本發(fā)明屬于能源與環(huán)境領(lǐng)域，涉及一種填砂管組合裝置及其邊界溫度控制方法。

背景技術(shù)：

目前，全球常規(guī)石油資源儲(chǔ)量約為3×10¹²～4×10¹²桶，非常規(guī)石油資源儲(chǔ)量(稠油和油砂瀝青)的儲(chǔ)量接近8×10¹²桶，是常規(guī)石油資源的兩倍。就可采儲(chǔ)量而言，稠油和瀝青合計(jì)約5.6萬億桶，是常規(guī)油的五倍以上。隨著常規(guī)石油儲(chǔ)量的急劇減少和石油需求量的持續(xù)增加，稠油和瀝青的開發(fā)勢(shì)在必行。稠油和瀝青粘度高、流動(dòng)性差，其粘度隨溫度升高呈指數(shù)規(guī)律減小，因此注入熱流體加熱降黏的方法成為了主要的開發(fā)方式。

油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注熱流體熱力開發(fā)前，需要對(duì)開發(fā)過程的機(jī)理和主要特征等規(guī)律進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)研究，室內(nèi)熱采實(shí)驗(yàn)研究是探究開發(fā)機(jī)理，為礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)提供指導(dǎo)的最主要手段之一。目前在熱采驅(qū)油模擬中，填砂管放置在與注入熱流體相同溫度的恒溫裝置中，這與原始油藏溫度較低的特點(diǎn)不符；且填砂管模型一般不具備多維度的溫度壓力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種填砂管組合裝置及其邊界溫度控制方法，能夠提高模擬的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明填砂管組合裝置的技術(shù)方案是：

包括中空?qǐng)A筒狀的填砂管本體，填砂管本體的兩端連接堵頭密封形成腔體，填砂管本體的外側(cè)套接加熱套，堵頭軸向中心處均開設(shè)有與腔體相連通的第一通孔；填砂管本體上裝有若干個(gè)第一測(cè)量接頭，加熱套上裝有第二測(cè)量接頭，第二測(cè)量接頭內(nèi)安裝有用于測(cè)量填砂管本體外壁溫度的溫度測(cè)量裝置，其中與第二測(cè)量接頭對(duì)稱設(shè)置的第一測(cè)量接頭內(nèi)安裝有用于測(cè)量填砂管本體內(nèi)壁溫度的溫度測(cè)量裝置；測(cè)量填砂管本體內(nèi)壁溫度和外壁溫度的溫度測(cè)量裝置、溫控器、功率調(diào)節(jié)裝置以及加熱套依次連接，共同組成溫度控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，加熱套為分段式可拆卸結(jié)構(gòu)，且每段均包括加熱電阻和保溫基質(zhì)；在堵頭端部設(shè)置有保溫基質(zhì)，且該保溫基質(zhì)上開設(shè)有與第一通孔相連通的第二通孔。

進(jìn)一步地，與第二測(cè)量接頭非對(duì)稱設(shè)置的第一測(cè)量接頭內(nèi)安裝有壓力傳感器、溫度傳感器或取樣裝置，溫度傳感器和壓力傳感器均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)相連。

進(jìn)一步地，填砂管本體和加熱套上沿軸向等間距設(shè)置若干個(gè)測(cè)量截面，每個(gè)測(cè)量截面上都設(shè)置有若干個(gè)第一測(cè)量通孔和一個(gè)第二測(cè)量通孔，第一測(cè)量通孔和第二測(cè)量通孔在測(cè)量截面上均勻分布；其中，第一測(cè)量通孔開設(shè)在加熱套和填砂管本體上，第一測(cè)量接頭安裝在第一測(cè)量通孔內(nèi)；第二測(cè)量通孔開設(shè)在加熱套上，第二測(cè)量接頭安裝在第二測(cè)量通孔內(nèi)。

進(jìn)一步地，堵頭由一體同軸的第一圓柱和第二圓柱組成，其中，第一圓柱的外徑與填砂管本體的外徑相等，填砂管本體的端面上設(shè)置凸環(huán)，第一圓柱的內(nèi)端面上設(shè)有凹環(huán)，凹環(huán)的底部均安裝有密封圈，凸環(huán)穿入相對(duì)的凹環(huán)中且與密封圈相接；第二圓柱上設(shè)置外螺紋且與填砂管本體相連。

進(jìn)一步地，堵頭的內(nèi)端面上開設(shè)凹臺(tái)，凹臺(tái)內(nèi)安裝有能夠拆卸的過濾裝置。

本發(fā)明邊界溫度控制方法的技術(shù)方案是：

在向充填好巖心砂的腔體中注入地層水形成飽和水環(huán)境以及注入原油形成飽和油環(huán)境的過程中，使用溫度控制系統(tǒng)的溫度控制模式，溫度控制系統(tǒng)獲取填砂管本體的內(nèi)壁溫度T₁或外壁溫度T₂，通過功率調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)加熱套加熱功率，來控制T₁或T₂與目標(biāo)溫度相等，目標(biāo)溫度設(shè)置為原始油藏溫度，形成恒溫邊界；

在向腔體中注入驅(qū)替介質(zhì)的過程中使用溫度控制系統(tǒng)的溫差控制模式，溫度控制系統(tǒng)獲取填砂管本體的內(nèi)壁溫度T₁和外壁溫度T₂，通過功率調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)加熱套加熱功率，來控制T₁與T₂的溫差為零，形成絕熱邊界。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過測(cè)量模型管本體內(nèi)壁溫度和外壁溫度的溫度測(cè)量裝置、溫控器、功率調(diào)節(jié)裝置和加熱套構(gòu)成的一套溫度控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同過程需求，對(duì)加熱套的加熱功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成對(duì)填砂管本體進(jìn)行的溫度控制模式或溫差控制模式，在向模擬巖心中注地層水形成飽和水環(huán)境以及注油形成飽和油環(huán)境的過程中，使用溫度控制系統(tǒng)的溫度控制模式，溫度控制系統(tǒng)將控制填砂管本體內(nèi)壁溫度T₁或外壁溫度T₂為原始油藏溫度，形成恒溫邊界；在向模擬巖心中注入熱流體等驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油的過程中，使用溫差控制模式，控制填砂管本體的內(nèi)壁和外壁溫差為0，使得填砂管本體內(nèi)壁面形成了絕熱邊界。這與原始油藏溫度較低、在注入熱流體等驅(qū)替介質(zhì)后油藏溫度逐步升高的特點(diǎn)相符，提高了模擬的精確性。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過將加熱套設(shè)置為分段式可拆卸結(jié)構(gòu)，每一段的組成和工作原理相同，便于分段加熱精確控溫和拆卸維護(hù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過在軸向設(shè)置若干個(gè)測(cè)量截面和同一截面內(nèi)設(shè)置若干個(gè)第一測(cè)量接頭，在第一測(cè)量接頭內(nèi)安裝用于測(cè)量腔體內(nèi)壓力的壓力傳感器、測(cè)量腔體內(nèi)溫度的溫度傳感器或取樣裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)腔體中溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)等多維度的監(jiān)測(cè)采集或者取樣分析；并且溫度傳感器的探頭位置、壓力傳感器的探頭位置以及取樣裝置的取樣位置可以在徑向上調(diào)節(jié)。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的組合裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中A-A剖視圖，與B-B剖視圖、C-C剖視圖、D-D剖視圖、E-E剖視圖、F-F剖視圖、G-G剖視圖相同。

圖中：1-加熱套，11-保溫基質(zhì)，12-加熱電阻，2-填砂管本體，21-凸環(huán)，3-密封圈，4-堵頭，41-凹臺(tái)，42-凹環(huán)，5-過濾裝置，6-第一測(cè)量接頭，7-第二測(cè)量接頭，8-腔體，a、b、c、d、e、f、g、h為同一截面上等夾角設(shè)置的第一測(cè)量接頭和第二測(cè)量接頭的位置。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括填砂管本體2，填砂管本體2的兩端通過螺紋連接堵頭4密封形成腔體8，填砂管本體2為中空?qǐng)A筒，圓筒內(nèi)壁經(jīng)過毛化處理。填砂管本體2和兩端堵頭4的外側(cè)套接加熱套1，堵頭4軸向中心處均開設(shè)有與腔體8相連通的第一通孔；加熱套1上裝有第二測(cè)量接頭7，第二測(cè)量接頭7內(nèi)安裝有用于測(cè)量填砂管本體2外壁溫度的溫度測(cè)量裝置；填砂管本體2上裝有若干個(gè)第一測(cè)量接頭6，其中與第二測(cè)量接頭7對(duì)稱設(shè)置的第一測(cè)量接頭6內(nèi)安裝有用于測(cè)量填砂管本體2內(nèi)壁溫度的溫度測(cè)量裝置。

加熱套1為分段式可拆卸結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中以7段為例，可以根據(jù)需要增減分段數(shù)量，每一段的組成和工作原理都相同，每段均包含加熱電阻12和保溫基質(zhì)11；在堵頭4端部設(shè)置有保溫基質(zhì)，且該保溫基質(zhì)上開設(shè)有與第一通孔相連通的第二通孔。

填砂管本體2和加熱套1上沿軸向等間距設(shè)置若干個(gè)測(cè)量截面，數(shù)量與加熱套分段數(shù)一致，其位置分布如圖1所示，分別為A-A測(cè)量截面，B-B測(cè)量截面、C-C測(cè)量截面、D-D測(cè)量截面、E-E測(cè)量截面、F-F測(cè)量截面和G-G測(cè)量截面。每個(gè)測(cè)量截面上都設(shè)置有若干個(gè)第一測(cè)量通孔和一個(gè)第二測(cè)量通孔，第一測(cè)量通孔和第二測(cè)量通孔在測(cè)量截面上均勻分布；其中，第一測(cè)量通孔開設(shè)在加熱套1和填砂管本體2上，第一測(cè)量接頭6安裝在第一測(cè)量通孔內(nèi)；第二測(cè)量通孔開設(shè)在加熱套1上，第二測(cè)量接頭7安裝在第二測(cè)量通孔內(nèi)。

本發(fā)明的第一測(cè)量接頭6和第二測(cè)量接頭7的數(shù)量由填砂管本體2軸向選取的測(cè)量截面數(shù)量和同一橫截面上的數(shù)量共同決定，可以根據(jù)實(shí)際需要增加或減少，未安裝傳感器或取樣裝置的第一測(cè)量接頭6也可以通過死堵密封。本發(fā)明中以夾角45°為例，可以根據(jù)需要改變夾角度數(shù)，位置分布如圖2所示，分別為a位置、b位置、c位置、d位置、e位置、f位置、g位置和h位置。

第一測(cè)量接頭6中d位置均安裝測(cè)量填砂管本體2內(nèi)壁溫度T₁的溫度測(cè)量裝置，溫度測(cè)量裝置的探頭伸入到與填砂管本體2的內(nèi)壁緊密接觸處，a、b、c、e、f、g位置可安裝溫度傳感器、壓力傳感器或取樣裝置，且溫度傳感器、壓力傳感器或取樣裝置的探頭位置可根據(jù)研究需要進(jìn)行徑向距離調(diào)節(jié)。第二測(cè)量接頭7位于h位置處，其內(nèi)均安裝溫度測(cè)量裝置，溫度測(cè)量裝置的探頭伸入到與填砂管本體2的外壁緊密接觸處。

以圖2所示為例說明傳感器探頭位置，腔體8內(nèi)直徑為D，其中A-A測(cè)量截面上a位置、b位置、c位置、e位置和g位置處的第一測(cè)量接頭6內(nèi)安裝溫度傳感器，a位置、c位置、e位置和g位置處溫度傳感器探頭伸入腔體8內(nèi)1/4D長(zhǎng)度處，b位置處探頭位于1/2D長(zhǎng)度，即圓心處，f位置處的第一測(cè)量接頭6內(nèi)安裝壓力傳感器，壓力傳感器探頭位于圓心處。C-C測(cè)量截面、E-E測(cè)量截面和G-G測(cè)量截面上的所有位置測(cè)點(diǎn)的布置情況與A-A測(cè)量截面相同。B-B測(cè)量截面上a位置、c位置、e位置和g位置處的第一測(cè)量接頭6內(nèi)壓力傳感器，a位置、c位置、e位置和g位置處壓力傳感器探頭伸入腔體8內(nèi)1/4D長(zhǎng)度處，f位置處壓力傳感器探頭位于1/2D長(zhǎng)度，即圓心處，b位置處的第一測(cè)量接頭6內(nèi)安裝溫度傳感器，b位置處溫度傳感器探頭位于圓心處。D-D測(cè)量截面和F-F測(cè)量截面上的所有位置測(cè)點(diǎn)的布置情況與B-B測(cè)量截面相同。

溫度傳感器通過外接數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)后可獲得填砂管本體內(nèi)的溫度場(chǎng)分布，壓力傳感器通過外接壓力或壓差變送器后再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)后可獲得填砂管本體內(nèi)的壓力場(chǎng)分布。

堵頭4由一體同軸的第一圓柱和第二圓柱組成，其中，第一圓柱的外徑與填砂管本體2的外徑相等，第一圓柱的內(nèi)端面上均設(shè)有凹環(huán)42，填砂管本體2的兩端面上均設(shè)置凸環(huán)21，與兩端堵頭4上的凹環(huán)42相匹配，凹環(huán)42的底部均安裝有密封圈3，凸環(huán)21分別穿入相對(duì)的凹環(huán)42中且與密封圈3相接；堵頭4的內(nèi)端面即第二圓柱端面上開設(shè)凹臺(tái)41，凹臺(tái)41內(nèi)安裝有能夠拆卸的過濾裝置5；堵頭4與填砂管本體2之間通過設(shè)置在堵頭4的第二圓柱上的外螺紋與設(shè)置在填砂管本體2內(nèi)壁的兩端的內(nèi)螺紋進(jìn)行裝配，通過密封圈3實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體8的密封。

本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)由測(cè)量模型管本體2內(nèi)壁溫度和外壁溫度的溫度測(cè)量裝置、溫控器、功率調(diào)節(jié)裝置和加熱套1共同組成，每一段溫度控制是相互獨(dú)立的，內(nèi)壁溫度T₁和外壁溫度T₂信號(hào)送入溫控器中，溫控器通過功率調(diào)節(jié)裝置控制加熱套1中加熱電阻12的功率實(shí)現(xiàn)溫度控制。該系統(tǒng)具有溫度和溫差控制模式兩種控制模式，在溫度控制模式下，給定目標(biāo)溫度，通過控制加熱功率將T₁或者T₂控制到目標(biāo)溫度；在溫差控制模式下，給定目標(biāo)溫差，通過控制加熱功率將ΔT＝T₂-T₁控制到目標(biāo)溫差。本發(fā)明的邊界溫度控制方法具體如下：

在向充填好巖心砂的腔體8中依次注入地層水形成飽和水環(huán)境、注入原油形成飽和油環(huán)境的過程中使用溫度控制系統(tǒng)的溫度控制模式，設(shè)置原始油藏溫度作為目標(biāo)溫度，控制填砂管本體2的內(nèi)壁溫度T₁與目標(biāo)溫度相等，形成恒溫邊界；

在向模擬巖心中注入熱流體等驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油的過程中使用溫度控制系統(tǒng)的溫差控制模式，設(shè)置0作為目標(biāo)溫差，控制填砂管本體2的外壁溫度T₂和內(nèi)壁溫度T₁的溫差ΔT等于0，填砂管本體2內(nèi)壁溫度與外壁溫度相同，形成了絕熱邊界。