一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置及其工作方法

1.本发明涉及一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置及其工作方法，属于稠油油藏注蒸汽热采的技术领域。


背景技术：

2.稠油是油气资源一个重要组成部分，储量丰富，占全球石油总储量的一半以上。我国稠油资源较为丰富，分布在我国东西部多个油田，如何有效地动用这部分稠油资源对我国能源战略安全具有重大的意义，为了成功地利用这部分资源也发展出了出砂冷采、注蒸汽热采、火烧油层等多种开采稠油的技术。
3.热力采油是一项大幅度提高稠油油藏采收率的技术，目前主要的热采技术包括注蒸汽降黏开发技术、地下燃烧生热开发技术和热复合开发技术。由于水蒸汽易于获取、便于输送，且具有较大的比热容，适宜作为传热介质。通过蒸汽所携带的热量对油层原油进行加热的蒸汽吞吐、蒸汽驱和蒸汽辅助重力泄油技术(sagd)已成为国内外开采稠油的主要方法。地下燃烧生热开发技术采用就地燃烧生热火驱的方式。这种方式的机理比较复杂，除加热降黏机理外，还包括混相驱、乳化驱等。热复合开发技术结合了化学降黏的方式，发挥co2、n2等气体的增能、隔热、辅助降黏等协同作用。
4.在注蒸汽热采的技术中，认识蒸汽在油藏中的冷凝规律十分重要，由于注蒸汽热采技术的发展，在注蒸汽的同时还会添加其它辅助非凝析气体和化学剂溶液，这就使得这些混合蒸汽在稠油油藏中的冷凝规律变得更为复杂。而现有的蒸汽冷凝实验装置中的冷凝块大部分使用的黄铜块，黄铜与地下含有原油和地层水的油藏岩石具有巨大的差别，蒸汽的在二者上的冷凝规律也不尽相同。
5.目前国内大部分蒸汽冷凝实验使用的冷凝块是黄铜块，蒸汽在黄铜块上的冷凝规律不能很好的反应蒸汽在实际岩石孔隙中的冷凝规律。中国专利文件cn201810661459.4公开了一种稠油油藏蒸汽冷凝规律测试的装置，该装置可以测量蒸汽在岩心上的冷凝规律，但是没有考虑岩心四周热量对蒸汽冷凝规律的影响，也不能在不替换岩心的情况下开展宏观尺度的驱油效果验证，故亟需一种既能测试蒸汽冷凝规律又能进行驱替装置来模拟蒸汽开采过程。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置。
7.本发明还公开了上述实验装置的工作方法。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置，包括蒸汽发生注入管路、辅助开采流体管路、冷却水管路、冷凝装置、冷凝回收管路以及产出流体回收管路。所述辅助
开采流体为氮气、二氧化碳等非凝析气体，以及降粘剂、起泡剂等化学剂溶液；
10.所述冷凝装置包括岩心室、冷凝腔和冷却腔，冷凝腔壁面上设置有可视窗；
11.所述岩心室安装有饱和地层水和稠油的实验岩心，所述实验岩心上分布设置热电偶；
12.所述冷凝回收管路中含有压力控制系统，通过所述压力控制系统调节冷凝腔压力。
13.所述产出流体回收管路中设有独立压力控制系统，在所述关闭冷却装置出口阀门后，通过所述压力控制系统调节调节驱替压力。
14.所述岩心室由外层环形加热筒与内层隔热材料贴合构成，内层的隔热材料与实验岩心紧密贴合，只有岩心的两端分别连接于所述冷凝腔与冷却腔。
15.所述冷凝腔为一个圆柱形空腔，且直径与实验岩心相同，其壁面可视窗是一个带有加热装置的可视树脂同心圆玻璃，所述冷凝腔壁面距离实验岩心的距离应该控制在15～20mm之间，此距离所控制的冷凝腔容积既不影响透过可视窗观察记录蒸汽冷凝现象，又能满足驱油实验憋压的要求。
16.所述冷却腔为一个半球形空腔，且直径与实验岩心相同，所述冷却腔半球的形状有利于驱替所产出的流体进入产出流体回收罐中，避免流体在角落的滞留，影响实验精度。
17.所述一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置，在完成蒸汽冷凝规律实验后，通过所述压力控制系统调节冷却腔压力，并关闭冷却装置出口阀门与冷凝回收管路中的回压阀，即可开展驱油实验，驱替产出的流体进入产出流体回收罐中，便于对产业特征和驱油效果进行分析。此设计可以满足在不替换岩心的情况下驱替的要求，驱油实验的结果与测量的蒸汽冷凝规律相匹配。
18.一种测试稠油油藏条件下蒸汽冷凝规律和驱替一体化的实验装置的工作方法如下：
19.将所要测试的岩心饱和稠油和水后安装到岩心室中，利用环形加热筒将岩心加热至所要模拟的油藏温度，打开冷却水装置的阀门以及产出流体回收管路的回压阀，将冷凝回收管路中的回压阀设定所模拟的油藏压力，以冷凝实验设定好的配比和速率将蒸汽与辅助开采的流体注入冷凝腔中，观察冷凝现象并采集实验数据。
20.关闭冷凝回收管路中的回压阀与冷却装置出口阀门，调节冷凝回收管路与产出流体回收管路中的回压阀。以驱油实验设定好的配比和速率将蒸汽与辅助开采的流体注入冷凝腔中憋压进行驱替等待并收集驱替产出流体，采集实验数据，分析产出流体状态与性质。
21.本发明的技术优势在于：
22.岩心室由外层环形加热筒与内层隔热材料贴合构成，内层的隔热材料与实验岩心紧密贴合，只有岩心的两端分别连接于所述冷凝腔与冷却腔。背景技术中的所提到专利，其装置中岩心裸露在冷凝装置中，没有考虑岩心四周热量对蒸汽冷凝规律的影响。本发明此设计可以有效防止注入蒸汽在岩心四周冷凝，使蒸汽冷凝实验的测试结果更加准确。
23.在进行完成蒸汽冷凝规律实验后，通过所述压力控制系统调节冷却腔压力，并关闭冷却装置出口阀门与冷凝回收管路中的回压阀，在冷凝腔中憋压进行驱油实验，驱替产出的流体进入产出流体回收罐中，可进行产出流体的状态与性质分析。本发明的冷凝、驱油一体化设计可以满足在不替换岩心的情况下开展驱替实验，保证驱油实验的结果与测量的
蒸汽冷凝规律相匹配，避免了岩心差异所造成的误差。
附图说明
24.图1为本发明装置示意图
25.其中：1、isco泵-1；2、isco泵-2；3、开关阀-1；4、开关阀-2；5、蒸汽发生器；6、中间容器；7、开关阀-3；8、开关阀-4；9、可视窗；10、冷凝腔；11、岩心室；12、热电偶；13、隔热材料；14、环形加热筒；15、冷却腔；16、回压阀-1；16-1、设定压力的回压阀-1；17、回压阀-2；18、冷凝回收罐；19、产出流体回收罐；20、冷却装置；21、开关阀-5。
具体实施方式
26.实施例1
27.如图1所示，一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置，包括蒸汽发生注入管路、辅助开采流体管路、冷却水管路、冷凝装置、冷凝回收管路以及产出流体回收管路。各个装置按照图1连接。所述辅助开采流体为氮气、二氧化碳等非凝析气体，以及降粘剂、起泡剂等化学剂溶液；
28.所述冷凝装置包括岩心室、冷凝腔和冷却腔，冷凝腔壁面上设置有可视窗；
29.所述岩心室安装有饱和地层水和稠油的实验岩心，所述实验岩心上分布设置热电偶；
30.所述冷凝回收管路中含有压力控制系统，通过所述压力控制系统调节冷凝腔压力。
31.所述产出流体回收管路中设有独立的压力控制系统，在所述关闭冷却装置出口阀门后，通过所述压力控制系统调节调节驱替压力。
32.所述岩心室由外层环形加热筒与内层隔热材料贴合构成，内层的隔热材料与实验岩心紧密贴合，只有岩心的两端分别连接于所述冷凝腔与冷却腔。
33.所述冷凝腔为一个圆柱形空腔，且直径与实验岩心相同，其壁面可视窗是一个带有加热装置的可视树脂同心圆玻璃，所述冷凝腔壁面距离实验岩心的距离应该控制在15～20mm之间，此距离所控制的冷凝腔容积既不影响透过可视窗观察记录蒸汽冷凝现象，又能满足驱油实验憋压的要求。
34.所述冷却腔为一个半球形空腔，且直径与实验岩心相同，所述冷却腔半球的形状有利于驱替所产出的流体进入产出流体回收罐中，避免流体在角落的滞留，影响实验精度。
35.所述一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置，在完成蒸汽冷凝规律实验后，通过所述压力控制系统调节冷却腔压力，并关闭冷却装置出口阀门与冷凝回收管路中的回压阀，即可开展驱油实验，驱替产出的流体进入产出流体回收罐中，便于对产业特征和驱油效果进行分析。此设计可以满足在不替换岩心的情况下驱替的要求，驱油实验的结果与测量的蒸汽冷凝规律相匹配。
36.实施例2
37.(1)将实验装置按照图1安装连接；
38.(2)将所要测试的岩心在恒温箱80℃烘干12h，将岩心安装到岩心加持器上，打开真空泵在-0.1mpa的压力下抽取4-5h，配出所模拟地层水矿化度相同的水，开泵加压以1ml/
min的使岩心饱和水，分别以1ml/min、2ml/min、3ml/min三种流速测定其渗透率，相差不大的情况下取平均值。
39.(3)将岩心夹持器连接到含有稠油的中间容器上，以0.1ml/min速率向岩心饱和稠油。；
40.(4)将岩心老化12h；
41.(5)将实验岩心钻4个小孔用于安装4个热电偶,4个所述热电偶的间距相同,均为5mm；
42.(6)将实验岩心安装到岩心室中，利用用环形加热筒将岩心加热至53℃；
43.(7)打开冷却水管路中的阀门-5，冷凝回收管路中的回压阀-1以及产出流体回收管路的回压阀-2，通过压力控制系统将冷凝腔压力控制在8mpa；
44.(8)当蒸汽发生器充分预热后,打开阀门-1，打开isco泵-1以5ml/min的速率向蒸汽发生器注水；
45.(9)打开阀门-2，打开isco泵-2以2.5ml/min向含有n2中间容器注水；
46.(10)同时打开阀门-3与阀门-4，将蒸汽与n2以2:1的比例注入冷凝腔中；
47.(11)调整蒸汽与n2的注入速度与配比；
48.(12)透过可视冷凝腔壁面上的可视窗观察记录冷凝现象，采集热电偶检测到的温度数据，分析混合蒸汽冷凝规律；
49.(13)在完成蒸汽冷凝实验后，排空冷凝腔与冷却腔中的液体，关闭所有阀门；
50.(14)重新加热岩心至53℃；
51.(15)打开产出流体回收管路的回压阀-2，通过压力控制系统将冷却腔压力控制在8mpa；
52.(16)打开阀门-1，打开isco泵-1以5ml/min的速率向蒸汽发生器注水，打开阀门-2，打开isco泵-2以2.5ml/min向含有n2中间容器注水；
53.(17)同时打开阀门-3与阀门-4，将蒸汽与n2以2:1的比例注入冷凝腔中；
54.(18)记录热电偶的温度；
55.(19)分析产出流体状态与性质。

技术特征：
1.一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置,包括蒸汽发生注入管路、辅助开采流体管路、冷却水管路、冷凝装置、冷凝回收管路以及产出流体回收管路。所述辅助开采流体为氮气、二氧化碳等非凝析气体，以及降粘剂、起泡剂等化学剂溶液；所述冷凝装置包括岩心室、冷凝腔和冷却腔，冷凝腔壁面上设置有可视窗所述岩心室安装有饱和地层水和稠油的实验岩心，所述实验岩心上分布设置热电偶；所述冷凝回收管路中含有压力控制系统，通过所述压力控制系统调节冷凝腔压力。所述产出流体回收管路中设有独立的压力控制系统，在所述关闭冷却装置出口阀门后，通过所述压力控制系统调节冷却腔压力。2.如权利要求1所述岩心室由外层环形加热筒与内层隔热材料贴合构成，内层的隔热材料与实验岩心紧密贴合，只有岩心的两端分别连接于所述冷凝腔与冷却腔。本发明此设计可以有效防止蒸汽由岩心四周向中央冷凝传热，使蒸汽冷凝实验的测试结果更加准确。3.如权利要求1所述冷凝腔为一个圆柱形空腔，且直径与实验岩心相同，其壁面窗口是一个带有加热装置的可视树脂同心圆玻璃，所述冷凝腔壁面距离实验岩心的距离应该控制在15～20mm之间，此距离所控制的冷凝腔容积既不影响透过可视窗观察及记录蒸汽冷凝现象，又能满足驱油实验压力的要求。4.如权利要求1所述冷却腔为一个半球形空腔，且直径与实验岩心相同，所述冷却腔半球的形状有利于驱替所产出的流体进入产出流体回收罐中，避免驱油实验中流体在腔体内角落滞留，影响实验可靠性。5.如权利要求1所述一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置，在完成蒸汽冷凝规律实验后，通过所述压力控制系统调节冷却腔压力，并关闭冷却装置出口阀门与冷凝回收管路中的回压阀，以此在冷凝腔中憋压进行驱油实验，驱替产出的流体进入产出流体回收罐中，分析产出流体状态与性质。此设计可以满足在不替换岩心的情况下驱替的要求，驱油实验的结果与测量的蒸汽冷凝规律相匹配。

技术总结
一种基于稠油蒸汽开采的冷凝、驱油一体化实验装置。包括蒸汽发生注入管路、辅助开采流体管路、冷却水管路、冷凝装置、冷凝流体回收管路以及产出流体回收管路。所述岩心室由外层环形加热筒与内层隔热材料贴合构成；所述冷凝回收管路中含有压力控制系统；所述产出流体回收管路中设有独立的压力控制系统；所述冷却腔为一个半球形空腔，直径与实验岩心相同。本发明考虑了岩石四周热量对冷凝效果的影响，通过调整冷却装置的温度和冷凝腔的压力模拟蒸汽冷凝环境。关闭冷却装置出口阀门与冷凝回收管路中的回压阀后，可对同一岩心开展各类流体辅助蒸汽的驱油实验，保证驱油实验的结果与测量的蒸汽冷凝规律相匹配，避免了岩心差异所造成的误差。误差。误差。


技术研发人员：李博良 李刘彬 李宾飞 张靖宇 赵希芮 辛岩
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/10/7