本發(fā)明涉及一種實驗系統(tǒng)，具體涉及火驅(qū)模擬過程中氣體的注入控制，地層溫度場、壓力場的模擬，采出產(chǎn)物的計量與測試，屬于熱力采油領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

火驅(qū)(也稱為火燒油層)是提高原油采收率的重要方法之一，它是在一定井網(wǎng)下，將空氣通過壓縮機設(shè)備注入油藏中，在油層內(nèi)形成一個狹窄高溫燃燒帶，形成驅(qū)替的燃燒前沿。室內(nèi)試驗證明，已燃燒區(qū)殘余油飽和度幾乎為零，采收率可達85％～90％；在已實施的現(xiàn)場火驅(qū)方案中，采收率也能達到50％～80％?；馃蛯蛹夹g(shù)的應(yīng)用范圍很廣，它不僅適用于重質(zhì)油藏，也適用于輕質(zhì)油藏，還可用于注蒸汽或水驅(qū)后的油藏開采殘余油。

一些研究者通過一維燃燒管實驗對火驅(qū)的點火溫度，火焰?zhèn)鞑ニ俾室约叭紵把貍鞑ヒ?guī)律和溫度場分布等一系列問題展開了討論和研究。也有部分學(xué)者利用三維模擬實驗得出了火驅(qū)后地層的變化情況?，F(xiàn)有的這些物模實驗中的規(guī)律的得出都是在實驗完整進行后對實驗規(guī)律的研究分析，并不能在實驗過程中實時的、可視化的觀測地層及產(chǎn)出物的變化規(guī)律。即并沒有形成一整套合理完整的三維可視化火驅(qū)模擬實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種可視化三維火驅(qū)模擬實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)氣體有規(guī)律、有配比的注入，進行地層火驅(qū)燃燒的模擬以及產(chǎn)出液、產(chǎn)出氣的收集與處理，分析反應(yīng)前后的地層變化情況，從而實現(xiàn)地層中火驅(qū)驅(qū)油模擬。

本發(fā)明提供一種可視化三維火驅(qū)模擬實驗系統(tǒng)，包括注入系統(tǒng)、地層模型、數(shù)據(jù)采集與測控系統(tǒng)、采出計量分析系統(tǒng)。其中，注入系統(tǒng)包括n2、o2高壓氣瓶及其流量調(diào)節(jié)、蒸汽發(fā)生器及其產(chǎn)量調(diào)節(jié)兩個環(huán)節(jié)，閥門、流量計、氣體成分檢測儀、管線及管線保溫等附屬配件；地層模型本體為填砂密閉三維結(jié)構(gòu)，模型密封耐壓、外表面隔熱保溫、上面用透明特殊石英材料密封、內(nèi)部分上下4層安裝高精度測壓、測溫設(shè)備；數(shù)據(jù)采集與測控系統(tǒng)包括溫度、壓力數(shù)據(jù)的收集裝置以及數(shù)據(jù)處理顯示裝置；采出計量分析系統(tǒng)包括采出液的分離、冷卻換熱、油、水收集及伴生氣收集分析裝置。

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于：注入系統(tǒng)提供n2+o2自由配比注氣，通過流量控制閥分別控制n2和o2的注入量來調(diào)整二者配比，并利用氣體 成分檢測儀檢測n2+o2的配比狀態(tài)；

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于：蒸汽發(fā)生器提供的是0～10mpa，0～10ml/min的去離子水，蒸汽發(fā)生裝置提供加熱功率是0～6kw，通過溫度的控制反饋加熱爐的繼電器，由蒸汽壓力檢測表與溫度的值判斷蒸汽的狀態(tài)以模擬不同注蒸汽的實驗條件；

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于：地層模型本體大小為1000×800×500mm，其中充填含油礫巖或砂巖，分4層4次填充，每層敷設(shè)35個溫度傳感器，每層溫度傳感器中間部分等間隔敷設(shè)24個高精度壓力傳感器，傳感器內(nèi)側(cè)接口處用300目鋼絲網(wǎng)隔離砂體防止堵塞傳感器；

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于：地層模型一端設(shè)置3個高低位的點火器，可通過設(shè)置不同點火器的開啟控制點火的位置，四周設(shè)有氮氣滅火孔，可以在試驗中隨時停止實驗觀察地層變化。模型本體底部設(shè)有氣體通道，使氣體更加均勻充滿整個地層模型本體；

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模型實驗系統(tǒng)，其特征在于：地層模型本體頂蓋用特殊的透明石英材質(zhì)制成，經(jīng)兩端緊密螺紋與本體相連，可保證實驗過程中實驗過程的全程可視性；

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模型實驗系統(tǒng)，其特征在于：地層模型本體中的溫度、壓力傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)收集裝置收集后傳輸至數(shù)據(jù)處理裝置分析整理，最終呈現(xiàn)地層模型中動態(tài)溫度場、壓力場的變化規(guī)律；

本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模型實驗系統(tǒng)，其特征在于：采出液經(jīng)過冷凝器換熱后分離氣液，氣體經(jīng)煙氣分析儀實時監(jiān)測成分變化，并用采樣袋采集后進行氣相色譜檢測，最終剩余氣體用氣囊收集處理，液體進入液體收集裝置計量稱重、化驗分析。

附圖1說明

1—高壓n2瓶，2—高壓o2瓶，3—流量控制閥，4—氣體成分檢測儀，5—截止閥，6—三向旋塞閥，7—蒸汽發(fā)生器，8—溫壓檢測裝置，9—流量計，10—地層模型本體，11—模擬地層保溫環(huán)境，12—數(shù)據(jù)收集裝置，13—數(shù)據(jù)處理顯示器，14—冷凝器，15—氣液分離裝置，16—液體收集裝置，17—煙氣分析儀，18—氣相色譜儀，19—氣囊，注入系統(tǒng)—001，地層模型—002，數(shù)據(jù)采集與測控系統(tǒng)—003，采出計量分析系統(tǒng)—004。

其中，注入系統(tǒng)001由1—高壓n2瓶，2—高壓o2瓶，3—流量控制閥，4—氣體成分檢測儀，5—截止閥，6—三向旋塞閥，7—蒸汽發(fā)生器，8—溫壓檢測裝置，9—流量計組成，地層模型002由10—地層模型本體，11—模擬地層保溫環(huán)境組成；數(shù)據(jù)采集與測控系統(tǒng)003由12—數(shù)據(jù)收集裝置，13—數(shù)據(jù)處理顯示器組成；采出計量分析系統(tǒng)004由14—冷凝器，15—氣液分離裝置，16—液體收集裝置，17—煙氣分析儀，18—氣相色譜儀，19—氣囊組成。

附圖2說明

1—固定螺釘，2—透明石英頂蓋，3—保溫層，4—注氣通道，5—產(chǎn)出物通道，6—點火器，7—氮氣充氣孔，8—溫度傳感器，9—壓力傳感器，10—模型內(nèi)腔，11—模型外腔。

圖1是本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模型實驗系統(tǒng)流程示意圖；

圖2是地層模型本體示意圖；

圖3是地層模型本體中溫度傳感器和壓力傳感器排布示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明：

附圖1所示為本發(fā)明提供的一種可視化三維火驅(qū)模型實驗系統(tǒng)流程示意圖，包括注入系統(tǒng)—001，地層模型—002，數(shù)據(jù)采集與測控系統(tǒng)—003，采出計量分析系統(tǒng)—004。其中，注入系統(tǒng)001由1—高壓n2瓶，2—高壓o2瓶，3—流量控制閥，4—氣體成分檢測儀，5—截止閥，6—三向旋塞閥，7—蒸汽發(fā)生器，8—溫壓檢測裝置，9—流量計組成，地層模型002由10—地層模型本體，11—模擬地層保溫環(huán)境組成；數(shù)據(jù)采集與測控系統(tǒng)003由12—數(shù)據(jù)收集裝置，13—數(shù)據(jù)處理顯示器組成；采出計量分析系統(tǒng)004由14—冷凝器，15—氣液分離裝置，16—液體收集裝置，17—煙氣分析儀，18—氣相色譜儀，19—氣囊組成。

其具體工藝流程為：先通過7蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生一定溫度流量的蒸汽通過6三向旋塞閥注入10地層模型本體中。通過一定時間的注蒸汽預(yù)熱地層后，將6三向旋塞閥轉(zhuǎn)至注氣一端。通過流量控制閥控制1高壓n2瓶和2高壓o2瓶中氣體流量，并通過4氣體成分檢測儀監(jiān)測調(diào)整n2和o2的配比以實現(xiàn)不同的配比氣體的注入。通過10地層模型本體后，產(chǎn)出物經(jīng)14冷凝器冷卻后進入15氣液分離裝置進行氣液分離，分離出的液體進入16液體收集裝置進行計量和成分、熱值監(jiān)測分析。分離出的氣體進入17煙氣分析儀實時檢測氣體中n2、o2、cox、so2等氣體的含量，另外一部分氣體進入氣袋收集進行后期的18氣相色譜 儀進行成分精確分析。并將剩余氣體通入19氣囊中收集。

附圖2是地層模型本體內(nèi)部示意圖，由1—固定螺釘，2—透明石英頂蓋，3—保溫層，4—注氣通道，5—產(chǎn)出物通道，6—點火器，7—氮氣充氣孔，8—溫度傳感器，9—壓力傳感器，10—模型內(nèi)腔，11—模型外腔組成。

其具體的工藝流程為：在實驗前期通過4注氣通道注入相應(yīng)氣體后，利用6點火器點燃地層，內(nèi)部的8溫度傳感器和9壓力傳感器在實驗過程中可以將地層中的溫度場和壓力場實時傳輸至外部顯示器。實驗過程中產(chǎn)出物可經(jīng)5產(chǎn)出物通道進入采出計量分析系統(tǒng)進行采出物的分析。

附圖3詳細(xì)給出了在地層模型中溫度傳感器和差壓傳感器的排布方式，這樣分布溫度傳感器和壓力傳感器可以有效地檢測出該層地層模型溫度、壓力分布情況。這樣排布的方式可以有效的進行高精度、實時有效的檢測地層內(nèi)部在實驗過程中的溫度場和壓力場變化情況。

本發(fā)明技術(shù)可以實現(xiàn)的效果：

1)在實驗室中，可以完整的模擬整個火驅(qū)驅(qū)油從注入到產(chǎn)出的過程；

2)通過監(jiān)測地層模型中的溫度場、壓力場的變化，可以三維展示火驅(qū)驅(qū)油過程中地層區(qū)域的溫度、壓力變化，可有效觀測火驅(qū)對地層的影響規(guī)律；

3)通過中途的氮氣滅火裝置，可以觀察分析出某一特定時刻火驅(qū)對地層的影響規(guī)律；

4)通過透明的特殊材質(zhì)的石英頂蓋，可以實時可視化觀測火驅(qū)驅(qū)替的整個過程；

5)通過后期對產(chǎn)出液和產(chǎn)出氣的詳細(xì)分析可以得出火驅(qū)過程對地層原油的影響；

舉個例子來具體說明本專利帶來的實際效果：

以遼河油田興6區(qū)塊館觀4井為例，來詳細(xì)介紹本發(fā)明，將館觀4井的巖心充滿油藏模型，實驗前期注入2mpa，溫度為300℃的蒸汽，預(yù)加熱8個小時。然后通入n2：o2＝8:2的配比氣體，同時打開3個點火器點火。反應(yīng)時間為72個小時，反應(yīng)過程中每隔6個小時，打開采出通道閥門進行產(chǎn)出物冷卻和氣液分離。對產(chǎn)出液計量稱重分析其中油的含量并測定熱值；對產(chǎn)出氣利用煙氣分析儀分析其中無機氣體成分，并收集一定量氣體進行氣相色譜分析。