油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置以及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油田開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置以及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣田開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)作為提高石油采收率新技術(shù)、新方法研發(fā)的重要手段和基礎(chǔ)。針對傳統(tǒng)油氣資源剩余可采儲量逐漸減少、開發(fā)對象日趨復(fù)雜的嚴(yán)峻形勢，油氣田開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展了一批以化學(xué)驅(qū)、熱力采油及氣驅(qū)等為代表的提高石油采收率新技術(shù)。這對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)物理模擬也提出了新的要求，特別是稠油熱采技術(shù)，如蒸汽驅(qū)、火燒油層等，通常需要實(shí)驗(yàn)室內(nèi)具備高溫、高壓等特殊條件。
[0003]在這類物理模擬實(shí)驗(yàn)研宄中，首先需要解決的是物理模擬模型壁面的溫度控制問題，主要涉及兩類壁面溫度控制:一類為原油氧化動力學(xué)參數(shù)測試，原油氧化動力學(xué)參數(shù)是認(rèn)識火驅(qū)機(jī)理的重要參考和進(jìn)行火驅(qū)數(shù)值模擬的關(guān)鍵參數(shù)，首先在物理模型中填裝原油或油砂，對模型進(jìn)行程序控溫(恒溫或變溫)，同時以一定速率注入空氣與原油反應(yīng)，獲取不同時刻產(chǎn)出氣體成分，結(jié)合等轉(zhuǎn)化率動力學(xué)分析方法，計(jì)算反應(yīng)體系的活化能等氧化動力學(xué)參數(shù)，故這類研宄需要對模型壁面進(jìn)行程序控溫(恒溫和變溫)；另一類是驅(qū)替式物理模擬，驅(qū)替式物理模擬是研宄油藏內(nèi)驅(qū)替特征規(guī)律和評價原油采收率的重要手段，實(shí)驗(yàn)中通常以物理模擬模型代表油藏內(nèi)某一典型單元，單元邊壁在油藏內(nèi)近似絕熱，故這類研宄需要對模型壁面進(jìn)行保溫或熱補(bǔ)償以模擬油藏條件。
[0004]在一份中國專利申請，申請?zhí)枮椤?01020132890”，名稱為“三維物理模擬裝置本體”的專利申請，以及一份文獻(xiàn)于2012年06月刊發(fā)的《石油勘探與開發(fā)》發(fā)表了 “熱力泡沫復(fù)合驅(qū)物理模擬和精細(xì)數(shù)字化模擬”公開了模型外壁面包裹保溫材料，該方案通過保溫材料阻止散熱以模擬油藏條件。但是該方案僅能在較低溫度下控制模型散熱，達(dá)到近絕熱條件，在超過350oC高溫條件下，通過保溫材料無法有效阻止模型壁面的散熱；其次該方案無法實(shí)現(xiàn)模型壁面的程序控溫。
[0005]在一份中國專利申請，申請?zhí)枮椤?201310426137 ”，名稱為“邊底水稠油油藏蒸汽驅(qū)二維比例物理模擬裝置及其使用方法”的專利申請，以及文獻(xiàn)Alamatsaz A, Moore RG, Mehta S A, et al.Experimental investigat1n of in—situ combust1n at low airfluxes[J].Journal of Canadian Petroleum Technology, 2011，50 (11-12):48-67 ;以及文獻(xiàn)于2013，34(6)刊發(fā)的《石油學(xué)報》發(fā)表的“稠油火燒過程中的活化能測定方法”公開了一種模型外布置單層加熱器。該方案通過模型壁面外加熱來控制模型壁面溫度。該方案僅能實(shí)現(xiàn)恒溫或熱補(bǔ)償或線性加熱單一功能，無法實(shí)現(xiàn)模型壁面程序控溫和絕熱兩用熱控制；且進(jìn)行熱補(bǔ)償時，模型壁面外加熱器溫度跟蹤模型中心溫度，由于存在傳熱延時，會導(dǎo)致過熱補(bǔ)償，即由模型壁面向模型內(nèi)傳熱，并非嚴(yán)格的絕熱控制。
[0006]因而現(xiàn)有的模型壁面控制方法與裝置通常只能實(shí)現(xiàn)單一功能，無法滿足模型壁面程序控溫和絕熱兩用熱控制的實(shí)驗(yàn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置以及方法，其能夠同時滿足油氣田開發(fā)物理模擬的溫度需求，以為熱采技術(shù)基礎(chǔ)研宄及模擬真實(shí)油藏周邊條件提供基礎(chǔ)。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了技術(shù)方案為:
[0009]一種油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置，其用于對模型進(jìn)行溫度控制，所述油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置包括套設(shè)在所述模型外的第一保溫層、套設(shè)在所述第一保溫層外的第二保溫層、位于所述第一保溫層與所述模型之間的第一加熱單元、位于所述第一保溫層與所述第二保溫層之間的第二加熱單元，所述第一加熱單元包括臨近于所述模型外壁面的第一測溫元件以及用于根據(jù)所述第一測溫元件運(yùn)行的第一溫度調(diào)節(jié)裝置，所述第二加熱單元包括臨近于所述第一保溫層外壁面的第二測溫元件以及用于根據(jù)所述第二測溫元件運(yùn)行的第二溫度調(diào)節(jié)裝置。
[0010]優(yōu)選地，所述油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置還包括位于外部的控制裝置，所述控制裝置用于接收所述第一測溫元件或所述第二測溫元件的信號，以對所述第一溫度調(diào)節(jié)裝置或第二溫度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制。
[0011]優(yōu)選地，所述控制裝置包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器與所述第一測溫元件相信號連接，所述第一控制器通過第一繼電器與所述第一溫度調(diào)節(jié)裝置相電性連接，所述第二控制器分別與所述第一測溫元件以及所述第二測溫元件相信號連接，所述第二控制器通過第二繼電器與所述第二溫度調(diào)節(jié)裝置相電性連接。
[0012]優(yōu)選地，所述第一溫度調(diào)節(jié)裝置和所述第二溫度調(diào)節(jié)裝置具有多個溫度模式，所述控制裝置用于根據(jù)所述第一測溫元件或所述第二測溫元件對所述第一溫度調(diào)節(jié)裝置或所述第二溫度調(diào)節(jié)裝置的溫度模式進(jìn)行選取。
[0013]優(yōu)選地，所述第一溫度調(diào)節(jié)裝置與所述模型的外壁面之間的距離不超過I厘米，所述第二溫度調(diào)節(jié)裝置與所述第一保溫層之間的距離不超過I厘米。
[0014]優(yōu)選地，所述第一保溫層緊貼于所述第一溫度調(diào)節(jié)裝置的外壁面，所述第二保溫層緊貼于所述第二溫度調(diào)節(jié)裝置的外壁面。
[0015]優(yōu)選地，所述第一測溫元件緊貼于所述模型的外壁面，所述第二測溫元件緊貼于所述第一保溫層的外壁面。
[0016]本發(fā)明還公開了一種油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控方法，其用于對模型進(jìn)行溫度控制，其特征在于，所述油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控方法包括以下步驟:
[0017]根據(jù)第一測溫元件，第一溫度調(diào)節(jié)裝置將模型加熱至預(yù)定溫度；
[0018]根據(jù)第二測溫元件以及第一測溫元件，第二溫度調(diào)節(jié)裝置將第一保溫層調(diào)節(jié)至與模型相同溫度，以使模型處于絕熱狀態(tài)。
[0019]優(yōu)選地，它還包括以下步驟:設(shè)定模型的預(yù)定溫度。
[0020]優(yōu)選地，它還包括以下步驟:選取第一溫度調(diào)節(jié)裝置以及第二溫度調(diào)節(jié)裝置的溫度模式。
[0021]本申請采用上述結(jié)構(gòu)，在承受高溫高壓的狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)對模型外壁面的溫度控制，還可以確保模型處于絕熱狀態(tài)。
【附圖說明】
[0022]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實(shí)施本發(fā)明。
[0023]圖1為本發(fā)明中油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明中油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置應(yīng)用在模型上的一個示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明中油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置應(yīng)用在模型上的又一個示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明中油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控方法的原理示意圖。
[0027]以上附圖的附圖標(biāo)記:1、第二保溫層；2、第二溫度調(diào)節(jié)裝置；3、第一保溫層；4、第一溫度調(diào)節(jié)裝置；5、第一測溫元件；6、第一控制器；7、第一繼電器；8、第二測溫元件；9、第二控制器；10、第二繼電器；11、模型。
【具體實(shí)施方式】
[0028]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0029]參照圖1至圖3所示，本發(fā)明公開了一種油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置，其用于對模型11進(jìn)行溫度控制。所述油氣田物理模擬實(shí)驗(yàn)用的溫控裝置包括套設(shè)在所述模型11外的第一保溫層3、套設(shè)在所述第一保溫層3外的第二保溫層1、位于所述第一保溫層3與所述模型11之間的第一加熱單元、位于所述第一保溫層3與所述第二保溫層I之間的第二加熱單元。所述第一加熱單元包括臨近于所述模型11外壁面的第一測溫元件5以及用于根據(jù)所述第一測溫元件5運(yùn)行的第一溫度調(diào)節(jié)裝置4。所述第二加熱單元包括臨近于所述第一保溫層3外壁面的第二測溫元件8以及用于根據(jù)所述第二測溫元件8運(yùn)行的第二溫度調(diào)節(jié)裝置2。
[0030]具體的，模型11可以根據(jù)實(shí)際需要呈各種形狀。為了實(shí)際需要，參照圖2和圖3所示，模型11可以呈圓柱體或長方體。在本實(shí)施方式中，可以采用最長邊長不大于1cm的立方體形物理模擬模型11以及直徑或長度不大于10厘米的圓柱形物理模擬模型11。對于超出上述尺寸的物理模擬模型11，可對其進(jìn)行分段或分塊進(jìn)行控制。
[0031]第一溫度調(diào)節(jié)裝置4、第一保溫層3、第二溫度調(diào)節(jié)裝置2以及第二保溫層I從內(nèi)至外依次設(shè)置在模型11外。第