本發(fā)明涉及一種高溫高壓條件下非凝結(jié)氣體在超稠油及水中的溶解度等物性參數(shù)的測(cè)試裝置與方法，屬于石油開采
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：在注蒸汽開采稠油的過程中，伴注一定量的非凝結(jié)氣能夠起到減少熱損失、保持注汽壓力、助排產(chǎn)出液的作用。油田提高采收率常用的非凝結(jié)氣有氮?dú)?、二氧化碳、煙道氣、天然氣、空氣。非凝結(jié)氣注入油藏后，可以顯著改善油氣比，大大提高能量的利用率，并在一定程度上提高原油的采收率。但是非凝結(jié)氣對(duì)稠油的溶解降粘、溶解氣產(chǎn)出、提高采收率的具體效果等缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐，無法進(jìn)行相應(yīng)的理論計(jì)算和數(shù)值模擬分析，因而需要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。非凝結(jié)氣在常溫低壓下的物性數(shù)據(jù)比較豐富，但在高溫高壓注蒸汽條件下比較匱乏。如SAGD過程中，注汽溫度在250℃左右，壓力在4MPa左右，在這樣的溫壓條件下進(jìn)行測(cè)試，需要測(cè)試儀器可以同時(shí)滿足高溫和高壓的要求，但常規(guī)的PVT測(cè)試分析裝置都無法滿足實(shí)驗(yàn)需要。常規(guī)的PVT測(cè)試分析裝置屬于較精密的設(shè)備，適用于常規(guī)稀油低溫試驗(yàn)中。內(nèi)部的活塞結(jié)構(gòu)控制測(cè)試流體的體積，但需要完成動(dòng)密封。而在長(zhǎng)期的高溫、高壓條件下與油水接觸的工況下，普通動(dòng)密封將變得脆弱、不可靠，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以在高溫、高壓條件下對(duì)氣體在超稠油中溶解度、密度、粘度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測(cè)試的實(shí)驗(yàn)裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置，該氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置包括：高溫高壓混樣單元、密度測(cè)量單元、粘度測(cè)量單元、采樣單元、溶解度測(cè)量單元；其中，所述高溫高壓混樣單元分別與所述密度測(cè)量單元、所述粘度測(cè)量單元、所述采樣單元、所述溶解度測(cè)量單元連接；所述采樣單元分別與所述密度測(cè)量單元、所述粘度測(cè)量單元、所述溶解度測(cè)量單元連通；所述高溫高壓混樣單元包括配樣設(shè)備、控制設(shè)備，所述配樣設(shè)備設(shè)置有進(jìn)料口和出口，所述控制設(shè)備包括加熱器。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，進(jìn)料口在配樣設(shè)備的頂端，出口在配樣設(shè)備的底端。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，進(jìn)料口在配樣設(shè)備的頂端，出口在配樣設(shè)備的底端，使得原料從上部的進(jìn)料口進(jìn)入后，充分混合、促進(jìn)油、氣相平衡，然后從底部的出口進(jìn)行取樣，可以直接獲得含飽和溶解氣的油樣，利用液封、避免氣體竄入到出口，影響后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，高溫高壓混樣單元還包括氣體質(zhì)量流量計(jì)、單向閥、壓力表；其中，氣體質(zhì)量流量計(jì)與配樣設(shè)備連接，壓力表設(shè)置在單向閥與氣體質(zhì)量流量計(jì)之間。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，配樣設(shè)備包括PID溫度控制器、熱電偶和壓力傳感器，配樣設(shè)備設(shè)置有保溫層，配樣設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有攪拌塊。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，PID溫度控制器用于調(diào)節(jié)配樣設(shè)備內(nèi)的溫度，熱電偶用于檢測(cè)配樣設(shè)備的溫度變化，壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)配樣設(shè)備的壓力變化。在本發(fā)明中，PID是一種溫度反饋控制算法，是指線性積分微分。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，攪拌塊是帶有蜂窩孔的金屬塊。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，通過控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)配樣設(shè)備旋轉(zhuǎn)，配樣設(shè)備內(nèi)部的攪拌塊可以促進(jìn)汽液平衡；在配樣設(shè)備旋轉(zhuǎn)過程中，金屬塊通過重力作用下落，蜂窩孔中的氣體與稠油充分接觸，使氣體與稠油最大程度的飽和。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，配樣設(shè)備需要預(yù)先加熱至預(yù)期溫度，可以通過加熱片進(jìn)行加熱；優(yōu)選的，高溫高壓混樣單元包括還包括加熱片，加熱片設(shè)置在配樣設(shè)備的外側(cè)壁上。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，配樣設(shè)備中的熱電偶檢測(cè)加熱器出口、配樣設(shè)備內(nèi)的溫度，并將溫度值反饋給控制設(shè)備，控制設(shè)備中的加熱器根據(jù)反饋的溫度值調(diào)整加熱器的加熱溫度。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，密度測(cè)量單元包括液體計(jì)量設(shè)備。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，更優(yōu)選地，液體計(jì)量設(shè)備包括收集杯和天平，其中，收集杯用于收集中間容器驅(qū)替出的液體，收集杯放置在天平上。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，粘度測(cè)量單元包括流變儀。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，采樣單元包括中間容器、壓力表、背壓控制設(shè)備；其中，壓力表設(shè)置在背壓控制設(shè)備和中間容器之間。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，中間容器是一個(gè)帶活塞的高壓容器?；钊囊粋?cè)為實(shí)驗(yàn)流體，如原油，另一側(cè)是中間介質(zhì)，通常是氮?dú)?、水等，通過在另一側(cè)注入或者排出中間介質(zhì)，從而控制中間容器中實(shí)驗(yàn)流體的流動(dòng)；背壓控制設(shè)備用于調(diào)節(jié)背壓。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，更優(yōu)選地，背壓控制單元包括背壓閥、ISCO泵。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，背壓閥能夠在初期由配樣設(shè)備向中間容器導(dǎo)入稠油的過程中防止壓力過大發(fā)生噴濺。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，采樣單元還包括壓力表，壓力表設(shè)置在背壓閥和中間容器之間。壓力表能夠監(jiān)測(cè)背壓閥前的壓力，并間接監(jiān)測(cè)中間容器的壓力。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，優(yōu)選地，溶解度測(cè)量單元包括閃蒸分離器、單向閥、氣體質(zhì)量流量計(jì)；其中，單向閥設(shè)置在氣體質(zhì)量流量計(jì)和閃蒸分離器之間。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，閃蒸分離器用于氣液分離，主要是將溶解在原油中的氣體在高溫低壓條件下快速分離；氣體質(zhì)量流量用于計(jì)量氣體累積流量，即測(cè)量溶解在原油中的氣體總量。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，高溫高壓混樣單元中的加熱單元能夠?qū)⑴錁釉O(shè)備和采樣單元中的中間容器加熱到指定溫度，配樣設(shè)備能夠?qū)Τ碛瓦M(jìn)行油氣的混樣。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置包括控制閥門，除背壓閥所在的支路外，所有的控制閥門都用耐高溫高壓的閥門。本發(fā)明還提供了一種氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法，其是利用上述氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置完成的，該氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法包括以下步驟：通過控制設(shè)備調(diào)節(jié)溫度至預(yù)設(shè)溫度180℃-300℃，在配樣設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行混合；通過采樣單元進(jìn)行采樣，利用密度測(cè)量單元測(cè)量密度，利用粘度測(cè)量單元測(cè)量粘度，利用溶解度測(cè)量單元測(cè)量溶解度，完成對(duì)氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)定。本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法和裝置可以測(cè)試不同參數(shù)之間的關(guān)系，包括：密度-溫度-壓力、黏度-溫度-壓力、溶解度-溫度-壓力之間的關(guān)系。本發(fā)明的超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法，具體包括以下步驟：將配樣設(shè)備內(nèi)混好的飽和二氧化碳的稠油導(dǎo)入到中間容器內(nèi)，將中間容器后的背壓閥緩慢降壓，確保中間容器內(nèi)導(dǎo)滿飽和二氧化碳的稠油；密度測(cè)量：將中間容器內(nèi)的飽和二氧化碳的稠油導(dǎo)入到燒杯中，通過天平測(cè)量飽和二氧化碳的稠油的質(zhì)量；其中，飽和二氧化碳的稠油體積由中間容器得到，從而求出飽和二氧化碳的稠油的密度；粘度測(cè)量：將中間容器內(nèi)的飽和二氧化碳的稠油導(dǎo)入到流變儀中，通過流變儀測(cè)量飽和二氧化碳的稠油粘度，在導(dǎo)飽和二氧化碳的稠油的過程中，確保溫度、壓力值不變；溶解度測(cè)量：將中間容器內(nèi)的飽和二氧化碳的稠油導(dǎo)入到閃蒸分離器中，閃蒸分離器中的氣體經(jīng)過流量計(jì)，通過流量計(jì)計(jì)量飽和二氧化碳的稠油中二氧化碳的含量，通過中間容器的體積得出飽和二氧化碳的稠油總體積，即可求出溶解度；完成對(duì)氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)定。上述氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法中，預(yù)期溫度為實(shí)驗(yàn)中要求混樣完成時(shí)的溫度；稠油密度測(cè)量根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案(如不同的稠油性質(zhì))的不同而不同，可以依據(jù)需要及蒸餾釜內(nèi)的蒸餾情況進(jìn)行調(diào)整。上述氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法中，優(yōu)選的，預(yù)期溫度為180℃-300℃。上述氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法中，流變儀對(duì)混合好的稠油量需要進(jìn)行控制，優(yōu)選稠油量為50mL，其中，取用的稠油通過中間容器來獲取。本發(fā)明的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置和方法，適用溫度為180℃-300℃，適用壓力為0MPa-40MPa。本發(fā)明的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置和方法能夠在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的平衡測(cè)量，精確得到密度和黏度參數(shù)，從而可以得出在注非凝結(jié)氣開采原油過程中非凝結(jié)氣的提高采收率作用所做的貢獻(xiàn)。附圖說明圖1為實(shí)施例1中的超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。主要附圖符號(hào)說明1配樣設(shè)備2天平3氣瓶4中間容器5閃蒸分離器6外氣瓶7背壓閥8流量計(jì)9壓力表10流變儀11電腦12氣體質(zhì)量流量計(jì)具體實(shí)施方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，該氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置包括：高溫高壓混樣單元、密度測(cè)量單元、粘度測(cè)量單元、采樣單元、溶解度測(cè)量單元；其中，高溫高壓混樣單元分別與密度測(cè)量單元、粘度測(cè)量單元、采樣單元、溶解度測(cè)量單元連接；采樣單元分別與高溫高壓混樣單元、密度測(cè)量單元、粘度測(cè)量單元、溶解度測(cè)量單元連通；高溫高壓混樣單元包括配樣設(shè)備1、控制設(shè)備、氣體質(zhì)量流量計(jì)12、單向閥、壓力表9、控制閥門、加熱片。其中，氣體質(zhì)量流量計(jì)12與配樣設(shè)備1連接，壓力表9設(shè)置在單向閥與氣體質(zhì)量流量計(jì)12之間。配樣設(shè)備1設(shè)置有進(jìn)料口和出口，進(jìn)料口在配樣設(shè)備1的頂端，出口在配樣設(shè)備1的底端，控制設(shè)備包括加熱器。高溫高壓混樣單元外接氣瓶3。配樣設(shè)備1設(shè)有保溫層、PID溫度控制器、熱電偶和壓力傳感器，配樣設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有帶有蜂窩孔的攪拌塊；加熱片設(shè)置在配樣設(shè)備的外側(cè)壁上；配樣設(shè)備1的PID溫度控制器用于調(diào)節(jié)配樣設(shè)備內(nèi)的溫度，熱電偶和壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)配樣設(shè)備1內(nèi)的壓力和溫度。通過控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)配樣設(shè)備1的旋轉(zhuǎn)，配樣設(shè)備1內(nèi)部的攪拌塊可以促進(jìn)汽液平衡；在配樣設(shè)備1旋轉(zhuǎn)的過程中，金屬塊通過重力作用下落，蜂窩孔中的氣體與稠油充分接觸，使氣體與稠油最大程度的飽和。通過加熱片對(duì)配樣設(shè)備進(jìn)行預(yù)先加熱至預(yù)期溫度。密度測(cè)量單元包括液體計(jì)量設(shè)備、控制閥門；其中，液體計(jì)量設(shè)備包括收集杯和天平2，其中，收集杯用于收集中間容器4驅(qū)替出的液體，收集杯放置在天平2上。粘度測(cè)量單元包括流變儀10、控制閥門。采樣單元包括中間容器4、壓力表、背壓控制設(shè)備、控制閥門、壓力表；背壓控制單元包括背壓閥7、ISCO泵。背壓閥能夠在初期由配樣設(shè)備向中間容器導(dǎo)入稠油的過程中防止壓力過大發(fā)生噴濺。壓力表設(shè)置在背壓閥7和中間容器4之間，壓力表能夠監(jiān)測(cè)中間容器4的壓力。采樣單元外接外氣瓶6，外氣瓶6與背壓閥7連通。溶解度測(cè)量單元包括閃蒸分離器5、單向閥、流量計(jì)8、控制閥門、電腦11。在本發(fā)明提供的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置中，除背壓閥所在的支路外，所有的閥門都用耐高溫高壓的閥門。本實(shí)施例還提供了利用上述裝置完成的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試方法，具體包括以下步驟：以250℃、4MPa壓力下特稠油與二氧化碳混樣實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行說明，超稠油：新疆風(fēng)城，50℃脫氣原油黏度100000mPa·S，密度0.97g/mL；配樣器體積1L；中間容器250mL；步驟一：先將500mL稠油加熱至85℃至可流動(dòng)狀態(tài)，打開配樣設(shè)備，將稠油倒進(jìn)配樣設(shè)備然后配置好保溫套。同時(shí)計(jì)算常溫下注入斧體的二氧化碳?xì)怏w體積及壓力。注入氣體壓力1MPa同時(shí)，設(shè)定加熱套和混樣斧溫度為250℃。打開攪拌開關(guān)，配樣設(shè)備進(jìn)行混樣。2小時(shí)后看壓力，若壓力未到目標(biāo)壓力則通過氣瓶進(jìn)行補(bǔ)氣，直至目標(biāo)壓力4MPa?；鞓?4小時(shí)。步驟二：采樣單元連接，采樣單元的中間容器60mL，氣瓶減壓閥設(shè)定壓力5MPa，將中間容器活塞推至底部，通過調(diào)節(jié)背壓閥將壓力降至3.95MPa。步驟三：連接高溫混樣裝置旋轉(zhuǎn)至90°垂直，活塞在上，稠油在下，同時(shí)管線和閥門進(jìn)行伴熱帶加熱至250℃，加熱60min，中間容器設(shè)置加熱至250℃。接二氧化碳?xì)馄浚瑲馄繙p壓閥至4MPa。使氣瓶與混樣器相連接，靠壓差將60mL原油轉(zhuǎn)移至中間容器。步驟四：密度通過質(zhì)量體積法測(cè)得。利用伴熱帶將管線和閥門溫度加熱至250℃。將中間容器的高溫高壓原油導(dǎo)入天平，測(cè)質(zhì)量。重復(fù)步驟三；步驟五：利用真空泵給流變儀抽真空，加熱溫度至250℃。利用伴熱帶將管線和閥門溫度加熱至250℃。調(diào)節(jié)氣瓶減壓至4MPa，將中間容器的飽和氣體的高溫高壓原油導(dǎo)入流變儀，測(cè)原油粘度。重復(fù)步驟三；步驟六：將閃蒸分離器加熱溫度至250℃。利用伴熱帶將管線和閥門溫度加熱至250℃。調(diào)節(jié)氣瓶減壓至4MPa，將中間容器的高溫高壓原油導(dǎo)入閃蒸分離器，利用流量計(jì)進(jìn)行連續(xù)氣體流量采集，并通過電腦統(tǒng)計(jì)其氣體總流量?？傻?0mL稠油在250℃、4MPa下的二氧化碳?xì)怏w溶解度，完成氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試，結(jié)果如表1、表2和表3所示。表1飽和二氧化碳的稠物油性參數(shù)，密度-溫度-壓力(T＝250℃，P＝4MPA)第一組第二組第三組第四組體積(mL)237.29237.29237.29237.29質(zhì)量(g)190.3066192.2049191.493189.3574密度(g/mL)0.8020.810.8070.798表2粘度-溫度-壓力溫度(℃)壓力(MPA)粘度(mPa·S)500.1926001000.110811500.4891.425041.15表3溶解度-溫度-壓力(T＝250℃，P＝4MPa)第一組第二組第三組第四組原油質(zhì)量(g)234.91237.27232.33230.22溶解氣體體積(L)0.850.870.870.86溶解氣體量(mol)0.040.040.040.04溶解度(*1000mol/g)0.160.160.170.17以上實(shí)施例說明，本發(fā)明的氣體在超稠油中物性參數(shù)的測(cè)試裝置和方法，適用溫度為180℃-300℃，適用壓力為0MPa-40MPa，能夠在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的平衡測(cè)量，精確得到密度和黏度參數(shù)，從而可以得出在注非凝結(jié)氣開采原油過程中非凝結(jié)氣的提高采收率作用所做的貢獻(xiàn)。當(dāng)前第1頁1 2 3