燃烧池实验装置、能够测定活化能的实验装置和测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种燃烧池实验装置、能够测定活化能的实验装置和测量方法，这种装置能够合理测定原油(包括稠油)与空气(包括氧气)反应的活化能，所述燃烧池实验装置包括燃烧池池体(2)，燃烧池池体(2)为一不锈钢圆筒和两个连接法兰组成，法兰中间开孔作为气体的进出通道，燃烧池池体(2)的顶部开口端密封连接有燃烧池端盖(3)，燃烧池端盖(3)上设有第一通孔(31)，燃烧池池体(2)的底部法兰有第二通孔(21)，燃烧池池体(2)的底端内设有用于防止砂粒进入第二通孔(21)的过滤装置(10)。该燃烧池实验装置通过直接测得温度和产物浓度随时间的变化，然后通过相关计算，可以得到原油试样的活化能和指前因子。
【专利说明】燃烧池实验装置、能够测定活化能的实验装置和测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油开采实验设备【技术领域】，具体的是一种稠油与空气（包括氧气） 反应活化能测定及反应机理研究的燃烧池实验装置，还是一种含有该燃烧池实验装置的能 够测定活化能的实验装置，更是一种利用该能够测定活化能的实验装置测定活化能的测量 方法。
【背景技术】
[0002] 作为一个传统的技术，蒸汽吞吐及蒸汽驱开发稠油油藏已在国内外得到了广泛的 应用，并形成了一套从室内研究到现场应用的一系列配套的研究方法和技术。但由于这种 技术能耗大、热量利用率低及污染严重等问题，在环境要求越来越高的当前，其局限性也越 来越突显。当油藏的原油越重、埋深越大，其开发效果越差。而注空气技术由于成本低，污 染小、适用油藏范围广等优势，在目前的稠油开发中得到越来越多的关注。
[0003] 火烧油层（In-situ combustion，或ISC)是一种重要的稠油热采方法，又称为就 地燃烧法或火驱采油法。即在一口或数口井中点燃油层后，不断的将空气或含氧气体注入 到油层中，形成径向移动的火线（燃烧前缘），火线在油层中与有机燃料反应，产生大量的 热，原油受热之后粘度降低，并且伴随蒸馏作用。蒸馏后的轻质油、汽与燃烧烟气向前驱替， 留下的重质成分在高温下发生裂解，裂解的产物焦炭作为燃料，维持火线向前推进；油层中 的水（包括油层原始含水、束缚水、注入水以及燃烧产生的水）在高温下变为蒸汽，向前方 的油层传递大量的热，再次洗刷油层，最终形成一个多种效应结合的驱替过程，将原油驱向 生产井。
[0004] 所谓火烧油层技术的物理模拟是指是通过室内的物理实验来模拟真实的地下火 烧驱油过程。在满足基本相似条件（温度、压力等条件相似）的基础上，模拟真实火驱过程 的主要特征，如原油的自燃温度、燃料消耗量、空气需要量等。目前常用的火驱物理模拟装 置有：燃烧釜、一维燃烧管、三维火烧物模装置，但现有的火驱物理模拟装置均无法给出火 烧油层数值模拟所需要的动力学参数一活化能的值。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有的火驱物理模拟装置均无法得到火烧油层活化能的技术问题。本发 明提供了一种燃烧池实验装置、能够测定活化能的实验装置和测量方法，该燃烧池实验装 置和测量方法通过直接测得温度和产物浓度随时间的变化，然后通过相关计算，可以得到 试样的活化能和指前因子。
[0006] 本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种燃烧池实验装置，包括燃烧池 池体，燃烧池池体为一端封闭的筒形，燃烧池池体的开口端密封连接有燃烧池端盖，燃烧池 端盖上设有第一通孔，燃烧池池体的封闭端设有第二通孔，燃烧池池体的封闭端内设有用 于防止砂粒进入第二通孔的过滤装置。
[0007] 燃烧池池体为圆筒形，燃烧池池体的长度为95mm?98mm，燃烧池池体的内径为 21mm?21. 5謹,燃烧池池体的壁厚为6謹?6. 5謹。
[0008] 燃烧池池体和燃烧池端盖的材质为不锈钢，燃烧池池体和燃烧池端盖的内表面均 设有防氧化涂料层。
[0009] 过滤装置包括上套筒和下套筒，上套筒的下端套设在下套筒内，上套筒的下端通 过过滤筛网与下套筒下端的环形筒底抵接，环形筒底的内孔的位置与第二通孔的位置相对 应。
[0010] 一种能够测定活化能的实验装置，其特征在于：该能够测定活化能的实验装置含 有上所述的燃烧池实验装置，该能够测定活化能的实验装置还含有加热炉、数据采集及录 入单元、数据处理单元、气体分析装置和气源；该燃烧池实验装置设置在加热炉内，加热炉 连接有用于监测和控制加热炉内温度的第一温度监测及控制单元，数据采集及录入单元能 够收集加热炉内和该燃烧池实验装置内的温度数据以及气体分析装置得到的气体浓度数 据，数据处理单元和数据采集及录入单元连接，气体分析装置与第一通孔连接，气源与第二 通孔连通。
[0011] 加热炉还连接有用于监测和控制加热炉内温度的第二温度监测及控制单元。
[0012] 燃烧池端盖外设有三通，三通的第一接口与第一通孔密封连接，数据采集及录入 单元包括用于测量加热炉内温度的第一温度传感器和用于测量该燃烧池实验装置内温度 的第二温度传感器，第二温度传感器的一端穿过三通的第二接口和该第一接口设置在燃烧 池池体内，燃烧池池体内与三通的第三接口连通。
[0013] 气体分析装置通过过滤装置与三通的该第三接口连接。
[0014] 过滤装置包括依次连接的集液器、砂滤器和气体净化器，该集液器与该第三接口 连接，该气体净化器与气体分析装置连接。
[0015] 气源依次通过流量控制装置和气体流量计与第二通孔连通。
[0016] 一种测定活化能的测量方法，该测定活化能的测量方法采用了上述的能够测定活 化能的实验装置，该测定活化能的测量方法包括以下步骤：
[0017] 步骤1、准备实验样品；
[0018] 步骤2、将该实验样品装入该燃烧池实验装置，检查该能够测定活化能的实验装置 的连接状况；
[0019] 步骤3、设定加热炉的加热温度和加热时间，确定加热速率，设定气源的供气流 量；
[0020] 步骤4、加热炉开始加热，在多个时间点，数据采集及录入单元测量该燃烧池实验 装置内的温度并且气体分析装置测量气体浓度，根据时间与该温度的关系制作温度变化趋 势曲线，得到每个时间点的温度变化率，根据气体浓度与实验样品转换率之间的关系确定 实验样品的转换率，根据时间与该转换率之间的关系制作转换率变化趋势曲线，得到每个 时间点的转换率变化率；
[0021] 步骤5、将每个时间点的该温度变化率和该转换率变化率带入以下公式：
[0022]
【权利要求】
1. 一种燃烧池实验装置，其特征在于，所述燃烧池实验装置包括燃烧池池体（2)，燃烧 池池体（2)为一端封闭的筒形，燃烧池池体（2)的开口端密封连接有燃烧池端盖（3)，燃烧 池端盖（3)上设有第一通孔（31)，燃烧池池体（2)的封闭端设有第二通孔（21)，燃烧池池 体（2)的封闭端内设有用于防止砂粒进入第二通孔（21)的过滤装置（10)。
2. 根据权利要求1所述的燃烧池实验装置，其特征在于：燃烧池池体（2)为圆筒形，燃 烧池池体⑵的长度为95mm?98mm，燃烧池池体⑵的内径为21mm?21. 5mm，燃烧池池 体（2)的壁厚为6mm?6. 5mm。
3. 根据权利要求1所述的燃烧池实验装置，其特征在于：燃烧池池体（2)和燃烧池端 盖（3)的材质为不锈钢，燃烧池池体（2)和燃烧池端盖（3)的内表面均设有防氧化涂料层。
4. 根据权利要求1所述的燃烧池实验装置，其特征在于：过滤装置（10)包括上套筒 (101)和下套筒（102)，上套筒（101)的下端套设在下套筒（102)内，上套筒（101)的下端 通过过滤筛网（103)与下套筒（102)下端的环形筒底（103)抵接，环形筒底（103)的内孔 的位置与第二通孔（21)的位置相对应。
5. -种能够测定活化能的实验装置，其特征在于：该能够测定活化能的实验装置含有 权利要求1?4中任意一项所述的燃烧池实验装置，该能够测定活化能的实验装置还含 有加热炉（1)、数据采集及录入单元（12)、数据处理单元（13)、气体分析装置（15)和气源 (17)； 该燃烧池实验装置设置在加热炉（1)内，加热炉（1)连接有用于监测和控制加热炉（1) 内温度的第一温度监测及控制单元（11)，数据采集及录入单元（12)能够收集加热炉（1) 内和该燃烧池实验装置内的温度数据以及气体分析装置得到的气体浓度数据，数据处理单 元（13)和数据采集及录入单元（12)连接，气体分析装置（15)与第一通孔（31)连接，气源 (17)与第二通孔（21)连通。
6. 根据权利要求5所述的能够测定活化能的实验装置，其特征在于：加热炉（1)还连 接有用于监测和控制加热炉（1)内温度的第二温度监测及控制单元（14)。
7. 根据权利要求5所述的能够测定活化能的实验装置，其特征在于：燃烧池端盖（3) 外设有三通（5)，三通（5)的第一接口与第一通孔（31)密封连接，数据采集及录入单元 (12)包括用于测量加热炉（1)内温度的第一温度传感器（121)和用于测量该燃烧池实验装 置内温度的第二温度传感器（6)，第二温度传感器（6)的一端穿过三通（5)的第二接口和该 第一接口设置在燃烧池池体（2)内，燃烧池池体（2)内与三通（5)的第三接口连通。
8. 根据权利要求7所述的能够测定活化能的实验装置，其特征在于：气体分析装置 (15)通过过滤装置（16)与三通（5)的该第三接口连接，过滤装置（16)包括依次连接的 集液器、砂滤器和气体净化器，该集液器与该第三接口连接，该气体净化器与气体分析装置 (15)连接。
9. 根据权利要求5所述的能够测定活化能的实验装置，其特征在于：气源（17)依次通 过流量控制装置（18)和气体流量计（19)与第二通孔（21)连通。
10. -种测定活化能的测量方法，其特征在于：该测定活化能的测量方法采用了权利 要求5?9中任意一项所述的能够测定活化能的实验装置，该测定活化能的测量方法包括 以下步骤： 步骤1、准备实验样品； 步骤2、将该实验样品装入该燃烧池实验装置，检查该能够测定活化能的实验装置的连 接状况； 步骤3、设定加热炉（1)的加热温度和加热时间，确定加热速率，设定气源（17)的供气 流量； 步骤4、加热炉（1)开始加热，在多个时间点，数据采集及录入单元（12)测量该燃烧 池实验装置内的温度并且气体分析装置（15)测量气体浓度，根据时间与该温度的关系制 作温度变化趋势曲线，得到每个时间点的温度变化率，根据气体浓度与实验样品转换率之 间的关系确定实验样品的转换率，根据时间与该转换率之间的关系制作转换率变化趋势曲 线，得到每个时间点的转换率变化率； 步骤5、将每个时间点的该温度变化率和该转换率变化率带入以下公式：
采用最小二乘法，拟合出活化能变化曲线， 在该公式中：β为加热速率，单位为1： /min ;da为转换率变化率；dT为温度变化率;A 为指前因子；E为活化能，单位为kj/mol ;R为普适气体常量，为8. 314kX/(molXK) ;T为温 度，单位为°〇；ln[Af(a)]为固定值； 根据该活化能变化曲线，得到每个温度下的活化能。
【文档编号】G01N25/22GK104122295SQ201410360145
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】赵仁保, 邝斌全 申请人:中国石油大学(北京)