[发明专利]一种高压注空气氧化热效应检测跟踪实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油开发领域的实验装置及方法，尤其涉及一种高压注空气氧化热效应检测跟踪实验装置及方法。

背景技术

上个世纪80年代起，就地燃烧(in situ combustion)热采技术开始受到广泛的关注并在部分油田进行了现场应用。就地燃烧技术是首先在地层中注入空气，然后通过点火的方式使小部分地层原油发生燃烧反应，空气中的氧气被消耗，生成的烟道气能够驱替部分原油，同时因为燃烧反应大量放热导致地层中的温度上升从而降低地层中稠油的黏度，增加其流动性。就地燃烧技术的发展使学术界逐渐开始重视沥青质的氧化反应。低温氧化反应作为高压空气注入地层后原油与氧气所发生的特殊的反应模式，其反应的效果直接关系到点火的成功机率。沥青质在不断的发生聚合反应，软沥青与氧气发生反应生成沥青质，沥青质进一步被氧化形成焦炭。形成的焦炭由于含有较低的燃点因此通常被认为是火烧油层能够实现的重要因素。

当高压注空气技术在轻质油藏的成功应用以后，不点火注空气技术在稠油/超稠油油藏的可行性开始成为学术界讨论的焦点。在低温氧化的温度区间里(50～350℃)，沥青质的反应速率并不一样，因此根据反应速率将沥青质的低温氧化分为四个阶段：1)50～150℃，沥青质与氧气发生反应生成醛、水、二氧化碳、一氧化碳和焦炭；2)150～200℃，醛与氧气进一步发生反应生成醇、酮和水；3)200～250℃，醛、酮和氧气发生反应生成氢过氧化物、羧酸和水；4)250～350℃，醇、醛和氧气发生反应生成氢过氧化物、酮和水。

目前，国内外在高压注空气氧化热效应检测跟踪实验方法及装置的研究方面开展了大量的工作，如授权公告号为CN102230940B的《轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验方法及装置》和授权公告号为CN 102384970 B的《一种轻质原油循环注气低温氧化实验方法及装置》。上述方法提供了可用于原油注空气氧化实验的装置，在一定程度上满足了原油氧化实验的需求，但是，对于开展注空气氧化热效应研究现有实验方法及装置仍存在一些不足：1)无法准确实时计量空气流及空气量，由于定量原油的氧化热效应强弱受氧化进程及空气量的影响，无法准确研究原油氧化热效应变化规律；2)动态氧化反应过程中无法实现系统压力恒定或空气流恒定等多种实验条件，不能实现多种条件下的原油氧化热效应研究；3)不能准确检测跟踪氧化反应过程中的温度、压力变化，温度探针检测的热变化无法反映原油氧化从核心带至氧化边缘的热效应变化；4)实验整个流程自动化程度不高，无法实现数据的自追踪采集，认为误差较大；5)不能准确计量氧化反应后气相残余体积，不能实现后续气相、液相的及时处理和分析。因此，设计一种能克服和减小现有技术的缺陷的实验装置，对于解决现在高压注空气氧化热效应检测跟踪实验的问题十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高压注空气氧化热效应检测跟踪实验装置，同时能够采集分析气相和液相性质变化，以保证结果的准确性；并能够提高实验研究的自动化和可靠性程度。

本发明的另一目的在于提供了一种高压注空气氧化热效应检测跟踪实验方法，能够实时检测追踪原油氧化反应过程中热效应的变化，并能够同时检测出原油不同氧化区域中的热效应情况，以保证热效应检测结果的准确性，同时能够准确计量空气流及空气量，可以设置恒流或恒压等多种模式，实现多种实验条件下原油热效应情况的研究。

一种高压注空气氧化热效应检测跟踪实验装置，其特征在于，包括注入系统、实验模型系统、数据采集及控制系统、气相产出系统、液相产出系统、气相分析系统、液相分析系统、PC控制系统和恒温烘箱；

所述实验模型系统一端与注入系统相连，另一端连接于并联设置的用于收集残余气的气相产出系统及用于收集氧化油样的液相产出系统，实验模型系统用于实时监测并追踪原油注空气氧化过程中的热效应情况；所述气相产出系统的输出端连通于气相分析系统；所述液相产出系统收集的油样连通于液相分析系统；所述模型系统两端及中部还分别开口连接于数据采集及控制系统，用于监测及追踪模型系统内的热效应变化情况；

所述实验模型系统包括一个热检测跟踪仪，热检测跟踪仪为圆筒形，从内到外依次包括温度探针、氧化管、加热带、保温层和隔热层；所述热检测跟踪仪内部有两根温度探针，置于氧化管内部，由耐高温、导热性好的金属材料制成；所述保温层内壁为加热带，外壁被隔热层包裹；所述加热带和氧化管管壁间包裹有耐温、耐压、耐腐蚀、导热性好的金属材料构成；所述热检测跟踪仪圆筒外壁及两端均由耐温耐压金属材料制成，可耐温700℃、耐压70MPa。