一種超稠原油氧化燃料沉積的實驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油開發(fā)領(lǐng)域的實驗裝置及方法，尤其涉及一種超稠油油藏注空氣原油氧化燃料沉積的定量分析和表征的實驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]上個世紀(jì)80年代起，就地燃燒(in situ combust1n)熱采技術(shù)開始受到廣泛的關(guān)注并在部分油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。就地燃燒技術(shù)是首先在地層中注入空氣，然后通過點火的方式使小部分地層原油發(fā)生燃燒反應(yīng)，空氣中的氧氣被消耗，生成的煙道氣能夠驅(qū)替部分原油，同時因為燃燒反應(yīng)大量放熱導(dǎo)致地層中的溫度上升從而降低地層中稠油的黏度，增加其流動性。就地燃燒技術(shù)的發(fā)展使學(xué)術(shù)界逐漸開始重視瀝青質(zhì)的氧化反應(yīng)。低溫氧化反應(yīng)作為高壓空氣注入地層后原油與氧氣所發(fā)生的特殊的反應(yīng)模式，其反應(yīng)的效果直接關(guān)系到點火的成功機率。瀝青質(zhì)在不斷的發(fā)生聚合反應(yīng)，軟瀝青與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成瀝青質(zhì)，瀝青質(zhì)進(jìn)一步被氧化形成焦炭。形成的焦炭由于含有較低的燃點因此通常被認(rèn)為是火燒油層能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。
[0003]當(dāng)高壓注空氣技術(shù)在輕質(zhì)油藏的成功應(yīng)用以后，不點火注空氣技術(shù)在稠油/超稠油油藏的可行性開始成為學(xué)術(shù)界討論的焦點。在低溫氧化的溫度區(qū)間里(50?350°C)，瀝青質(zhì)的反應(yīng)速率并不一樣，因此根據(jù)反應(yīng)速率將瀝青質(zhì)的低溫氧化分為五個階段:1)50?150°C，瀝青質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成醛、水、二氧化碳、一氧化碳和焦炭；2) 150?200°C，醛與氧氣進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成醇、酮和水;3) 200?250°C，醛、酮和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氫過氧化物、羧酸和水;4) 250?350°C，醇、醛和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氫過氧化物、酮和水。
[0004]在目前國內(nèi)外的研究工作中，對于超稠油油藏注空氣技術(shù)的研究主要集中在原油氧化后燃料沉積方面。通過先對油藏注入空氣氧化稠油，形成燃點較低的焦炭從而增加就地燃燒的成功率。但是目前國內(nèi)還沒有一套成熟完善的實驗裝置和方法能夠?qū)Τ碛驮谟筒貤l件下的氧化進(jìn)行較好的模擬和分析，傳統(tǒng)的輕質(zhì)原油低溫氧化裝置在原油注入過程和分析過程中并沒有考慮到高粘度原油的特殊性。因此為了探索研究超稠油與氧氣的反應(yīng)機理，明確不同條件下的反應(yīng)模式，本發(fā)明人憑借多年的理論基礎(chǔ)以及設(shè)計制造經(jīng)驗，提出一種超稠油油藏原油氧化燃料沉積的定量分析和表征的實驗方法及裝置，以彌補目前超稠油油藏注空氣室內(nèi)研究手段的不足。
[0005]目前，國內(nèi)外在高壓注空氣氧化熱效應(yīng)檢測跟蹤實驗方法及裝置的研究方面開展了大量的工作，如授權(quán)公告號為CN102230940B的《輕質(zhì)油藏注空氣采油原油低溫氧化實驗方法及裝置》和授權(quán)公告號為CN 102384970 B的《一種輕質(zhì)原油循環(huán)注氣低溫氧化實驗方法及裝置》。上述方法提供了可用于原油注空氣氧化實驗的裝置，在一定程度上滿足了原油氧化實驗的需求，但是，對于開展注空氣氧化熱效應(yīng)研究現(xiàn)有實驗方法及裝置仍存在一些不足:1);2)取樣步驟無法分別精確取出煙道氣、分離氣和分離原油，降低實驗的準(zhǔn)確性;3)實驗裝置固定，不能自動混合和模擬不同角度進(jìn)行實驗；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠很好的模擬油藏條件下超稠油氧化燃料沉積的實驗方法及裝置，能夠?qū)Τ碛瓦M(jìn)行復(fù)配至地層條件，通過注入空氣使原油與空氣在地層條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，通過自動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)使得原油和空氣在油藏條件下能夠充分接觸，保證了各類化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的充分性;同時該系統(tǒng)還能夠通過填砂來模擬多孔介質(zhì)中的原油和空氣接觸的情況，提高了氧化實驗的多樣性和可靠性。
[0007]本發(fā)明的另一個目的在于對反應(yīng)形成的煙道氣、原油中的伴生氣和超稠油油相進(jìn)行精確的組分和物理性質(zhì)的測量，能夠精確的反應(yīng)氧化前后油氣兩相的物理性質(zhì)的變化，從而對適合注空氣的超稠油油藏的篩選提供理論依據(jù)。
[0008]—種超稠原油氧化燃料沉積的實驗裝置，包括配樣系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、實驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)、壓力控制與注入系統(tǒng)、PC監(jiān)控系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、氣相樣品分析系統(tǒng)和液相樣品分析系統(tǒng);實驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)為裝置核心，分別連接溫度控制系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、配樣系統(tǒng)、壓力控制與注入系統(tǒng);壓力控制與注入系統(tǒng)連接PC監(jiān)控系統(tǒng);取樣系統(tǒng)分別連接氣相樣品分析系統(tǒng)和液相樣品分析系統(tǒng)。
[0009]所述壓力控制與注入系統(tǒng)包括多功能恒壓控制栗一、多功能恒壓控制栗二、傳感器一、傳感器二。
[0010]所述配樣系統(tǒng)包括空氣容器、油樣容器、分離氣容器、配樣器；油樣容器和分離器容器分別連接配樣器，油樣容器、分離氣容器和配樣器由耐高溫耐腐蝕材料制成，工作壓力為0?80MPa，配樣器表面由電阻絲包裹，用于調(diào)節(jié)配樣器溫度至與所需地層溫度一致，其溫度范圍為-20?300°C，配樣器軸向兩端連接轉(zhuǎn)軸，沿軸心旋轉(zhuǎn)，使配樣過程中的油樣和分離氣能夠充分?jǐn)嚢枞芙?，保證分離氣和油樣在油藏條件下均勻混合至地層狀態(tài);配樣器的出口端連接多功能恒壓控制栗二，連接口上設(shè)有傳感器，根據(jù)配樣器內(nèi)部的壓力變化自動調(diào)節(jié)進(jìn)栗和退栗，控制配樣器的入口壓力，保證配樣過程中的配樣器內(nèi)部的壓力始終保持在設(shè)定的壓力值;流變性測試裝置與配樣器出口和空氣容器連接，流變性測試裝置為螺旋狀細(xì)管，總長度不小于米，用于檢測所配超稠油粘度。
[0011]優(yōu)選的，所述實驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)包括氧化管、底座、自動清洗裝置、氣液分離儀;氧化管為高溫高壓容器，長度為100cm，直徑為20cm，壓力范圍為0.1?120MPa，溫度范圍為-20?500°C，用于模擬地層超稠油的氧化反應(yīng)過程;氧化管中部通過轉(zhuǎn)軸固定到底座上，底座上設(shè)有旋轉(zhuǎn)電機，連接轉(zhuǎn)軸帶動氧化管縱向轉(zhuǎn)動，使氧化管軸心與水平面角度保持在60°?300°之間，模擬不同地層傾角；氧化管出口分別連接傳感器二、自動清洗裝置和氣液分離儀，自動清洗裝置用于在實驗結(jié)束后，對氧化管進(jìn)行自動清洗。
[0012]優(yōu)選的，所述溫度控制系統(tǒng)包括恒溫箱一和恒溫箱二，PC監(jiān)控系統(tǒng)連接并自動控制溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度，恒溫箱一對配樣系統(tǒng)進(jìn)行加熱和保溫，恒溫箱二對實驗系統(tǒng)進(jìn)行加熱和保溫。
[0013]優(yōu)選的，氣體樣品分析系統(tǒng)包括氣體計量儀、氣樣采集容器、質(zhì)譜分析儀、氣相色譜儀;氣體計量儀連接氣液分離儀，分離后的氣體通過氣體計量儀計算氣體體積，再通過氣相色譜儀和質(zhì)譜分析儀測試氣體的組分及含量。
[0014]優(yōu)選的，液體樣品分析系統(tǒng)包括液體計量儀、油樣采集容器、液相色譜儀、紅外分光儀、密度儀、流變儀、熱重分析儀、四組分分析系統(tǒng);液體計量儀連接氣液分離儀，分離后的液體計量儀計算液體體積，通過紅外分光儀測試氧化反應(yīng)所生成的各類基團(tuán)，通過密度儀和流變儀測試氧化前后超稠油的物性變化，通過四組分分析系統(tǒng)測試氧化前后超稠油烷烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量變化，最后通過熱重分析儀測試氧化后沉積的燃料的動力學(xué)參數(shù)。
[0015]優(yōu)選的，所述壓力控制與注入系統(tǒng)連接PC監(jiān)控系統(tǒng)，通過PC監(jiān)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確控制注入壓力和注入速度，同時調(diào)整壓力控制系統(tǒng)模擬油藏壓力條件，實時監(jiān)測記錄實驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)內(nèi)的壓力變化，壓力控制與注入系統(tǒng)還設(shè)有預(yù)警裝置，在實驗過程中發(fā)生的的壓力變化不正常情況緊急停栗。
[0016]優(yōu)選的，所述取樣系統(tǒng)與壓力控制系統(tǒng)連接，傳感器二將氧化管內(nèi)部的壓力變化傳送到PC監(jiān)控系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)多功能恒壓控制栗二控制氣液分離儀的入口壓力，使取樣過程中系統(tǒng)能夠進(jìn)行保壓取樣。
[0017]優(yōu)選的，所述實驗裝置，在實驗過程中可采取填砂和不填砂兩種模式;可采取定壓條件和定容條件兩種模式;可采取靜態(tài)氧化和動態(tài)氧化兩種模式。
[0018]本發(fā)明還包括一種超