CN204877410U - 超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，包括注入***、模型***、恒温控制***、产出计量***和数据采集***，注入***包括并联连接的蒸汽注入装置、气体缓冲装置、降粘剂注入装置和油水饱和装置，且各个装置的出口端连接模型***；模型***置于恒温控制***内，其入口端连接注入***，出口端连接产出计量***；产出计量***包括回压控制装置和超声波油水分离计量装置，且回压控制装置一端与模型***出口相连，另一端与超声波油水分离计量装置相连；数据采集***包括压力传感器、温度传感器、流量计、电子天平、计算机数据采集***及数据分析***，计算机数据采集***及数据分析***完成数据采集与计算。

Description

超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置

技术领域

本实用新型属于石油与天然气技术领域，涉及一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐的实验装置。

背景技术

稠油是一种重要的非常规油气资源。经过30多年的发展，稠油已成为我国石油产量的重要组成部分，年产量超过1000万吨。热采是稠油油藏开发中应用最广泛的技术，主要通过注入蒸汽加热降粘、改善原油的流动性，从而将稠油开采出来。目前常用的热采技术主要有蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、水平井蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)、二氧化碳或降粘剂辅助蒸汽吞吐技术等。

近年来，超稠油油藏的开发已经引起世界主要稠油生产国的重视。与普通稠油相比，超稠油的粘度更高，开发难度更大，如果采用常规的蒸汽吞吐技术开发，效果很差，甚至不能有效动用。

蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐技术是一种开发超稠油油藏的一种新技术。其中，蒸汽辅以降粘剂可以有效降低超稠油的粘度，氮气具有助排、隔热和增能等作用。目前对蒸汽氮气降粘剂复合吞吐技术的研究仍处于起步阶段，现有的物理模拟实验装置难以实现准确全面的过程模拟与参数优化。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，为现场工艺实施提供技术指导和帮助。

为实现该技术目的，本实用新型的方案是：

一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，包括注入***、模型***、恒温控制***、产出计量***和数据采集***；

所述的注入***包括并联连接的蒸汽注入装置、气体缓冲装置、降粘剂注入装置和油水饱和装置，且各个所述装置的出口端连接模型***；

所述的模型***置于恒温控制***内，其入口端连接注入***，出口端连接产出计量***；所述的模型***包括填砂模型和填充物，所述填充物为饱和油水的粒状多孔介质或油砂；所述填充物填充在填砂模型内；

所述的产出计量***包括安装在模型***出口的回压控制装置和超声波油水分离计量装置，且回压控制装置一端与模型***出口相连，另一端与超声波油水分离计量装置相连；

所述的数据采集***包括安装在所述实验装置不同位置的压力传感器、温度传感器、流量计以及电子天平、计算机数据采集***及数据分析***，计算机数据采集***及数据分析***完成数据采集与计算。

其中，所述的蒸汽注入装置包括蒸汽发生器和平流泵，平流泵连接蒸汽发生器产生指定温度/压力蒸汽，通过保温管线连接模型***。

所述气体缓冲装置包括活塞中间容器I和恒压泵，活塞中间容器I置有氮气，入口端连接恒压泵，出口端通过保温管线连接模型***，以恒压泵为驱动力向模型***提供指定压力氮气。

所述降粘剂注入装置包括活塞中间容器II、平流泵或恒压泵，活塞中间容器II置有降粘剂，入口端连接恒压泵或平流泵，出口端通过保温管线连接模型***，根据实验需要以恒压泵或平流泵为驱动力向模型***提供指定注入压力或指定流量降粘剂。

所述油水饱和装置包括活塞中间容器III、IV、混相器、真空泵、恒压泵和平流泵，其中真空泵通过单独管线直接连接模型***，真空泵与模型***的接口处设置有负压传感器；所述的两个活塞中间容器III、IV分别为油样活塞中间容器与地层水活塞中间容器，油样活塞中间容器连接混相器，由混相器配制好油样后转至油样活塞中间容器，地层水活塞中间容器置有地层水样品，两个活塞中间容器入口端分别连接恒压泵或平流泵，出口端分别通过保温管线连接模型***，根据饱和地层水和饱和油的需要选择恒压泵或平流泵为驱动力。

所述的平流泵、恒压泵的出口各连接一个阀门后并联，并联后再串联一个流量计和压力传感器；所述的活塞中间容器I、II、III、IV、蒸汽发生器、混相器和填砂模型的入口各连接一个阀门，出口各连接一个阀门和压力传感器，且在蒸汽发生器和活塞中间容器I的出口还串联有流量计。

所述的回压控制装置设置在填砂模型出口端，由回压阀构成，回压阀处设置压力传感器并连接计算机，由计算机数据采集***实时采集压力数据并调整反馈至回压阀；

所述的超声波油水分离计量装置由超声波分离计量筒构成，通过超声波对产出的油水混合物破乳分离并探测油水界面高度和总液面高度，以完成对油水产出物的计量。

利用所述的装置进行蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验的方法，如下：

步骤(1)本实用新型的模拟实验过程先检查装置的气密性。

步骤(2)根据实验需要设计填砂模型，用以模拟实际储层。

步骤(3)实验所需油样由所述混相样器配制，油样混样完成后，向所述活塞中间容器III转入实验油样，实验所需地层水置于所述活塞中间容器IV中；利用所述真空泵对填砂模型抽真空并利用地层水活塞中间容器IV对填砂模型饱和地层水，具体操作过程按照SY/T5336规定执行；利用所述平流泵和油样活塞中间容器III向填砂模型注入油样，利用油驱水方法实现饱和油过程并建立束缚水。

步骤(2)、(3)也可采用直接将混合均匀的油砂填装到填砂模型的方式实现饱和油过程。

步骤(4)对所述恒温箱调节至实验所需地层温度，对所述填砂模型预热设定时间以上。

步骤(5)打开平流泵和蒸汽发生器以及其回路上的阀门，待蒸汽压力达到实验要求的注入压力后，打开蒸汽发生器输出端的阀门，进行注蒸汽实验；

步骤(6)关闭步骤5中的所有阀门，设定恒压泵的流量，打开恒压泵与活塞中间容器I回路上的阀门，启动恒压泵，待压力达到设定压力后打开活塞中间容器I的出口端的阀门，对填砂模型注入设计用量的氮气段塞；

步骤(7)关闭步骤6中的所有阀门，设定平流泵的流量,打开平流泵与活塞中间容器II回路上的阀门以及活塞中间容器II出口端的阀门，启动平流泵，对填砂模型注入设计用量的降粘剂段塞；

步骤(8)上述(5)、(6)、(7)步骤完成后，关闭所有阀门，将填砂模型放置设定时间以模拟焖井过程；焖井结束后，打开回压阀，利用所述超声波分离计量筒收集产出的油水混合物，利用所述超声波发生器对油水混合物进行破乳分离并探测总液面高度与油水界面高度，由所述计算机和数据分析软件采集数据并计算产出的油水体积。

所述的步骤(5)、(6)、(7)的注入次序可相互交换或重复，其注入温度、注入量和注入压力可改变，以模拟不同注入次序、不同注入量的开采过程，实现注入温度、注入次序、注入量和注入压力等参数的优化。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型可利用储层模型，测试模型的基本物性参数，模拟蒸汽、氮气、降粘剂复合或单独注入过程，获得模拟吞吐结果，实现注采参数的优化；本实用新型可实现对不同储层类型、温度、孔隙度、渗透率和饱和度的模拟；本实用新型可实现对蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐过程的注入过程、焖井过程和产出过程的模拟，并对开采过程中的温度、压力和开采效果进行实时监测；本实用新型可实现对产出液的自动化破乳分离与计量。

附图说明

图1为本实用新型的实验装置流程图。

图中：1平流泵、2恒压泵、3真空泵、4蒸汽发生器、5-9活塞中间容器、10混相器、11填砂模型、12恒温箱、13超声波分离计量筒、14超声波发生器、15电子天平、16计算机、38-52压力传感器、53-59温度传感器、35-37流量计、17-33进出口阀门、34回压阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型实例的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐模拟实验装置，包括注入***、模型***、产出计量***和数据采集***，由平流泵1、恒压泵2、真空泵3、蒸汽发生器4、活塞中间容器5-9、混相器10、填砂模型11、恒温箱12、超声波分离计量筒13、超声波发生器14、电子天平15、计算机16、压力传感器38-52、温度传感器53-59、流量计35-37、进出口阀门17-33、回压阀34和保温管线等构成。

其中，活塞中间容器5为氮气活塞中间容器，活塞中间容器6、7为降粘剂活塞中间容器，可置有不同类型降粘剂，活塞中间容器8为地层水活塞中间容器，活塞中间容器9为油样活塞中间容器；其中，压力传感器38-46为注入***各节点处压力传感器，压力传感器36为负压传感器，压力传感器47-51为沿填砂模型轴向处压力传感器，压力传感器52为回压阀处压力传感器；其中温度传感器53为蒸汽发生器出口端温度传感器，温度传感器54-58为沿填砂模型轴向处温度传感器，温度传感器59为回压阀处温度传感器；其中，流量计35、36、37分别为平流泵/恒压泵出口端流量计、蒸汽发生器出口端流量计、氮气活塞中间容器出口端流量计。

作为优选，所述平流泵1、恒压泵2、蒸汽发生器4、活塞中间容器5-9、混相器10等构成注入***。

作为优选，所述恒温箱12等构成温度控制***。

作为优选，所述填砂模型11等构成模型***。

作为优选，所述回压阀34、超声波分离计量筒13、超声波发生器14等构成产出计量***。

作为优选，所述压力传感器38-52、温度传感器53-59、流量计35-37、电子天平15、计算机16和数据分析软件等构成数据采集***。

其中，所述蒸汽注入装置由蒸汽发生器4和平流泵1构成，平流泵1连接蒸汽发生器4产生指定温度/压力蒸汽，通过保温管线连接模型***；

所述气体缓冲装置由活塞中间容器5和恒压泵2构成，活塞中间容器5置有氮气，入口端连接恒压泵，出口端通过保温管线连接模型***，以恒压泵为驱动力向模型***提供指定压力氮气；

所述降粘剂注入装置由活塞中间容器6、7、平流泵1或恒压泵2构成，活塞中间容器置有降粘剂，入口端连接恒压泵或平流泵，出口端通过保温管线连接模型***，根据实验需要以恒压泵或平流泵为驱动力向模型***提供指定注入压力或指定流量降粘剂；

所述油水饱和装置由两个活塞中间容器8、9、混相器10、真空泵3、恒压泵2和平流泵1构成，其中真空泵通过单独管线直接连接模型***，接口处设置有负压传感器，两个活塞中间容器分别为油样活塞中间容器与地层水活塞中间容器，油样活塞中间容器连接混相器，由混相器配制好油样后转至油样活塞中间容器，地层水活塞中间容器置有地层水样品，两个活塞中间容器入口端分别连接恒压泵2或平流泵1，出口端分别通过保温管线连接模型***，根据饱和地层水和饱和油的需要选择恒压泵或平流泵为驱动力。

其中，上述平流泵1与恒压泵2通过多通阀门与蒸汽发生器、氮气活塞中间容器、降粘剂活塞中间容器、油样活塞中间容器和地层水活塞中间容器入口端相连，根据实验要求选择连接平流泵或恒压泵。

其中，温度控制***由恒温箱12。所述恒温箱12采用电子温控，并配备鼓风机，起到模拟地层温度的作用。模型***由填砂模型11构成，所述填砂模型11主体内部空间为圆柱体，内部空间以饱和油水的粒状多孔介质作为填充物，可通过改变粒状多孔介质目数和配比以模拟不同类型的储层，根据特稠油特点，也可直接充填油砂以实现饱和油过程。

填砂模型11沿轴线方向均匀设置多个传感器接口，压力传感器47-51和温度传感器54-58通过所设接口实时监测填砂模型内部压力和温度；所述填砂模型11入口端设置两个入口，分别连接注入***与真空泵，出口端连接产出计量***。

其中，产出计量***由回压阀34、超声波分离计量筒13构成。所述回压阀安装在模型***出口端，并设置压力传感器52和温度传感器59，由计算机实时采集监测出口端压力、温度数据，并对压力数据实时调整并反馈至回压阀；所述超声波分离计量筒通过其底部的超声波发生器14对产出的油水混合物破乳分离，并探测油水界面高度和总液面高度，以完成对油水产出物的计量。

其中，数据采集***由压力传感器、负压传感器、温度传感器、流量计、电子天平、计算机和数据分析软件构成。

压力传感器分别设置在平流泵/恒压泵出口端节点、蒸汽发生器出口端节点、氮气活塞中间容器出口端节点、降粘剂活塞中间容器出口端节点、油样活塞中间容器出口端节点、地层水活塞中间容器出口端节点、填砂模型11入口端节点、填砂模型11主体沿轴向接口、回压阀处节点；所述温度传感器分别设置在蒸汽发生器出口端节点、填砂模型11主体沿轴向接口、回压阀处节点；所述负压传感器设置在真空泵出口端节点；流量计分别设置在平流泵1/恒压泵2出口端、蒸汽发生器4出口端、氮气活塞中间容器5出口端；

所述压力传感器、温度传感器、负压传感器、电子天平均通过电线连接计算机，由计算机完成对各节点处压力温度数据的实时监测采集，并由数据分析软件进行数据分析与输出。

保温管线为外覆保温材料的连接管线，所述进出口阀门均外覆保温材料。

油水饱和装置、填砂模型、超声波油水分离计量装置及节点处压力传感器、流量计，可以完成对填砂模型水测渗透率、油水相对渗透率的测定；

蒸汽注入装置、油水饱和装置、填砂模型、超声波油水分离计量装置及节点处压力传感器、流量计，可以完成对填砂模型高温油水相对渗透率的测定；

所述油水饱和装置、填砂模型和电子天平，可以完成对填砂模型孔隙度的测定；所述气体缓冲装置、填砂模型及节点处压力传感器、流量计，可以完成对填砂模型气测渗透率的测定。

利用上述装置进行试验的方法如下：

本实用新型的工作过程先按照实验装置流程图连接好仪器，检查装置气密性后即可开展实验。实验所需油样由混相器10配制，油样混相完成后，关闭其他阀门，打开平流泵1、阀门17、阀门25、阀门32，向油样活塞中间容器9转入实验油样，油样转移完毕后，关闭所有阀门；开启恒温箱12，调节至实验所需地层温度对填砂模型11预热5小时以上；

蒸汽吞吐实验：关闭其他阀门，对平流泵1设定实验所需流量，对蒸汽发生器4设定实验所需温度，打开平流泵1、阀门17、阀门19、蒸汽发生器4，待蒸汽压力达到实验注入压力后，打开阀门26，进行注蒸汽实验；注入一定量蒸汽后，关闭阀门26，焖井一端时间后，打开回压阀34，利用超声波分离计量筒13收集产出的油水混合物，利用超声波发生器14对油水混合物进行破乳分离并探测总液面高度与油水界面高度，由计算机16采集数据并计算产出的油水体积。

蒸汽氮气吞吐实验：根据上述蒸汽吞吐实验方法先向填砂模型11注入实验要求量蒸汽段塞；完成蒸汽注入后，关闭平流泵1、阀门17、阀门19、蒸汽发生器4，对恒压泵2设定实验所需压力，打开恒压泵2、阀门18、阀门20，待压力稳定后打开阀门27，对填砂模型11注入实验要求量氮气段塞；完成氮气注入后，关闭恒压泵2、阀门18、阀门20、阀门27，重复上述注蒸汽步骤；注入完毕后，关闭阀门26，焖井一端时间后，打开回压阀34，计量方法如上述蒸汽吞吐实验计量方法；根据实验需求，可进行多次蒸汽、氮气段塞交替注入，也可改变蒸汽、氮气段塞注入顺序。

蒸汽降粘剂吞吐实验：根据上述蒸汽吞吐实验方法先向填砂模型11注入实验要求量蒸汽段塞；完成蒸汽注入后，关闭平流泵1、阀门17、阀门19、蒸汽发生器4，对平流泵1设定实验所需压力，打开平流泵1、阀门17、阀门21，阀门28，对填砂模型11注入实验要求量降粘剂段塞；完成降粘剂注入后，关闭平流泵1、阀门17、阀门21、阀门28，重复上述注蒸汽步骤；注入完毕后，关闭阀门26，焖井一端时间后，打开回压阀34，计量方法如上述蒸汽吞吐实验计量方法；根据实验需求，降粘剂注入时可选择恒压泵2注入，即蒸汽注入完毕后，关闭平流泵1、阀门17、阀门19、蒸汽发生器4，对恒压泵2设定实验所需压力，打开恒压泵2、阀门18、阀门20，待压力稳定后打开阀门27，对填砂模型11注入实验要求量降粘剂段塞；根据实验要求，若有多种降粘剂，可启用活塞中间容器7，注入方法类比上述降粘剂注入方法；根据实验需求，可进行多次蒸汽、降粘剂段塞交替注入，也可改变蒸汽、降粘剂段塞注入顺序。

蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验：

设定平流泵1的流量及蒸汽发生器4的加热温度；

打开平流泵1、阀门17、阀门19、蒸汽发生器4，待蒸汽压力达到实验要求的注入压力后，打开阀门26，进行注蒸汽实验；

关闭蒸汽发生器4、平流泵1、阀门17、阀门19，阀门26，设定恒压泵2的流量，打开阀门18、阀门20，启动恒压泵2，待压力达到设定压力后打开阀门27，对填砂模型11注入设计用量的氮气段塞；

关闭恒压泵2、阀门18、阀门20、阀门27，打开阀门17、阀门21，阀门28，设定平流泵1的流量，启动平流泵1，对填砂模型11注入设计用量的降粘剂段塞。

上述蒸汽注入、氮气注入和降粘剂注入的次序可互换或重复，其注入温度、注入量和注入压力可改变，以模拟不同注入次序、不同注入量的开采过程，实现注入温度、注入次序、注入量和注入压力等参数的优化；

蒸汽、氮气、降粘剂注入结束后，关闭全部阀门，焖井一段时间后，打开回压阀34，开始模拟开采实验，实验采出液用超声波分离计量筒13收集，利用超声波发生器14对油水混合物进行破乳分离并探测总液面高度与油水界面高度，由计算机16采集数据并计算产出的油水体积。

实验进行过程中，压力传感器38-52、温度传感器53-59和流量计35-37测试数据均被计算机16实时采集并记录，计量过程中，超声波发生器14和电子天平15的计量数据均被计算机16实时采集并记录，并由数据分析软件进行分析与输出。

采用该装置还可以实现填砂模型孔隙度测试、渗透率测试、油水相对渗透率测试。孔隙度测试：填砂模型11接入流程之前通过电子天平15精确称量；接入流程后，通过真空泵3，负压传感器39，阀门33，填砂模型11进行抽真空实验；通过地层水活塞中间容器8，阀门30，压力传感器44，填砂模型11进行饱和水实验；实验完成后取下填砂模型11通过电子天平15精确称量；通过计算机16采集数据并由数据分析软件计算孔隙度。气测渗透率测试：通过恒压泵2，氮气活塞中间容器5，流量计37，压力传感器41、52，阀门18、20、27，回压阀34进行气测渗透率测试，计算机16实时采集数据并由数据分析软件计算气测渗透率。油水相对渗透率测试：通过平流泵1，油样活塞中间容器9，地层水活塞中间容器8，流量计35，压力传感器44、45、52，阀门17、23、24、30、31，回压阀34进行油水相对渗透率测试，计算机16实时采集数据并由数据分析软件计算油水相对渗透率。以上可选测试具体实验方法与流程应符合标准：岩心分析方法(SYT5336-2006)、油水相对渗透率测定(SYT5345-1999)。

以上所述，仅为本实用新型的一般实施例，并不用以限制本实用新型，特别是，所述实施方式所描述的特征可以交替组合或替换，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，包括注入***、模型***、恒温控制***、产出计量***和数据采集***，其特征在于：

所述的注入***包括并联连接的蒸汽注入装置、气体缓冲装置、降粘剂注入装置和油水饱和装置，且各个所述装置的出口端连接模型***；

所述的模型***置于恒温控制***内，其入口端连接注入***，出口端连接产出计量***；所述的模型***包括填砂模型和填充物；所述填充物为饱和油水的粒状多孔介质或油砂；所述填充物填充在填砂模型内；

所述的产出计量***包括安装在模型***出口的回压控制装置和超声波油水分离计量装置，且回压控制装置一端与模型***出口相连，另一端与超声波油水分离计量装置相连；

所述的数据采集***包括安装在所述实验装置不同位置的压力传感器、温度传感器、流量计以及电子天平、计算机数据采集***及数据分析***，计算机数据采集***及数据分析***完成数据采集与计算。

2.如权利要求1所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述的蒸汽注入装置包括蒸汽发生器和平流泵，平流泵连接蒸汽发生器产生指定温度/压力蒸汽，通过保温管线连接模型***。

3.如权利要求2所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述气体缓冲装置包括活塞中间容器I和恒压泵，活塞中间容器I置有氮气，入口端连接恒压泵，出口端通过保温管线连接模型***，以恒压泵为驱动力向模型***提供指定压力氮气。

4.如权利要求3所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述降粘剂注入装置包括活塞中间容器II、平流泵或恒压泵，活塞中间容器II置有降粘剂，入口端连接恒压泵或平流泵，出口端通过保温管线连接模型***。

5.如权利要求4所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述油水饱和装置包括活塞中间容器III、IV、混相器、真空泵、恒压泵和平流泵，其中真空泵通过单独管线直接连接模型***，真空泵与模型***的接口处设置有负压传感器；所述的两个活塞中间容器III、IV分别为油样活塞中间容器与地层水活塞中间容器，油样活塞中间容器连接混相器，由混相器配制好油样后转至油样活塞中间容器，地层水活塞中间容器置有地层水样品，两个活塞中间容器入口端分别连接恒压泵或平流泵，出口端分别通过保温管线连接模型***。

6.如权利要求5所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述的平流泵、恒压泵的出口各连接一个阀门后并联，并联后再串联一个流量计和压力传感器；

所述的活塞中间容器I、II、III、IV、蒸汽发生器、混相器和填砂模型的入口各连接一个阀门，出口各连接一个阀门和压力传感器，且在蒸汽发生器和活塞中间容器I的出口还串联有流量计。

7.如权利要求6所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述的回压控制装置设置在填砂模型出口端，由回压阀构成，回压阀处设置压力传感器并连接计算机，由计算机实时采集压力数据并调整反馈至回压阀。

8.如权利要求1所述的一种超稠油油藏蒸汽、氮气、降粘剂复合吞吐实验装置，其特征在于，所述的超声波油水分离计量装置由超声波分离计量筒构成。