持上述条件，直到实验完成，在实验过程中，实验样品可随时进行取样分析，了解实验数据的实时情况。实验结束后，样品从模型出口排出，并清洗设备，准备