一种高温高压绝热氧化实验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高温高压绝热氧化实验系统及方法，包括压力跟踪补偿模块、实验容器模块、样品注入模块和上位控制模块；所述实验容器模块位于系统中心，分别连接压力跟踪补偿模块和样品注入模块；所述实验容器模块包括模型注入口、实验油砂、模型釜体、高强度螺栓、法兰、岩心钢套、模型封头、釜体端盖、釜体封头、模型出口、腔体填充体、点火器系统、温度传感器、加热元件、隔热层、热跟踪元件、温度检测器、环压注入口、测压点。本发明专利技术结构新颖，通过温度补偿元件结合导热性好的薄壁岩心钢套实现绝热，同时设置压力跟踪补偿模块确保薄壁的岩心钢套不会因压力过大而损坏，让实验能更真实的模拟氧化反应过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气田开发
，具体涉及一种高温高压绝热氧化实验系统及方法。
技术介绍
近年来，油藏注空气驱油已经被证明是一种行之有效且极具潜力的提高原油采收率的技术。注空气技术能否有效实施，关键在于氧气是否能和地层原油充分发生氧化反应，原油氧化后会生成一定量的烟道气，直接驱替原油，同时放出热量降低原油粘度，有利于增原油的流动性，同时空气与油藏原油经过氧化反应后，原油的组成和气体组成会发生变化，原油的性质也会相应发生改变。因此，研究原油在空气中的氧化反应，对于指导油气田开发有很大意义。目前，国内外对于研发原油氧化装置和驱替装置开展了大量工作，并取得一些成果，如：轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验装置(申请号：201110148934.6)，模拟地层驱替装置(申请号：200420020302.5)，轻质油藏注空气采油原油低温氧化实验方法及装置(申请号：201110135246.6)，一种轻质原油循环注气低温氧化实验方法及装置(申请号：201110240565.3)等。但目前可用于研究原油氧化的设备仍然存在很多不足，在实验过程中不能达到绝热条件是其中最严重的问题之一，反应器不能绝热，氧化反应释放的热量会快速传递到周围环境，热量难以聚集，因此很难监测到反应过程中温度的变化情况，而明确反应过程中温度的变化对认识原油氧化反应模式及反应条件有重要意义，即便使用保温装置，但热量依然无法避免的存在散失。通过研究发现，热跟踪补偿技术是目前实现绝热条件的最有效途径。通过热跟踪补偿技术实现绝热功能，必须要求反应器壁面具有良好的热传导性，能迅速将反应器外部提供的补偿热量传递到反应器内部，才能实现迅速的温度补偿。这不仅对反应器材质的导热性提出了更高的要求，而且要求壁面非常薄，才能迅速传导热量，然而，反应器在反应过程中必须要在高温条件下承受非常高的压力，如果反应器壁面厚度较薄，容易在高压下发生损坏。综上所述，为了更好地实现绝热条件，在整个反应过程中需要设备既能对反应器内部的温度差迅速进行温度补偿，满足整个实验对象温度保持一致，又能对外部具有良好的隔热保温作用，减少热量散失，同时还得保证反应器不会因为高压反应而损坏。因此，需要对实验系统进行特殊的设计，才能保证实验系统能在高温高压条件下实现绝热的条件，并进行氧化实验。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种高温高压绝热氧化实验系统。本专利技术是通过下述技术方案来实现的：一种高温高压绝热氧化实验系统，包括压力跟踪补偿模块、实验容器模块、样品注入模块和上位控制模块，所述实验容器模块位于系统中心，分别连接压力跟踪补偿模块和样品注入模块，上位控制模块连接并控制压力跟踪补偿模块、实验容器模块和样品注入模块；所述实验容器模块包括模型注入口、实验油砂、模型釜体、高强度螺栓、法兰、岩心钢套、模型封头、釜体端盖、釜体封头、模型出口、腔体填充体、点火器系统、温度传感器、加热元件、隔热层一，隔热层二、热跟踪元件、温度检测器、环压注入口、测压点；所述实验容器模块中部为岩心钢套，岩心钢套内放置实验油砂，实验油砂两端设有隔热层一和隔热层二，所述岩心钢套外侧表面环布热跟踪元件和温度检测器，岩心钢套外侧通过环形网状的腔体填充体支撑，腔体填充体外侧连接模型釜体，所述模型釜体左端设有模型封头和法兰，高强度螺栓依次穿过法兰、模型封头和模型釜体，将模型封头压紧固定在法兰和模型釜体之间；所述模型釜体右端设有釜体端盖和釜体封头，釜体端盖上设有螺纹，通过螺纹与模型釜体相连接；釜体封头通过螺栓与釜体端盖连接；所述模型注入口通过螺栓安装在模型封头上，模型注入口穿过模型封头和隔热层一，插入实验油砂中；所述模型出口穿过釜体封头和隔热层二，插入实验油砂中；所述环压注入口是在模型封头的一根通孔，连接到腔体填充体中，所述测压点在腔体填充体上，所述加热元件位于模型封头上。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述压力跟踪补偿模块，包括储气罐、调压阀一、压力跟踪补偿泵、缓冲容器、六通阀和注入阀组，储气罐连接调压阀一，调压阀一连接连接压力跟踪补偿泵和六通阀，压力跟踪补偿泵连接缓冲容器，缓冲容器连接六通阀，六通阀中三个通路分别连接注入阀组，注入阀组为两位三通阀，注入阀组末端通路连接放空端口，注入阀组中部通路连接实验容器模块的环压注入口。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述样品注入模块包括氧化气罐、调压阀二、气体容器、水容器、油容器和注入泵，注入泵并联连接气体容器、水容器和油容器的入口端，氧化气罐通过调压阀二连接模型注入口，气体容器、水容器、油容器在出口端连接实验容器模块的模型注入口。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述岩心钢套壁面厚度薄(厚度≤0.3mm)，岩心钢套热传导性能较强。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述岩心钢套外侧表面设有热跟踪元件，内侧表面设有温度检测器，热跟踪元件和温度检测器为间隔排布，即热跟踪元件相邻为温度检测器，热跟踪元件和温度检测器数量为6～18个；温度检测器分别安装在岩心钢套内侧表面和中心，用于检测岩心钢套内表面和中心的反应温度。所述热跟踪元件通过导热线连接加热元件，当岩心钢套内部发生反应后，温度检测器检测岩心钢套的中心温度以及内侧表面的温度，为确保整个岩心钢套内部温度保持一致，根据中心温度以及内侧表面的温度差值，加热元件对岩心钢套进行绝热补偿，通过加热岩心钢套外表面，薄壁的金属岩心钢套迅速将热量传递到岩心钢套内侧，保持岩心钢套内侧部分的氧化反应温度环境跟中心部分反应温度环境一致，避免实验温度散失；同时确保岩心钢套(18)内侧温度不超过中心反应温度，在实现绝热环境的情况下，避免出现人为过度加热。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述腔体填充体为规则六边形的蜂窝状网，采用表面喷涂耐高温涂料的聚酰亚胺材料组成，提高支撑能力，聚酰亚胺材料导热性差，避免热量通过腔体填充体散失；腔体内充满惰性气体，导热效率差，起到隔热功能。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述压力跟踪补偿模块和环压主入口接口处采用快速接头，在实验过程中，岩心钢套内因注入压力和氧化/燃烧反应产生高压，容易破坏薄壁的岩心钢套，需要使用压力跟踪补偿模块对腔体提供反压，测压点可同时在岩心钢套内外进行测量，并向控制系统反馈压力值，压力跟踪补偿模块所提供的反压保持比岩心钢套(18)内的压力值大0.01～0.2Mpa。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述的最高模拟压力为70Mpa，最高实验温度为700℃；所述实验容器模块的模型注入口、模型釜体、法兰、岩心钢套、模型封头、釜体端盖、釜体封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压绝热氧化实验系统，包括压力跟踪补偿模块、实验容器模块、样品注入模块和上位控制模块，其特征在于，所述实验容器模块位于系统中心，分别连接压力跟踪补偿模块和样品注入模块，上位控制模块连接并控制压力跟踪补偿模块、实验容器模块和样品注入模块；所述实验容器模块包括模型注入口(1)、实验油砂(11)、模型釜体(8)、高强度螺栓(2)、法兰(4)、岩心钢套(18)、模型封头(5)、釜体端盖(15)、釜体封头(16)、模型出口(17)、腔体填充体(10)、点火器系统(3)、温度传感器(6)、加热元件(7)、隔热层一(9)，隔热层二(14)、热跟踪元件(12)、温度检测器(13)、环压注入口(20)、测压点(19)；所述实验容器模块中部为岩心钢套(18)，岩心钢套(18)内放置实验油砂(11)，实验油砂(11)两端设有隔热层一(9)和隔热层二(14)，所述岩心钢套(18)外侧表面环布热跟踪元件(12)和温度检测器(13)，岩心钢套(18)外侧通过环形网状的腔体填充体(10)支撑，腔体填充体(10)外侧连接模型釜体(8)，所述模型釜体(8)左端设有模型封头(5)和法兰(4)，高强度螺栓(2)依次穿过法兰(4)、模型封头(5)和模型釜体(8)，将模型封头(5)压紧固定在法兰(4)和模型釜体(8)之间；所述模型釜体(8)右端设有釜体端盖(15)和釜体封头(16)，釜体端盖(15)上设有螺纹，通过螺纹与模型釜体(8)相连接；釜体封头(16)通过螺栓与釜体端盖(15)连接；所述模型注入口(1)通过螺栓安装在模型封头(5)上，模型注入口(1)穿过模型封头(5)和隔热层一(9)，插入实验油砂(11)中；所述模型出口(17)穿过釜体封头(16)和隔热层二(14)，插入实验油砂(11)中；所述环压注入口(20)是在模型封头(5)的一根通孔，连接到腔体填充体(10)中，所述测压点(19)在腔体填充体(10)上，所述加热元件(7)位于模型封头(5)上。...

【技术特征摘要】
1.一种高温高压绝热氧化实验系统，包括压力跟踪补偿模块、实验容器模块、样品注入
模块和上位控制模块，其特征在于，所述实验容器模块位于系统中心，分别连接压力跟踪补
偿模块和样品注入模块，上位控制模块连接并控制压力跟踪补偿模块、实验容器模块和样品
注入模块；
所述实验容器模块包括模型注入口(1)、实验油砂(11)、模型釜体(8)、高强度螺
栓(2)、法兰(4)、岩心钢套(18)、模型封头(5)、釜体端盖(15)、釜体封头(16)、
模型出口(17)、腔体填充体(10)、点火器系统(3)、温度传感器(6)、加热元件(7)、
隔热层一(9)，隔热层二(14)、热跟踪元件(12)、温度检测器(13)、环压注入口(20)、
测压点(19)；
所述实验容器模块中部为岩心钢套(18)，岩心钢套(18)内放置实验油砂(11)，实
验油砂(11)两端设有隔热层一(9)和隔热层二(14)，所述岩心钢套(18)外侧表面环布
热跟踪元件(12)和温度检测器(13)，岩心钢套(18)外侧通过环形网状的腔体填充体(10)
支撑，腔体填充体(10)外侧连接模型釜体(8)，所述模型釜体(8)左端设有模型封头(5)
和法兰(4)，高强度螺栓(2)依次穿过法兰(4)、模型封头(5)和模型釜体(8)，将模
型封头(5)压紧固定在法兰(4)和模型釜体(8)之间；所述模型釜体(8)右端设有釜体
端盖(15)和釜体封头(16)，釜体端盖(15)上设有螺纹，通过螺纹与模型釜体(8)相连
接；釜体封头(16)通过螺栓与釜体端盖(15)连接；所述模型注入口(1)通过螺栓安装在
模型封头(5)上，模型注入口(1)穿过模型封头(5)和隔热层一(9)，插入实验油砂(11)
中；所述模型出口(17)穿过釜体封头(16)和隔热层二(14)，插入实验油砂(11)中；
所述环压注入口(20)是在模型封头(5)的一根通孔，连接到腔体填充体(10)中，所述测
压点(19)在腔体填充体(10)上，所述加热元件(7)位于模型封头(5)上。
2.根据权利要求1所述的高温高压绝热氧化实验系统，其特征在于，所述压力跟踪补偿
模块，包括储气罐(21)、调压阀一(22)、压力跟踪补偿泵(24)、缓冲容器(25)、六
通阀(23)和注入阀组(32)，储气罐(21)连接调压阀一(22)，调压阀一(22)连接连
接压力跟踪补偿泵(24)和六通阀(23)，压力跟踪补偿泵(24)连接缓冲容器(25)，缓
冲容器(25)连接六通阀(23)，六通阀(23)中三个通路分别连接注入阀组(32)，注入
阀组(32)为两位三通阀，注入阀组(32)末端通路连接放空端口(33)，注入阀组(32)
中部通路连接实验容器模块的环压注入口(20)。
3.根据权利要求1所述的高温高压绝热氧化实验系统，其特征在于，所述样品注入模块
包括氧化气罐(26)、调压阀二(27)、气体容器(28)、水容器(29)、油容器(30)和

\t注入泵(31)，注入泵(31)并联连接气体容器(28)、水容器(29)和油容器(30)的入
口端，氧化气罐(26)通过调压阀二(27)连接模型注入口(1)，气体容器(28)、水容器
(29)、油容器(30)在出口端连接实验容器模块的模型注入口(1)。
4.根据权利要求1所述的带有绝热和压力跟踪补偿装置的氧化实验系统，其特征在于，
所述岩心钢套(18)壁面厚度≤0.3mm，岩心钢套热传导性能较强。
5.根据权利要求1或4所述的高温高压绝热氧化实验系统，其特征在于，所述岩心钢套
(18)外侧表面设有热跟踪元件(12)，内侧表面设有温度检测器(13)，热跟踪元件(12)
和温度检测器(13)为间隔排布，即热跟踪元件(12)相邻为温度检测器(13)，热跟踪元
件(12)和温度检测器(13)数量为6～18个；温度检测器(13)分别安装在岩心钢套(18)
内侧表面和中心，用于检测岩心钢套(18)内表面和中心的反应温度；
所述热跟踪元件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲万芬，袁成东，李一波，刘宝和，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51