用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置

1.本发明属于石油实验技术领域，主要涉及用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置。


背景技术：

2.中国稠油资源丰富，但由于其复杂的物理化学性质导致难以开采并且开采效率低。传统的稠油开采方式为蒸汽驱、水驱等，但开采后会造成高含水量，难以二次开采等问题。而原位燃烧是提高石油采收率的重要手段，该技术是将油层本身的部分裂解产物作为燃料，不断燃烧生热，依靠热力和其他综合驱动力作用，实现提高采收率的目的。现已发展出一种新型火驱技术，利用火驱基础原理将地层中的超稠油氧化裂解为氢气等可燃气体，同时利用油藏地层的特殊条件可将火驱过程中生成的co2存其中，进一步减少能源使用过程中碳排放。
3.实验室在进行油藏原位燃烧时通过向燃烧器中注入空气或者富氧气体，随后点火装置点火，燃烧管内的油砂在水煤气变化、水裂解等多种反应下生成多种气体，其中存在大量可燃气体。在实验中，由于生成的气体渗流情况无法直接观察到，这会导致实验出现较大误差并与实际工程情况难以拟合。面向新型火驱技术，亟须一种可以模拟油藏原位转换过程中co2过滤及封存的反应装置，以探究新型火驱的适用条件和筛选合格的膜材料。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.本发明要解决的技术问题是实验中由于生成的气体渗流情况无法直接观察导致实验出现较大误差而与实际工程情况难以拟合的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其包括，旋转组件、燃烧组件、注入组件、观测组件和分离检测组件，所述燃烧组件设置于所述旋转组件上，所述注入组件与燃烧组件相连通，所述观测组件设置于所述燃烧组件上，观察油藏原位燃烧前缘气体的生成和渗流，所述分离检测组件与燃烧组件相连接，检测生成气成分；
7.注入组件包括空气罐、氧气罐、连通管、两通阀和流量表，所述空气罐和氧气罐通过连通管并联，所述两通阀设置于所述连通管上，所述流量表设置于所述连通管上。
8.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种优选方案，其中：所述旋转组件包括底座、支撑立柱、圆盘、第一滑轨、第二滑轨和滑座，所述支撑立柱设置于所述底座上，所述圆盘设置于所述支撑立柱上，所述第一滑轨和第二滑轨对称设置于所述圆盘上，所述滑座分别设置于所述第一滑轨和第二滑轨上。
9.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种
优选方案，其中：所述燃烧组件包括燃烧管、前封口、后封口、点火件和密封环，所述燃烧管设置于所述圆盘上，所述前封口设置于所述燃烧管的一端，与连通管的出口端相连通，所述后封口设置于所述燃烧管的另一端，与分离检测组件相连通，所述点火件设置于所述燃烧管的进口处，所述密封环设置于所述前封口和后封口内。
10.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种优选方案，其中：所述观测组件包括视镜玻璃、压紧环、密封垫、高速显微摄像机和led光源，所述视镜玻璃通过压紧环设置于所述燃烧管上，所述密封垫设置于所述视镜玻璃与燃烧管之间，所述高速显微摄像机设置于所述第一滑轨的滑座上，所述led光源设置于所述第二滑轨的滑座上。
11.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种优选方案，其中：所述分离检测组件包括气液分离器、油水分离器、油品检测仪器、气体分析仪器和计算机，所述气液分离器的进口端和后封口相连通，所述油水分离器的进口端和气液分离器的出液端相连通，所述油品检测仪器的一端和油水分离器的出油端相连接，所述油品检测仪器的另一端和计算机相连接，所述气体分析仪器的一端和气液分离器的出气端相连接，所述气体分析仪器的一端的另一端和计算机相连接。
12.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种优选方案，其中：所述燃烧组件还包括过滤件，所述过滤件设置于所述燃烧管和后封口的连接处，所述过滤件为薄膜。
13.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种优选方案，其中：所述燃烧管内设置有金属滤网，所述金属滤网位于所述燃烧管与前封口的连接处。
14.作为本发明所述用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的一种优选方案，其中：所述燃烧管上开设有测温测压接口，所述测温测压接口上设置有温度压力传感器，对燃烧管内的温度和压力进行监测。
15.本发明有益效果为：
16.1、在实验时，led光源的光透过视镜玻璃使得高速显微摄像机能够清晰直观的记录下燃烧管内的反应情况，实验人员根据所记录下的内容来观察燃烧管内生成的气体和气体渗流现象，以避免实验出现较大误差而与实际工程情况难以拟合；
17.2、实验人员通过控制圆盘在0～180℃内任意旋转，旋转后其保持固定，以此来模拟现实中不同的地层倾角，观察在不同地层倾角情况下油藏原位燃烧气体的生成以及所发生的渗流情况，为后续的实验提供一定的实验支持。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
19.图1为用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的整体结构示意图。
20.图2为用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的旋转组件和燃烧组件的位置结构示意图。
21.图3为用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的燃烧管内部结构示意图。
22.图4为用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置的温度压力传感器的位置结构示意图。
23.图中：100、旋转组件；101、底座；102、支撑立柱；103、圆盘；104、第一滑轨；105、第二滑轨；106、滑座；200、燃烧组件；201、燃烧管；201a、金属滤网；201b、测温测压接口；201c、温度压力传感器；202、前封口；203、后封口；204、点火件；205、密封环；206、过滤件；300、注入组件；301、空气罐；302、氧气罐；303、连通管；304、两通阀；305、流量表；400、观测组件；401、视镜玻璃；402、压紧环；403、密封垫；404、高速显微摄像机；405、led光源；500、分离检测组件；501、气液分离器；502、油水分离器；503、油品检测仪器；504、气体分析仪器；505、计算机。
具体实施方式
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
25.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
26.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
27.实施例1
28.参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，包括旋转组件100、燃烧组件200、注入组件300、观测组件400和分离检测组件500。
29.具体的，燃烧组件200设置于旋转组件100上，注入组件300与燃烧组件200相连通，观测组件400设置于燃烧组件200上，观察油藏原位燃烧前缘气体的生成和渗流，分离检测组件500与燃烧组件200相连接，检测生成气成分；注入组件300包括空气罐301、氧气罐302、连通管303、两通阀304和流量表305，空气罐301和氧气罐302通过连通管303并联，两通阀304设置于连通管303上，流量表305设置于连通管303上。
30.旋转组件100作为本装置的安装基础，安装在试验台上，燃烧组件200安装在旋转组件100上，注入组件300和燃烧组件200相连通，其主要由空气罐301、氧气罐302、连通管303、两通阀304和流量表305组成，空气罐301和氧气罐302通过连通管303并联，并通过连通管303和燃烧组件200相连通，连通管303上安装着两通阀304，以控制连通管303内空气中氧气的含量，连通管303上还安装着流量表305，对流通管流出的气体进行计量，燃烧组件200上安装着观测组件400，通过观测组件400观察油藏原位燃烧前缘气体的生成和渗流现象，以避免实验出现较大误差而与实际工程情况难以拟合，燃烧组件200和分离检测组件500相
连接，对燃烧组件200燃烧产生的气体进行检测。
31.实施例2
32.参照图1～4，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例。
33.具体的，旋转组件100包括底座101、支撑立柱102、圆盘103、第一滑轨104、第二滑轨105和滑座106，支撑立柱102设置于底座101上，圆盘103设置于支撑立柱102上，第一滑轨104和第二滑轨105对称设置于圆盘103上，滑座106分别设置于第一滑轨104和第二滑轨105上。
34.底座101通过螺栓固定在试验台上，底座101上固定安装着支撑立柱102，支撑立柱102上转动安装着圆盘103，使得圆盘103能够在0～180℃内任意旋转，且圆盘103在转动到设定的角度后圆盘103可保持固定，圆盘103的上下两侧固定安装有第一滑轨104和第二滑轨105，第一滑轨104和第二滑轨105上滑动安装着滑座106，以保证滑座106能够在第一滑轨104和第二滑轨105上回来移动。
35.燃烧组件200包括燃烧管201、前封口202、后封口203、点火件204和密封环205，燃烧管201设置于圆盘103上，前封口202设置于燃烧管201的一端，与连通管303的出口端相连通，后封口203设置于燃烧管201的另一端，与分离检测组件500相连通，点火件204设置于燃烧管201的进口处，密封环205设置于前封口202和后封口203内。
36.燃烧管201固定安装在圆盘103上，燃烧管201与第一滑轨104和第二滑轨105相平行，且处于第一滑轨104和第二滑轨105之间，燃烧管201的进气端通过螺钉固定安装有前封口202，前封口202通过其螺纹接口和连通管303相连接，燃烧管201的出气端通过螺钉固定安装有后封口203，后封口203通过其螺纹接口和连通分离检测组件500的连接管相连接，前封口202和后封口203的结构一致，连通管303和连接管均为金属软管，具有一定的抗温抗压性，同时也能够进行弯折，以确保实验时的安全性，燃烧管201的内部安装着点火件204，位于燃烧管201的进口处，起到点燃油砂的作用，在前封口202和后封口203上都安装着密封环205，保证前封口202和后封口203与燃烧管201连接处的密封性，且密封环205的材料为石墨，以使其能够承受住实验中高温高压的环境。
37.观测组件400包括视镜玻璃401、压紧环402、密封垫403、高速显微摄像机404和led光源405，视镜玻璃401通过压紧环402设置于燃烧管201上，密封垫403设置于视镜玻璃401与燃烧管201之间，高速显微摄像机404设置于第一滑轨104的滑座106上，led光源405设置于第二滑轨105的滑座106上。
38.在燃烧管201的中间开设有孔洞，视镜玻璃401上下对称放置在孔洞内，燃烧管201的外部通过螺栓上下对称固定安装有压紧环402，压紧环402挤压视镜玻璃401，实现对视镜玻璃401的挤压固定，视镜玻璃401采用锆钇镧铝硅材料，使其具有耐高温高压且性质稳定的特点，以适应实验环境，同时在视镜玻璃401与燃烧管201之间安装有密封垫403，密封垫403和压紧环402相配合，起到高压保护的效果，使得视镜玻璃401能够承受住实验中0.1-20mpa的高压，保证实验时的安全，第一滑轨104的滑座106上卡扣安装有高速显微摄像机404，高速显微摄像机404处于视镜玻璃401的上方，第二滑轨105的滑座106上卡扣安装有led光源405，led光源405处于视镜玻璃401的下方，其拥有均质光源，并且光束稳定，以便于高速显微摄像机404能够更清晰直观的记录下燃烧管201内的反应情况。
39.分离检测组件500包括气液分离器501、油水分离器502、油品检测仪器503、气体分
析仪器504和计算机505，气液分离器501的进口端和后封口203相连通，油水分离器502的进口端和气液分离器501的出液端相连通，油品检测仪器503的一端和油水分离器502的出油端相连接，油品检测仪器503的另一端和计算机505相连接，气体分析仪器504的一端和气液分离器501的出气端相连接，气体分析仪器504的一端的另一端和计算机505相连接。
40.气液分离器501的进口端通过连接管和后封口203的螺纹接口相连接，进气气液分离，气液分离器501的出液端通过连接管和油水分离器502的进口端相连接，进行油水分离，油水分离器502的出油端和油品检测仪器503的进口端相连接，油品检测仪器503的另一端和计算机505相连接，进行油品检测，气液分离器501的出气端和气体分析仪器504相连接，气体分析仪器504和计算机505相连接，对分离出的气体进行检测。
41.实施例3
42.参照图1～4，为本发明第三个实施例，该实施例基于前两个实施例。
43.具体的，燃烧组件200还包括过滤件206，过滤件206设置于燃烧管201和后封口203的连接处，过滤件206为薄膜。
44.燃烧管201和后封口203的连接处安装有过滤件206，过滤件206为薄膜，采用不同材料的薄膜，以研究其对不同气体的选择透过性能，从而筛选出适合在地层条件下符合可燃气体通过的材料，其他实施例中，过滤件206也可为其他的气体过滤装置。
45.燃烧管201内设置有金属滤网201a，金属滤网201a位于燃烧管201与前封口202的连接处。
46.在燃烧管201与前封口202的连接处安装有金属滤网201a，金属滤网201a的目数为200～300目，在燃烧管201旋转的过程中，金属滤网201a可以起到防止油砂泄露的作用。
47.燃烧管201上开设有测温测压接口201b，测温测压接口201b上设置有温度压力传感器201c。
48.在燃烧管201上开设有多个测温测压接口201b，通过测温测压接口201b在燃烧管201上安装有多个温度压力传感器201c，以对燃烧管201内部的温度和压力进行监测。
49.在实验之前，实验人员先将油砂填入燃烧管201内并安装好前封口202，接着将前封口202和连通空气罐301和氧气罐302的连通管303相连接，后封口203通过连接管和气液分离器501的进口端相连接；实验时，先将空气或富氧空气通过连通管303注入到燃烧管201内，然后通过点火件204将燃烧管201内的油砂点燃，油砂在燃烧管201中发生氧化热解反应，后封口203上的薄膜对反应后的产物进行过滤，并通过连接管进入到气液分离器501内，进气气液分离，分离出的液体进入到油水分离器502内，进行油水分离，计算机505通过油品检测仪器503对分离出的油进行检测，同时计算机505也能通过气体分析仪器504对分离出的气体进行检测，一次注入定量的含氧气体后切断气体注入，实现实际工程中的闭井操作，待到燃烧管201中的反应结束，重新通入气体，重复上述操作，通过对不同时刻生产的气体进行检测，可以对实验不同阶段的制氢情况与渗流现象进行分析，从而判断实验的完成情况；
50.在实验的过程中，通过计算机505开启led光源405，led光源405通过视镜玻璃401将提供的均质光源射向燃烧管201内发生反应的油砂，高速显微摄像机404透过视镜玻璃401记录反应情况，并将记录传输给计算机505，实验人员根据所记录下的内容来观察燃烧管201内生成的气体和气体渗流现象，以避免实验出现较大误差而与实际工程情况难以拟
合，与此同时，燃烧管201上的温度压力传感器201c对燃烧管201内的温度与压力进行实时监测，实现对实验进度与状况进行监控，以便于实验人员针对实验中所出现的不同情况采取不同的调控措施；
51.在完成一次实验后，通过转动圆盘103在0～180℃内任意旋转，且旋转后保持圆盘103固定，以此来模拟现实中不同的地层倾角，以便于研究不同地层倾角情况下油藏原位燃烧气体的生成情况以及在发生的渗流现象，在燃烧管201旋转过程中，前封口202的金属滤网201a可以起到防止油砂泄露的作用。
52.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：包括，旋转组件(100)、燃烧组件(200)、注入组件(300)、观测组件(400)和分离检测组件(500)，所述燃烧组件(200)设置于所述旋转组件(100)上，所述注入组件(300)与燃烧组件(200)相连通，所述观测组件(400)设置于所述燃烧组件(200)上，观察油藏原位燃烧前缘气体的生成和渗流，所述分离检测组件(500)与燃烧组件(200)相连接，检测生成气成分；注入组件(300)包括空气罐(301)、氧气罐(302)、连通管(303)、两通阀(304)和流量表(305)，所述空气罐(301)和氧气罐(302)通过连通管(303)并联，所述两通阀(304)设置于所述连通管(303)上，所述流量表(305)设置于所述连通管(303)上。2.如权利要求1所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：所述旋转组件(100)包括底座(101)、支撑立柱(102)、圆盘(103)、第一滑轨(104)、第二滑轨(105)和滑座(106)，所述支撑立柱(102)设置于所述底座(101)上，所述圆盘(103)设置于所述支撑立柱(102)上，所述第一滑轨(104)和第二滑轨(105)对称设置于所述圆盘(103)上，所述滑座(106)分别设置于所述第一滑轨(104)和第二滑轨(105)上。3.如权利要求2所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：所述燃烧组件(200)包括燃烧管(201)、前封口(202)、后封口(203)、点火件(204)和密封环(205)，所述燃烧管(201)设置于所述圆盘(103)上，所述前封口(202)设置于所述燃烧管(201)的一端，与连通管(303)的出口端相连通，所述后封口(203)设置于所述燃烧管(201)的另一端，与分离检测组件(500)相连通，所述点火件(204)设置于所述燃烧管(201)的进口处，所述密封环(205)设置于所述前封口(202)和后封口(203)内。4.如权利要求3所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：所述观测组件(400)包括视镜玻璃(401)、压紧环(402)、密封垫(403)、高速显微摄像机(404)和led光源(405)，所述视镜玻璃(401)通过压紧环(402)设置于所述燃烧管(201)上，所述密封垫(403)设置于所述视镜玻璃(401)与燃烧管(201)之间，所述高速显微摄像机(404)设置于所述第一滑轨(104)的滑座(106)上，所述led光源(405)设置于所述第二滑轨(105)的滑座(106)上。5.如权利要求3所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：所述分离检测组件(500)包括气液分离器(501)、油水分离器(502)、油品检测仪器(503)、气体分析仪器(504)和计算机(505)，所述气液分离器(501)的进口端和后封口(203)相连通，所述油水分离器(502)的进口端和气液分离器(501)的出液端相连通，所述油品检测仪器(503)的一端和油水分离器(502)的出油端相连接，所述油品检测仪器(503)的另一端和计算机(505)相连接，所述气体分析仪器(504)的一端和气液分离器(501)的出气端相连接，所述气体分析仪器(504)的一端的另一端和计算机(505)相连接。6.如权利要求3所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：所述燃烧组件(200)还包括过滤件(206)，所述过滤件(206)设置于所述燃烧管(201)和后封口(203)的连接处，所述过滤件(206)为薄膜。7.如权利要求3所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特征在于：所述燃烧管(201)内设置有金属滤网(201a)，所述金属滤网(201a)位于所述燃烧管(201)与前封口(202)的连接处。8.如权利要求3所述的用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，其特
征在于：所述燃烧管(201)上开设有测温测压接口(201b)，所述测温测压接口(201b)上设置有温度压力传感器(201c)。

技术总结
本发明公开了用于研究油藏原位燃烧前缘气体生成及渗流的实验装置，包括，旋转组件、燃烧组件、注入组件、观测组件和分离检测组件，所述燃烧组件设置于所述旋转组件上，所述注入组件与燃烧组件相连通，所述观测组件设置于所述燃烧组件上，观察油藏原位燃烧前缘气体的生成和渗流，所述分离检测组件与燃烧组件相连接，检测产生的氢气。本发明通过观测组件和燃烧组件的相互配合，在实验中便于实验人员对燃烧组件中氧化热解反应所生成的气体渗流情况直接观察，避免实验出现较大误差而与实际工程情况难以拟合。难以拟合。难以拟合。


技术研发人员：孙运兰 李庆鑫 蒋聪 朱宝忠 陈九玉 王亚男 刘俊 王佳欣
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/23