專利名稱：超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置及實驗方法
技術領域：
本發明屬于采油室內稠油層內水熱催化裂解動態模擬實驗技術領域，尤其是涉及一種超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置及實驗方法。
背景技術：
隨著常規石油資源的不斷減少及世界石油需求量的不斷加大，在油氣資源中占有較大比例的稠油資源愈來愈受到重視。稠油的顯著特點是粘度大、品質低，一般采用注蒸汽熱力開采，但熱利用率較低，采收率不高，且稠油粘度易隨溫度降低而反彈，造成措施有效期較短。受石油煉制過程的啟發，國內外石油工作者提出了稠油層內催化水熱裂解開采新技術，該技術是將催化劑及助劑伴蒸汽注入油藏，在層內發生裂化反應，實現稠油不可逆降粘，提高稠油流動性與品質，從根本上解決稠油層內流動、井筒舉升、地面集輸難等一系列問題。但在實際應用過程中，儲層往往難以達到催化劑發揮其催化裂解降粘作用所要求的溫度，且催化劑進入地層后難以與稠油充分接觸，大大影響了地層實際的催化裂解降粘作用，進而影響了開采效果。從根本上講，制約這一技術發展的瓶頸是稠油的層內催化裂解需要較為苛刻的反應條件。超聲波降粘開采稠油是利用超聲波機械振動、空化作用及熱作用等產生局部和瞬間的高溫、高壓等極端條件裂解稠油，降低原油粘度，提高原油流動性的一種物理法采油技術，目前已取得一定的成果與發展。超聲波作用裂解降粘開采稠油屬物理法范疇，化學水熱催化裂解屬化學法范疇， 二者裂解降粘機理截然不同。超聲波能為化學反應提供能量，提高催化劑活性，激發和促進活化能較高的裂解反應，加快催化裂解速度；同時，超聲振動及沸騰效應能增加稠油與催化劑接觸面積，有利于裂解反應進行；催化劑作用能使稠油組分發生化學變化，降低稠油大分子活化能，從而有利于超聲波發揮降粘作用。將超聲波采油與稠油層內催化水熱裂解相結合，利用超聲波在傳質、傳熱和化學反應等方面的獨特性能及與催化水熱裂解間的協同效應，實現稠油層內改質開采稠油資源，具有廣闊的應用前景。目前，將超聲波應用到稠油開采領域，與層內水熱催化裂解相結合在國內外都尚未見到其它報導。超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解的室內動態模擬尚屬空白，搭建超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解動態模擬實驗平臺，建立其實驗與分析方法，不但能夠彌補這一實驗領域的缺憾，而且能夠驗證超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解技術的可行性，揭示超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解控制因素及裂解機理，從而為該技術的推廣應用奠定基礎。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、安裝布設方便、工作性能可靠且水熱催化裂解動態模擬效果好、功能全面的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征在于包括環壓供給裝置、儲水罐、儲油罐、催化劑及反應助劑存儲裝置、用于夾持被測試巖芯的巖芯夾持器和對被測試巖芯進行超聲波處理的超聲波換能器，以及與超聲波換能器相接且為超聲波換能器提供高頻交流電信號的超聲波發生器和通過外接管道與巖芯夾持器的出液口相接的液體容器，所述環壓供給裝置通過液壓管道與巖芯夾持器的環壓接口相接且對位于巖芯夾持器內部的被測試巖芯施加環向壓力，儲水罐通過輸水管道與巖芯夾持器的進液口相接且儲水罐內部存儲有模擬地層水，儲油罐通過輸油管道與巖芯夾持器的進液口相接且儲油罐內部存儲有模擬稠油層內所存儲稠油，所述催化劑及反應助劑存儲裝置通過化學試劑輸送管道與巖芯夾持器的進液口相接且內部存儲有稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑，所述巖芯夾持器、儲水罐和儲油罐的外側布設有恒溫箱，所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道上分別裝有水路控制閥、油路控制閥和化學試劑輸送控制閥，且所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道上均裝有泵送設備；所述超聲波換能器安裝在巖芯夾持器上，且所述巖芯夾持器的進液口和出液口上分別安裝有壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二；所述輸水管道上裝有蒸汽發生器；所述外接管道上裝有出液控制閥。上述超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征是所述超聲波換能器為電磁感應式超聲波換能器，且所述電磁感應式超聲波換能器包括內部開有空腔的換能器外殼、布設在所述空腔前部且能產生超聲波的振動模板、布設在所述空腔內且位于振動模板正后方的平面電感線圈、與平面電感線圈相并接的電容器和并接在電容器兩端的電源， 所述平面電感線圈與電容器之間通過導線一進行連接，所述電容器與電源之間通過導線二進行連接，所述平面電感線圈、電容器和所述導線一的導線電阻形成RLC振蕩電路；所述換能器外殼的前側外部布設有用于改變振動模板所產生超聲波振幅的超聲波變幅桿，所述超聲波變幅桿密封安裝在巖芯夾持器上，且超聲波變幅桿前部伸入至巖芯夾持器內部；所述超聲波發生器的輸出端與電源的電源端相接，所述導線一和導線二上分別串接有通斷控制開關一和通斷控制開關二。上述超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征是所述換能器外殼和超聲波變幅桿均呈水平向布設；所述巖芯夾持器包括左右兩端均開口的夾持器外殼、同軸套裝在夾持器外殼內且左右兩端均開口的橡膠隔離套以及兩個分別對夾持器外殼和橡膠隔離套的左右兩端開口進行封堵的堵頭，所述被測試巖芯同軸套裝在橡膠隔離套內部；所述夾持器外殼的上部側壁上開有與其內腔相通的兩個豎向出液口一，兩個豎向出液口一中的一個豎向出液口一通過液壓管道與所述環壓供給裝置相接，且另一個豎向出液口一上安裝有對所述環壓供給裝置施加在被測試巖芯上的環向壓力進行同步檢測及顯示的壓力檢測及顯示單元三；兩個堵頭分別為進液口堵頭和出液口堵頭，所述進液口堵頭上開有兩個均與橡膠隔離套內腔相通的橫向進液口，兩個橫向進液口中的一個橫向進液口分別與所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道相接，且所述壓力檢測及顯示單元一安裝在另一個橫向進液口上；所述出液口堵頭上開有一個與橡膠隔離套內腔相通的橫向出液口，所述超聲波變幅桿通過密封安裝座密封安裝在橫向出液口上，所述密封安裝座內開有一個與橡膠隔離套內腔相通的出液腔，且密封安裝座上開有兩個均與所述出液腔相通的豎向出液口二，兩個所述豎向出液口二中的一個豎向出液口二通過外接管道與所述液體容器相接，且所述壓力檢測及顯示單元二安裝在另一個豎向出液口二上。上述超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征是所述輸水管道和輸油管道共用一個驅替液輸送管道，所述水路控制閥和油路控制閥共用一個單向控制閥一， 且所述輸水管道和輸油管道共用一個泵送設備一；所述化學試劑輸送控制閥為單向控制閥
二；所述泵送設備一為柱塞泵一且柱塞泵一通過連接管道與泵動力液存儲罐相接，所述化學試劑輸送管道上所裝的泵送設備為柱塞泵二且柱塞泵二通過連接管道與所述催化劑及反應助劑存儲裝置相接。上述超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征是所述空腔為圓柱狀空腔，振動模板為圓形板且所述圓形板的直徑小于所述空腔的直徑，平面電感線圈為圓形平面線圈且其直徑小于所述圓形板的直徑；所述超聲波變幅桿、換能器外殼、振動模板和平面電感線圈均呈同軸布設。同時，本發明還公開了一種操作簡便、實現方便、操作方式靈活且動態模擬實驗效果好的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、被測試巖芯預處理首先，對被測試巖芯的外部尺寸進行測量，同時對經清洗、烘干后的被測試巖芯的干重進行稱量，并對測量結果和稱量結果進行記錄；之后，將被測試巖芯經烘干、抽真空和飽和模擬地層水后再進行稱量，并相應獲得被測試巖芯的濕重且對稱量結果進行記錄；隨后，根據所記錄數據，計算得出被測試巖芯的孔隙度；步驟二、水驅實驗并相應測得被測試巖芯的初始水驅滲透率，其實驗過程如下201、將被測試巖芯經烘干、抽真空和飽和模擬地層水后裝入巖芯夾持器內；再按照需模擬地層的環境溫度條件，通過恒溫箱將巖芯夾持器連同夾于其內部的被測試巖芯以及儲水罐和儲油罐一起加熱至需模擬地層的環境溫度；所述需模擬地層的環境溫度為實驗設定溫度；202、參數調整按照需模擬地層的油藏壓力條件，對所述環壓供給裝置施加在被測試巖芯上的環向壓力進行控制調整；203、水驅替模擬實驗關閉油路控制閥和化學試劑輸送控制閥且開啟水路控制閥，同時啟動所述環壓供給裝置和安裝在所述輸水管道上的泵送設備，實現通過自儲水罐輸至巖芯夾持器內的模擬地層水對被測試巖芯進行水驅替動態模擬實驗；且水驅替動態模擬實驗過程中，對所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二實時所檢測的水壓進行連續觀測，當所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二之間所檢測水壓的差值保持穩定時，則水驅替動態模擬實驗結束；之后，按照水驅滲透率的常規計算方法，計算得出被測試巖芯的初始水驅滲透率；步驟三、油驅實驗并相應測得被測試巖芯的初始含油飽和度，其實驗過程如下首先，關閉水路控制閥和化學試劑輸送控制閥且開啟油路控制閥，同時啟動安裝在所述輸油管道上的泵送設備，通過自儲油罐輸至巖芯夾持器內的稠油對被測試巖芯進行油驅替水動態模擬實驗；且油驅替水過程中，對所述液體容器內的驅出水量進行連續觀測，當所述液體容器內的驅出水量不變時，則油驅替水動態模擬實驗結束，此時被測試巖芯內處于充分飽和油狀態；之后，按照常規含油飽和度計算方法，且結合油驅替水過程中所述液體容器內的驅出水量和步驟一中計算得出的被測試巖芯的孔隙度，計算得出被測試巖芯的初始含油飽和度；步驟四、水熱裂解模擬實驗對步驟三中處于充分飽和油狀態的被測試巖芯進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗;當對被測試巖芯進行單獨的水熱裂解實驗時，啟動蒸汽發生器將自儲水罐輸至巖芯夾持器內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將轉換后的水蒸汽輸至巖芯夾持器內，且通過輸至巖芯夾持器內的水蒸汽對被測試巖芯進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；且進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥并開啟所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pi = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥直至實驗結束；進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥和化學試劑輸送控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；當對被測試巖芯進行稠油層內催化水熱裂解實驗時，啟動蒸汽發生器將自儲水罐輸至巖芯夾持器內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器內，且通過輸至巖芯夾持器內且內部帶有稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的水蒸汽對被測試巖芯進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；且進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥直至實驗結束；進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；所述水路控制閥關閉之前，將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉；當對被測試巖芯進行超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，其實驗過程如下步驟401、參數調整對超聲波發生器的工作參數進行相應調整并對調整后的工作參數作以記錄，且通過調整超聲波發生器的工作參數，相應對超聲波換能器所產生超聲波的頻率和振幅進行調整；步驟402、超聲波處理條件下對被測試巖芯進行蒸汽吞吐動態模擬實驗先關閉出液控制閥并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，同時啟動蒸汽發生器將自儲水罐輸至巖芯夾持器內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器內；之后，對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；此時，啟動超聲波發生器和超聲波換能器，實現超聲波處理條件下對被測試巖芯進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；待所述水路控制閥關閉 24h±2h后，再打開出液控制閥直至實驗結束；所述水路控制閥關閉之前，將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉；超聲波處理條件下對被測試巖芯進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；且啟動超聲波發生器和超聲波換能器之前，先對超聲波發生器的工作參數進行相應調整并對調整后的工作參數作以記錄，且通過調整超聲波發生器的工作參數，對超聲波換能器所產生超聲波的頻率和振幅進行相應調整；本步驟中，進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗過程中，對所述液體容器內的驅出油量進行連續觀測，當所述液體容器內的驅出油量不變時則實驗結束；步驟五、數據整理步驟四中所述的單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗結束后，對所述液體容器內的驅出油量進行記錄，同時按照常規稠油水熱催化裂解反應的油樣分析處理方法對所述液體容器內的油樣進行分析處理。上述方法，其特征是步驟五中數據整理結束后，還需更換被測試巖芯，且重復步驟一至步驟五，分別對多個被更換的被測試巖芯進行多次水熱裂解模擬實驗；且多次水熱裂解模擬實驗過程中，通過對實驗設定溫度、被測試巖芯的種類、儲油罐內所存儲稠油的種類、所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的種類及配比或者超聲波換能器所產生超聲波的頻率、振幅或處理時間進行調整，即可得出不同實驗溫度、不同種類巖芯、不同種類稠油、不同種類稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑與不同頻率、不同振幅或不同時間超聲波處理條件下被測試巖芯的稠油層內水熱催化裂解實驗數據。上述方法，其特征是步驟二中所述的輸水管道分為連接于儲水罐與蒸汽發生器之間的管道段一和連接于蒸汽發生器與巖芯夾持器之間的管道段二，所述化學試劑輸送管道的出液口接在所述管道段二上，且步驟四中進行稠油層內催化水熱裂解實驗和超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑以點滴形式添加至所述管道段二內的水蒸汽中。上述方法，其特征是步驟五中按照常規稠油水熱催化裂解反應的油樣分析處理方法對所述液體容器內的油樣進行分析處理時，主要包括以下分析處理環節按照標準 SY/T6316-1997且用粘度計測量油樣粘度并計算降粘率、按照標準SY/T5119-1995且用柱層析法測定稠油族組成、使用蒸汽壓滲透儀且用VPO方法測定稠油平均相對分子量、用元素分析儀測定油樣中的碳、氫和氮含量、按照GB387-82且采用管式爐法測定油樣中的硫含量并根據油樣中碳、氫、氮和硫的含量且用減差法求得油樣中的氧含量和按照標準SY/T 5121-1986 (2005)且用紅外光譜法分析油樣的化學組成。上述方法，其特征是步驟四中超聲波處理條件下對被測試巖芯進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，所述超聲波發生器和超聲波換能器采用間歇式處理方式，且每處理5min 30min,間歇 5min 20min。本發明與現有技術相比具有以下優點I、裝置結構簡單、設計合理且安裝布設方便，使用操作簡單，投入成本低，能高效、 快速完成稠油水熱催化裂解動態模擬實驗。2、實現方便且操作方式靈活，可進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗。實際操作時，先將實驗用中間容器(即儲水罐和儲油罐)、巖芯夾持器等置于恒溫箱內。實驗過程中，首先，將巖芯抽空飽和實驗用水，并測定孔隙度及滲透率；然后，保持恒溫箱溫度一定，用稠油驅替到束縛水飽和度建立油層狀態，計算原始含油飽和度；之后，為了便于對比，分別做單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗和超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗。其中，在單獨的水熱裂解實驗中，用微量泵(即柱塞泵一)將地層水經蒸汽發生器轉化為水蒸汽后注入巖芯中，模擬蒸汽驅過程，記錄產油量，收集油樣； 在稠油層內催化水熱裂解實驗中，用微量泵將催化劑及助劑經單流閥以點滴式注入蒸汽管線，其后實驗步驟與單獨的水熱裂解實驗相同；對于超聲波輔助稠油層內催化水熱裂解實驗，在催化劑及助劑伴隨水蒸汽注入后，在巖芯另一端開始超聲波處理，其后步驟與單獨的水熱裂解實驗相同。最后，將從巖芯出口端收集到的油樣處理后分析油樣粘度、族組成、平均相對分子量、元素及稠油分子結構變化等，通過各參數之間的對比分析，揭示超聲波協同催化劑裂解稠油的主要控制因素、影響機制及裂解機理。3、實用價值高且推廣應用前景廣泛，將超聲波應用到稠油開采領域，并與稠油層內水熱催化裂解相結合。4、與常規稠油層內水熱催化裂解技術相比，將超聲波激勵與稠油層內水熱催化裂解相結合，利用超聲波在傳質、傳熱和化學反應等方面的獨特性能及與水熱催化裂解間的協同效應，能大大提高稠油層內水熱催化裂解效果。5、本發明所采用的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解中，超聲波裂解稠油具有高效、低成本、無污染等特點，是一種環境友好型的稠油裂解工藝，超聲波激勵在保證稠油水熱催化裂解效果的同時可減少催化劑用量，符合當今“生態化學工藝”的潮流和方向。6、本發明可用以研究不同超聲波頻率、功率、處理時間、處理方式及不同催化劑及助劑類型作用下的稠油層內裂解行為，揭示超聲波輔助稠油層內化學催化裂解規律與機理。7、本發明可在開發過程中實現稠油層內永久降粘，并相應在一定程度上解決稠油開采、舉升、輸運，甚至煉制中遇到的實際問題。8、本發明有效解決了超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解中的基礎實驗問題，可明確超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解的主要控制因素與影響機制，揭示超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解機理，為該技術的推廣應用提供一定理論支撐。綜上，本發明設計合理、安裝布設方便、功能完善且使用操作簡便、使用效果好，能有效解決稠油開采過程中存在的常規注蒸汽熱采稠油粘度易反彈、措施有效期短、常規層內水熱催化裂解技術效果受限等問題，本發明提供了一種能實現稠油永久降粘的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置及相應的實驗方法，能在一定程度上解決稠油開采、舉升、輸運，甚至煉制中遇到的實際問題。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖I為本發明所采用水熱催化裂解實驗裝置的使用狀態參考圖。圖2為本發明所采用超聲波換能器的結構示意圖。圖3為本發明所采用巖芯夾持器與超聲波換能器的連接結構示意圖。圖4為采用本發明進行超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時的方法流程圖。附圖標記說明
I-柱塞泵一；2-巖芯夾持器；2-1-夾持器外殼；
2_2_堵頭；2-3-橫向進液口 ；2-4-橫向出液口 ；
2-6-橡膠隔離套；2-7-豎向出液口 ；2-8-墊圈；
2-9-壓力表三；2-10-支撐腿；3-恒溫箱；
4-1-儲水罐；4-2-儲油罐；5-蒸汽發生器；
6-單向控制閥一；7-單向控制閥二 ；8-柱塞泵二 ；
9-壓力表三；10-玻璃存儲容器；11-泵動力液存儲罐
12-超聲波換能器;12-1-振動模板；12-2-平面電感線圈
12-3-電容器；12-4-電源；12-5-超聲波變幅桿
12-6-換能器外殼;13—環壓栗；14-玻璃量筒；
15-電纜；16-超聲波發生器；17-壓力表二 ；
19-被測試巖芯；20-壓力表一；21-安裝座；
22-出液控制閥。
具體實施例方式如圖I所示的一種超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，包括環壓供給裝置、儲水罐4-1、儲油罐4-2、催化劑及反應助劑存儲裝置、用于夾持被測試巖芯19的巖芯夾持器2和對被測試巖芯19進行超聲波處理的超聲波換能器12，以及與超聲波換能器12相接且為超聲波換能器12提供高頻交流電信號的超聲波發生器16和通過外接管道與巖芯夾持器2的出液口相接的液體容器，所述環壓供給裝置通過液壓管道與巖芯夾持器2的環壓接口相接且對位于巖芯夾持器2內部的被測試巖芯19施加環向壓力，儲水罐4-1通過輸水管道與巖芯夾持器2的進液口相接且儲水罐4-1內部存儲有模擬地層水，儲油罐4-2通過輸油管道與巖芯夾持器2的進液口相接且儲油罐4-2內部存儲有模擬稠油層內所存儲稠油，所述催化劑及反應助劑存儲裝置通過化學試劑輸送管道與巖芯夾持器2的進液口相接且內部存儲有稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑，所述巖芯夾持器2、儲水罐4-1和儲油罐4-2的外側布設有恒溫箱3，所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道上分別裝有水路控制閥、油路控制閥和化學試劑輸送控制閥，且所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道上均裝有泵送設備。所述超聲波換能器12安裝在巖芯夾持器2上，且所述巖芯夾持器2的進液口和出液口上分別安裝有壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二。所述輸水管道上裝有蒸汽發生器5。所述外接管道上裝有出液控制閥22。
結合圖2，所述超聲波換能器12為電磁感應式超聲波換能器，且所述電磁感應式超聲波換能器包括內部開有空腔的換能器外殼12-6、布設在所述空腔前部且能產生超聲波的振動模板12-1、布設在所述空腔內且位于振動模板12-1正后方的平面電感線圈12-2、與平面電感線圈12-2相并接的電容器12-3和并接在電容器12-3兩端的電源12_4，所述平面電感線圈12-2與電容器12-3之間通過導線一進行連接，所述電容器12-3與電源12_4 之間通過導線二進行連接，所述平面電感線圈12-2、電容器12-3和所述導線一的導線電阻形成RLC振蕩電路。所述換能器外殼12-6的前側外部布設有用于改變振動模板12-1所產生超聲波振幅的超聲波變幅桿12-5，所述超聲波變幅桿12-5密封安裝在巖芯夾持器2上， 且超聲波變幅桿12-5前部伸入至巖芯夾持器2內部。所述超聲波發生器6的輸出端與電源12-4的電源端相接，所述導線一和導線二上分別串接有通斷控制開關一和通斷控制開關二。本實施例中，所述換能器外殼12-6上開有散熱孔，或者內部安裝散熱元件。本實施例中，所述換能器外殼12-6和超聲波變幅桿12-5均呈水平向布設。所述通斷控制開關一和所述通斷控制開關二共用一個單刀雙擲開關K，所述單刀雙擲開關K的固定接線端通過導線與電容器12-3相接，且所述單刀雙擲開關K的另外兩個活動接線端分別通過導線一和導線二與平面電感線圈12-2和電源12-4相接。本實施例中，所述振動模板12-1為鋁板，且所述超聲波變幅桿12-5與換能器外殼 12-6加工制作為一體。實際使用時，通過電源12-4先給電容器12-3充電，然后再通過平面電感線圈12_2 放電。所述平面電感線圈12-2放電過程中，所述RLC振蕩電路中將產生按指數規律衰減的正弦電流，該正弦電流在平面電感線圈12-2中產生一交變磁場，此交變磁場的磁力線穿過振動模板12-1，并相應在振動模板12-1內形成渦流，平面電感線圈12-2中的電流與振動模板12-1內所形成的渦流之間有交變的力的作用，使振動模板12-1產生振動而發出超聲波。本實施例中，所述空腔為圓柱狀空腔，振動模板12-1為圓形板且所述圓形板的直徑小于所述空腔的直徑，平面電感線圈12-2為圓形平面線圈且其直徑小于所述圓形板的直徑。所述超聲波變幅桿12-5、換能器外殼12-6 (即所述密封空腔)、振動模板12-1和平面電感線圈12-2均呈同軸布設。如圖3所示，所述巖芯夾持器2包括左右兩端均開口的夾持器外殼2-1、同軸套裝在夾持器外殼2-1內且左右兩端均開口的橡膠隔離套2-6 (即橡膠筒)以及兩個分別對夾持器外殼2-1和橡膠隔離套2-6的左右兩端開口進行封堵的堵頭2-2，所述被測試巖芯19 同軸套裝在橡膠隔離套2-6內部。所述夾持器外殼2-1的上部側壁上開有與其內腔相通的兩個豎向出液口一 2-7，兩個豎向出液口一 2-7中的一個豎向出液口一 2-7通過液壓管道與所述環壓供給裝置相接(此豎向出液口一 2-7為環壓接口)，且另一個豎向出液口一 2-7 上安裝有對所述環壓供給裝置施加在被測試巖芯19上的環向壓力進行同步檢測及顯示的壓力檢測及顯示單元三；兩個堵頭2-2分別為進液口堵頭和出液口堵頭，所述進液口堵頭上開有兩個均與橡膠隔離套2-6內腔相通的橫向進液口 2-3，兩個橫向進液口 2-3中的一個橫向進液口 2-3分別與所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道相接，且所述壓力檢測及顯示單元一安裝在另一個橫向進液口 2-3上。所述出液口堵頭上開有一個與橡膠隔離套2-6內腔相通的橫向出液口 2-4，所述超聲波變幅桿12-5通過密封安裝座21密封安裝在橫向出液口 2-4上，所述密封安裝座21內開有一個與橡膠隔離套2-6內腔相通的出液腔，且密封安裝座21上開有兩個均與所述出液腔相通的豎向出液口二，兩個所述豎向出液口二中的一個豎向出液口二通過外接管道與所述液體容器相接，且所述壓力檢測及顯示單元二安裝在另一個豎向出液口二上。實際安裝時，超聲波變幅桿12-5與被測試巖芯19呈同軸布設。本實施例中，所述輸水管道和輸油管道共用一個驅替液輸送管道，所述水路控制閥和油路控制閥共用一個單向控制閥一 6，且所述輸水管道和輸油管道共用一個泵送設備一。所述化學試劑輸送控制閥為單向控制閥二 7。所述泵送設備一為柱塞泵一 I且柱塞泵一 I通過連接管道與泵動力液存儲罐11相接，所述化學試劑輸送管道上所裝的泵送設備為柱塞泵二 8且柱塞泵二 8通過連接管道與所述催化劑及反應助劑存儲裝置相接。實際使用過程中，所述儲水罐4-1和儲油罐4-2用于儲存驅替液和緩沖液體流速， 超聲波換能器12將超聲波發生器16所提供的高頻電信號轉換成超聲波。本實施例中，所述柱塞泵一 I的輸出壓力為O 42Mpa且其流量O 9. 9mL/min,所述壓力檢測及顯示單元一為壓力表一 20，所述壓力檢測及顯示單元二為壓力表二 17。本實施例中，所述液體容器為刻度管,且所述刻度管為刻度單位為O. Iml的玻璃量筒14。實際使用時，也可以選用其它刻度單位為O. Iml的玻璃量筒10。所述催化劑及反應助劑存儲裝置為玻璃存儲容器10。所述環壓供給裝置為對被測試巖芯19外圍施加地層模擬壓力的環壓泵13。所述壓力檢測及顯示單元三為壓力表三9。兩個所述堵頭2-2的前端部與被測試巖芯19的左右端部之間墊裝有墊圈2-8，夾持器外殼2-1下部設置有支撐腿2-10。本實施例中，所述橫向進液口 2-3、橫向出液口 2-4 和豎向出液口一 2-7上均安裝有管線壓緊帽，且所述管線壓緊帽由lCrl7Ni9Ti加工成型， 堵頭2-2由lCrl7Ni9Ti加工成型，夾持器外殼2-1由lCrl7Ni9Ti加工成型，墊圈2-8由 lCrl7Ni9Ti加工成型。實際安裝時，先在夾持器外殼2_1 —端安裝堵頭2_2，將被測試巖芯 19裝入夾持器外殼2-1后，再安裝另一端的堵頭2-2。本實施例中，兩個橫向進液口 2-3開在夾持器外殼2-1的左側,橫向出液口 2-4開在夾持器外殼2-1的右側，所述超聲波變幅桿12-5由右至左自夾持器外殼2-1右側的堵頭 2-2插入至夾持器外殼2-1內部且其前端部緊抵被測試巖芯19的右端部所設置的墊圈2-8 上。綜上，泵動力液存儲罐11用來儲存入泵動力液，如煤油、蒸餾水等。所述儲水罐 4-1和儲油罐4-2由lCrl8Ni9Ti鋼板加工成型，儲水罐4_1和儲油罐4_2的上部出口和下部進口處均安裝有高壓閥門，從進口進入的帶壓液體(指泵動力液)推動儲水罐4-1和儲油罐4-2中的活塞上行，活塞再推動活塞上方的驅替液運動，經上部出口后送至巖芯夾持器2的進液口。所述壓力檢測及顯示單元一用來測量驅替壓力，巖芯夾持器2用于固定被測試巖芯19，環壓供給裝置(具體采用環壓泵13)給夾于巖芯夾持器2內的被測試巖芯I 外圍施加地層模擬壓力，所述壓力檢測及顯示單元二用來測量驅替出口壓力，所述液體容器用來計量驅替出液量。所述超聲波換能器12將超聲波發生器16所提供的高頻電信號轉換成超聲波并作用于巖芯上。所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二的底座為六通閥，用lCrl8Ni9Ti加工成型。所述超聲波發生器16與超聲波換能器12之間通過電纜15進行連接。如圖4所示的一種超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗方法，包括以下步驟
步驟一、被測試巖芯預處理首先，對被測試巖芯19的外部尺寸進行測量，同時對經清洗、烘干后的被測試巖芯19的干重進行稱量，并對測量結果和稱量結果進行記錄；再按照常規油相滲透率測試方法，將被測試巖芯19經烘干、抽真空和飽和模擬地層水后再進行稱量，并相應獲得被測試巖芯19的濕重且對稱量結果進行記錄；隨后，根據所記錄數據， 計算得出被測試巖芯19的孔隙度(孔隙度指巖樣中所有孔隙空間體積之和與該巖樣體積的比值)。步驟二、水驅實驗并相應測得被測試巖芯19的初始水驅滲透率，其實驗過程如下201、將被測試巖芯19經烘干、抽真空和飽和模擬地層水后裝入巖芯夾持器2內； 再按照需模擬地層的環境溫度條件，通過恒溫箱3將巖芯夾持器2連同夾于其內部的被測試巖芯19以及儲水罐4-1和儲油罐4-2 —起加熱至需模擬地層的環境溫度。實驗過程中， 所述巖芯夾持器2、儲水罐4-1和儲油罐4-2均置于恒溫箱3內部。所述需模擬地層的環境溫度為實驗設定溫度。本步驟中，通過恒溫箱3將巖芯夾持器2連同夾于其內部的被測試巖芯19以及儲水罐4-1和儲油罐4-2 —起加熱至需模擬地層的環境溫度，具體是通過恒溫箱3對巖芯夾持器2、儲水罐4-1和儲油罐4-2進行加熱，將夾于巖芯夾持器2內的被測試巖芯19、儲水罐4-1內所存儲的模擬地層水和儲油罐4-2內所存儲的模擬稠油層內所存儲稠油一起加熱至需模擬地層的環境溫度。202、參數調整按照需模擬地層的油藏壓力條件，對所述環壓供給裝置施加在被測試巖芯19上的環向壓力進行控制調整。203、水驅替模擬實驗關閉油路控制閥和化學試劑輸送控制閥且開啟水路控制閥，同時啟動所述環壓供給裝置和安裝在所述輸水管道上的泵送設備，實現通過自儲水罐 4-1輸至巖芯夾持器2內的模擬地層水對被測試巖芯19進行水驅替動態模擬實驗；且水驅替動態模擬實驗過程中，對所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二實時所檢測的水壓進行連續觀測，當所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二之間所檢測水壓的差值保持穩定時，則水驅替動態模擬實驗結束；之后，按照水驅滲透率的常規計算方法，計算得出被測試巖芯19的初始水驅滲透率。所述水驅滲透率為水驅替過程結束后，被測試巖芯19的滲透率，且該滲透率為液測滲透率。步驟三、油驅實驗并相應測得被測試巖芯19的初始含油飽和度，其實驗過程如下首先，關閉水路控制閥和化學試劑輸送控制閥且開啟油路控制閥，同時啟動安裝在所述輸油管道上的泵送設備，通過自儲油罐4-2輸至巖芯夾持器2內的稠油對被測試巖芯19進行油驅替水動態模擬實驗；且油驅替水過程中，對所述液體容器內的驅出水量進行連續觀測，當所述液體容器內的驅出水量不變時，則油驅替水動態模擬實驗結束，此時被測試巖芯 I內處于充分飽和油狀態；之后，按照常規含油飽和度計算方法，且結合油驅替水過程中所述液體容器內的驅出水量和步驟一中計算得出的被測試巖芯19的孔隙度，計算得出被測試巖芯19的初始含油飽和度(含油飽和度指油層有效孔隙中含油體積和巖石有效孔隙體積之比，以百分數表示)。步驟四、水熱裂解模擬實驗對步驟三中處于充分飽和油狀態的被測試巖芯19進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗。當對被測試巖芯19進行單獨的水熱裂解實驗時，啟動蒸汽發生器5將自儲水罐 4-1輸至巖芯夾持器2內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將轉換后的水蒸汽輸至巖芯夾持器2內，且通過輸至巖芯夾持器2內的水蒸汽對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐(所謂蒸汽吞吐就是先向油井注入一定量的蒸汽，關井一段時間，待蒸汽的熱能向油層擴散后，再開井生產的一種開采重油的增產方法)動態模擬實驗。且進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥22并開啟所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；待所述水路控制閥關閉24h±2h 后，再打開出液控制閥22直至實驗結束；進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥和化學試劑輸送控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱3和環壓供給裝置始終處于開啟狀態。當對被測試巖芯19進行稠油層內催化水熱裂解實驗時，啟動蒸汽發生器5將自儲水罐4-1輸至巖芯夾持器2內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器2內，且通過輸至巖芯夾持器2內且內部帶有稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的水蒸汽對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗。且進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥22并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥22直至實驗結束；進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱3和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；所述水路控制閥關閉之前，將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器2內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器2內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉。當對被測試巖芯19進行超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，其實驗過程如下步驟401、參數調整對超聲波發生器16的工作參數進行相應調整并對調整后的工作參數作以記錄，且通過調整超聲波發生器16的工作參數，相應對超聲波換能器12所產生超聲波的頻率和振幅進行調整；步驟402、超聲波處理條件下對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗先關閉出液控制閥22并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，同時啟動蒸汽發生器5將自儲水罐4-1輸至巖芯夾持器2內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器2內；之后， 對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa 時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；此時，啟動超聲波發生器16和超聲波換能器12，實現超聲波處理條件下對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥22直至實驗結束；所述水路控制閥關閉之前，將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器2 內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器2內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉。綜上，步驟402中啟動蒸汽發生器5以將自儲水罐4-1輸至巖芯夾持器2內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器2內。且超聲波處理條件下對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥22并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；；與此同時， 啟動超聲波發生器16和超聲波換能器12，實現超聲波處理條件下對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥22直至實驗結束；所述水路控制閥關閉之前，將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器2內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器2內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉。超聲波處理條件下對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱3和環壓供給裝置始終處于開啟狀態。且啟動超聲波發生器16和超聲波換能器12之前，先對超聲波發生器16的工作參數進行相應調整并對調整后的工作參數作以記錄，且通過調整超聲波發生器16的工作參數，對超聲波換能器12所產生超聲波的頻率和振幅進行相應調整。且超聲波處理條件下對被測試巖芯19進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述超聲波發生器16和超聲波換能器12全程對被測試巖芯19進行超聲波處理，且采用間歇式處理方式，即每處理5min 30min,間歇5min 20min。本實施例中，進行超聲波處理時， 每處理lOmin，間歇lOmin，實際操作過程中，可根據實際具體需要，對超聲波處理時間和間隔時間進行相應調整。本步驟中，進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗過程中，對所述液體容器內的驅出油量進行連續觀測，當所述液體容器內的驅出油量不變時則實驗結束。步驟五、數據整理步驟四中所述的單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗結束后，對所述液體容器內的驅出油量進行記錄，同時按照常規稠油水熱催化裂解反應的油樣分析處理方法對所述液體容器內的油樣進行分析處理，具體是分析油樣粘度、族組成、平均相對分子量、元素組成和稠油分子結構變化情況。本實施例中，步驟五中數據整理結束后，還需更換被測試巖芯19，且重復步驟一至步驟五，分別對多個被更換的被測試巖芯19進行多次水熱裂解模擬實驗；且多次水熱裂解模擬實驗過程中，通過對實驗設定溫度、被測試巖芯19的種類、儲油罐4-2內所存儲稠油的種類、所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的種類及配比或者超聲波換能器12所產生超聲波的頻率、振幅或處理時間進行調整，即可得出不同實驗溫度、不同種類巖芯、不同種類稠油、不同種類稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑與不同頻率、不同振幅或不同時間超聲波處理條件下被測試巖芯19的稠油層內水熱催化裂解實驗數據。綜上，實際操作過程中，通過更換被測試巖芯19并相應分別對多個被更換的被測試巖芯19進行多次水熱裂解模擬實驗，且模擬實驗過程中可以對被測試巖芯19的種類、 所采用稠油的種類、所采用稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的種類及配比、恒溫箱3 所維持的實驗溫度以及超聲波發生器16和超聲波換能器12的工作參數進行調整，也就是說實驗中可使用不同油樣、不同催化劑及其助劑，并可改變反應物比例、反應溫度、超聲波頻率、超聲波功率、超聲波處理時間、超聲波處理方式等來研究超聲波輔助稠油層內催化裂解行為，揭示超聲波輔助稠油層內化學催化裂解規律與機理。本實施例中，步驟二中所述的輸水管道分為連接于儲水罐4-1與蒸汽發生器5之間的管道段一和連接于蒸汽發生器5與巖芯夾持器2之間的管道段二，所述化學試劑輸送管道的出液口接在所述管道段二上，且步驟四中進行稠油層內催化水熱裂解實驗和超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑以點滴形式添加至所述管道段二內的水蒸汽中。步驟五中按照常規稠油水熱催化裂解反應的油樣分析處理方法對所述液體容器內的油樣進行分析處理時，主要是分析油樣粘度、族組成、平均相對分子量、元素組成和稠油分子結構變化等，通過各參數之間的對比分析，揭示超聲波協同催化劑裂解稠油的主要控制因素、影響機制及裂解機理。本實施例中，對所述液體容器內的油樣進行分析處理時，主要包括以下分析處理環節按照標準SY/T6316-1997且用粘度計測量油樣粘度并計算降粘率、按照標準SY/ T5119-1995且用柱層析法測定稠油族組成、使用蒸汽壓滲透儀且用VPO方法(即氣相滲透法)測定稠油平均相對分子量、用元素分析儀測定油樣中的碳、氫和氮含量、按照GB387-82 且采用管式爐法測定油樣中的硫含量并根據油樣中碳、氫、氮和硫的含量且用減差法求得油樣中的氧含量和按照標準SY/T 5121-1986(2005)且用紅外光譜法分析油樣的化學組成。本實施例中，所采用的粘度計為Brookfield粘度計，所采用的蒸汽壓滲透儀為 Knauer K-700蒸汽壓滲透儀,所采用的元素分析儀為ElementarVario ELIII元素分析儀, 所采用的紅外光譜儀為EQUINOX 55型傅里葉變換紅外光譜儀。本實施例中，首先，將人造巖芯抽空飽和模擬地層水，并測定孔隙度及滲透率；然后，保持恒溫箱3內的溫度為90°C，用稠油驅替到束縛水飽和度建立油層狀態，計算原始含油飽和度。步驟四中進行單獨的水熱裂解實驗中，用泵送設備將模擬地層水經蒸汽發生器5 轉化為200°C的水蒸汽并注入巖芯中，模擬蒸汽驅過程，記錄產油量，并測量驅出的油樣在 50°C下脫水后的粘度。步驟四中進行稠油層內催化水熱裂解實驗時，用泵送設備將催化劑與助劑以點滴形式同步注入蒸汽管線(即所述管道段二，流量為0.5mL/min)。步驟四中進行超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，在催化劑與助劑伴隨水蒸汽注入后，在巖芯另一端開始超聲波處理，超聲波每處理IOmin,間歇IOmin,且實驗結果見表I :表I水熱催化裂解動態模擬實驗稠油粘度與采收率變化數據統計表巖芯氣測滲透率孔隙 產油 釆收率降粘
實驗項目
編號 /lOAim2 度/% 量/mL /% 率/%
單獨的水熱裂解實
11011 31.1 4.3 28. 25 41.5
驗
稠油層內催化水熱
21002 32.4 7.5 45.62 72.5
裂解實驗
超聲波輔助稠油層
內水熱催化裂解實 31005 31.6 8.3 53.91 80. 5
驗 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技 術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征在于包括環壓供給裝置、儲水罐(4-1)、儲油罐(4-2)、催化劑及反應助劑存儲裝置、用于夾持被測試巖芯(19)的巖芯夾持器⑵和對被測試巖芯(19)進行超聲波處理的超聲波換能器(12)，以及與超聲波換能器(12)相接且為超聲波換能器(12)提供高頻交流電信號的超聲波發生器(16)和通過外接管道與巖芯夾持器(2)的出液口相接的液體容器，所述環壓供給裝置通過液壓管道與巖芯夾持器(2)的環壓接口相接且對位于巖芯夾持器(2)內部的被測試巖芯(19)施加環向壓力，儲水罐(4-1)通過輸水管道與巖芯夾持器(2)的進液口相接且儲水罐(4-1)內部存儲有模擬地層水，儲油罐(4-2)通過輸油管道與巖芯夾持器(2)的進液口相接且儲油罐(4-2)內部存儲有模擬稠油層內所存儲稠油，所述催化劑及反應助劑存儲裝置通過化學試劑輸送管道與巖芯夾持器(2)的進液口相接且內部存儲有稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑，所述巖芯夾持器(2)、儲水罐(4-1)和儲油罐(4-2)的外側布設有恒溫箱(3)， 所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道上分別裝有水路控制閥、油路控制閥和化學試劑輸送控制閥，且所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道上均裝有泵送設備；所述超聲波換能器(12)安裝在巖芯夾持器⑵上，且所述巖芯夾持器⑵的進液口和出液口上分別安裝有壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二；所述輸水管道上裝有蒸汽發生器(5);所述外接管道上裝有出液控制閥(22)。
2.按照權利要求I所述的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征在于 所述超聲波換能器(12)為電磁感應式超聲波換能器，且所述電磁感應式超聲波換能器包括內部開有空腔的換能器外殼(12-6)、布設在所述空腔前部且能產生超聲波的振動模板 (12-1)、布設在所述空腔內且位于振動模板(12-1)正后方的平面電感線圈(12-2)、與平面電感線圈(12-2)相并接的電容器(12-3)和并接在電容器(12-3)兩端的電源(12_4)，所述平面電感線圈(12-2)與電容器(12-3)之間通過導線一進行連接，所述電容器(12-3)與電源(12-4)之間通過導線二進行連接，所述平面電感線圈(12-2)、電容器(12-3)和所述導線一的導線電阻形成RLC振蕩電路；所述換能器外殼(12-6)的前側外部布設有用于改變振動模板(12-1)所產生超聲波振幅的超聲波變幅桿(12-5)，所述超聲波變幅桿(12-5)密封安裝在巖芯夾持器(2)上，且超聲波變幅桿(12-5)前部伸入至巖芯夾持器(2)內部；所述超聲波發生器(16)的輸出端與電源(12-4)的電源端相接，所述導線一和導線二上分別串接有通斷控制開關一和通斷控制開關二。
3.按照權利要求2所述的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征在于 所述換能器外殼(12-6)和超聲波變幅桿(12-5)均呈水平向布設；所述巖芯夾持器(2)包括左右兩端均開口的夾持器外殼(2-1)、同軸套裝在夾持器外殼(2-1)內且左右兩端均開口的橡膠隔離套(2-6)以及兩個分別對夾持器外殼(2-1)和橡膠隔離套(2-6)的左右兩端開口進行封堵的堵頭(2-2)，所述被測試巖芯(19)同軸套裝在橡膠隔離套(2-6)內部； 所述夾持器外殼(2-1)的上部側壁上開有與其內腔相通的兩個豎向出液口一(2-7)，兩個豎向出液口一(2-7)中的一個豎向出液口一(2-7)通過液壓管道與所述環壓供給裝置相接，且另一個豎向出液口一(2-7)上安裝有對所述環壓供給裝置施加在被測試巖芯(19) 上的環向壓力進行同步檢測及顯示的壓力檢測及顯示單元三；兩個堵頭(2-2)分別為進液口堵頭和出液口堵頭，所述進液口堵頭上開有兩個均與橡膠隔離套(2-6)內腔相通的橫向進液口(2-3)，兩個橫向進液口(2-3)中的一個橫向進液口(2-3)分別與所述輸水管道、輸油管道和化學試劑輸送管道相接，且所述壓力檢測及顯示單元一安裝在另一個橫向進液口 (2-3)上；所述出液口堵頭上開有一個與橡膠隔離套(2-6)內腔相通的橫向出液口(2-4)， 所述超聲波變幅桿(12-5)通過密封安裝座(21)密封安裝在橫向出液口(2-4)上，所述密封安裝座(21)內開有一個與橡膠隔離套(2-6)內腔相通的出液腔，且密封安裝座(21)上開有兩個均與所述出液腔相通的豎向出液口二，兩個所述豎向出液口二中的一個豎向出液口二通過外接管道與所述液體容器相接，且所述壓力檢測及顯示單元二安裝在另一個豎向出液口二上。
4.按照權利要求1、2或3所述的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征在于所述輸水管道和輸油管道共用一個驅替液輸送管道，所述水路控制閥和油路控制閥共用一個單向控制閥一 ￠)，且所述輸水管道和輸油管道共用一個泵送設備一；所述化學試劑輸送控制閥為單向控制閥二(7);所述泵送設備一為柱塞泵一(I)且柱塞泵一(I)通過連接管道與泵動力液存儲罐(11)相接，所述化學試劑輸送管道上所裝的泵送設備為柱塞泵二(8)且柱塞泵二(8)通過連接管道與所述催化劑及反應助劑存儲裝置相接。
5.按照權利要求2或3所述的超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置，其特征在于所述空腔為圓柱狀空腔，振動模板(12-1)為圓形板且所述圓形板的直徑小于所述空腔的直徑，平面電感線圈(12-2)為圓形平面線圈且其直徑小于所述圓形板的直徑；所述超聲波變幅桿(12-5)、換能器外殼(12-6)、振動模板(12-1)和平面電感線圈(12_2)均呈同軸布設。
6.一種利用如權利要求I所述實驗裝置對被測試巖芯進行超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗的方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、被測試巖芯預處理首先，對被測試巖芯(19)的外部尺寸進行測量，同時對經清洗、烘干后的被測試巖芯(19)的干重進行稱量，并對測量結果和稱量結果進行記錄；之后，將被測試巖芯(19)經烘干、抽真空和飽和模擬地層水后再進行稱量，并相應獲得被測試巖芯(19)的濕重且對稱量結果進行記錄；隨后，根據所記錄數據，計算得出被測試巖芯 (19)的孔隙度；步驟二、水驅實驗并相應測得被測試巖芯(19)的初始水驅滲透率，其實驗過程如下·201、將被測試巖芯(19)經烘干、抽真空和飽和模擬地層水后裝入巖芯夾持器(2)內； 再按照需模擬地層的環境溫度條件，通過恒溫箱(3)將巖芯夾持器(2)連同夾于其內部的被測試巖芯(19)以及儲水罐(4-1)和儲油罐(4-2) —起加熱至需模擬地層的環境溫度；所述需模擬地層的環境溫度為實驗設定溫度；·202、參數調整按照需模擬地層的油藏壓力條件，對所述環壓供給裝置施加在被測試巖芯(19)上的環向壓力進行控制調整；·203、水驅替模擬實驗關閉油路控制閥和化學試劑輸送控制閥且開啟水路控制閥，同時啟動所述環壓供給裝置和安裝在所述輸水管道上的泵送設備，實現通過自儲水罐(4-1) 輸至巖芯夾持器(2)內的模擬地層水對被測試巖芯(19)進行水驅替動態模擬實驗；且水驅替動態模擬實驗過程中，對所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二實時所檢測的水壓進行連續觀測，當所述壓力檢測及顯示單元一和壓力檢測及顯示單元二之間所檢測水壓的差值保持穩定時，則水驅替動態模擬實驗結束；之后，按照水驅滲透率的常規計算方法，計算得出被測試巖芯(19)的初始水驅滲透率；步驟三、油驅實驗并相應測得被測試巖芯(19)的初始含油飽和度，其實驗過程如下 首先，關閉水路控制閥和化學試劑輸送控制閥且開啟油路控制閥，同時啟動安裝在所述輸油管道上的泵送設備，通過自儲油罐(4-2)輸至巖芯夾持器(2)內的稠油對被測試巖芯 (19)進行油驅替水動態模擬實驗；且油驅替水過程中，對所述液體容器內的驅出水量進行連續觀測，當所述液體容器內的驅出水量不變時，則油驅替水動態模擬實驗結束，此時被測試巖芯(I)內處于充分飽和油狀態；之后，按照常規含油飽和度計算方法，且結合油驅替水過程中所述液體容器內的驅出水量和步驟一中計算得出的被測試巖芯(19)的孔隙度，計算得出被測試巖芯(19)的初始含油飽和度；步驟四、水熱裂解模擬實驗對步驟三中處于充分飽和油狀態的被測試巖芯(19)進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗;當對被測試巖芯(19)進行單獨的水熱裂解實驗時，啟動蒸汽發生器(5)將自儲水罐 (4-1)輸至巖芯夾持器(2)內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將轉換后的水蒸汽輸至巖芯夾持器(2)內，且通過輸至巖芯夾持器(2)內的水蒸汽對被測試巖芯(19)進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；且進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥(22)并開啟所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥(22)直至實驗結束；進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥和化學試劑輸送控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱(3)和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；當對被測試巖芯(19)進行稠油層內催化水熱裂解實驗時，啟動蒸汽發生器(5)將自儲水罐(4-1)輸至巖芯夾持器(2)內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器(2)內，且通過輸至巖芯夾持器(2)內且內部帶有稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的水蒸汽對被測試巖芯(19)進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；且進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，先關閉出液控制閥(22)并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，之后對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥(22)直至實驗結束；進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱(3)和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；所述水路控制閥關閉之前， 將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器(2)內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器(2)內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉；當對被測試巖芯(19)進行超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，其實驗過程如下步驟401、參數調整對超聲波發生器(16)的工作參數進行相應調整并對調整后的工作參數作以記錄，且通過調整超聲波發生器(16)的工作參數，相應對超聲波換能器(12)所廣生超聲波的頻率和振幅進行調整；步驟402、超聲波處理條件下對被測試巖芯(19)進行蒸汽吞吐動態模擬實驗先關閉出液控制閥(22)并開啟所述化學試劑輸送控制閥、所述水路控制閥以及安裝在所述輸水管道和化學試劑輸送管道上的泵送設備，同時啟動蒸汽發生器(5)將自儲水罐(4-1)輸至巖芯夾持器(2)內的模擬地層水轉換為水蒸汽，并將所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑隨同所述水蒸汽一道輸至巖芯夾持器 (2)內；之后，對所述壓力檢測及顯示單元一所顯示的壓力值Pl進行連續觀測，且待Pl = 10MPa±2MPa時，關閉所述水路控制閥和安裝在所述輸水管道上的泵送設備；此時，啟動超聲波發生器(16)和超聲波換能器(12)，實現超聲波處理條件下對被測試巖芯(19)進行蒸汽吞吐動態模擬實驗；待所述水路控制閥關閉24h±2h后，再打開出液控制閥(22)直至實驗結束；所述水路控制閥關閉之前，將實驗所需的所述催化劑及反應助劑隨同水蒸汽全部輸送至巖芯夾持器(2)內，且待實驗所需的所述催化劑及反應助劑全部輸送至巖芯夾持器 (2)內后將所述化學試劑輸送控制閥和安裝在所述化學試劑輸送管道上的泵送設備均關閉；超聲波處理條件下對被測試巖芯(19)進行蒸汽吞吐動態模擬實驗過程中，所述油路控制閥始終處于關閉狀態，且所述恒溫箱(3)和環壓供給裝置始終處于開啟狀態；且啟動超聲波發生器(16)和超聲波換能器(12)之前，先對超聲波發生器(16)的工作參數進行相應調整并對調整后的工作參數作以記錄，且通過調整超聲波發生器(16)的工作參數，對超聲波換能器(12)所產生超聲波的頻率和振幅進行相應調整；本步驟中，進行單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗過程中，對所述液體容器內的驅出油量進行連續觀測，當所述液體容器內的驅出油量不變時則實驗結束；步驟五、數據整理步驟四中所述的單獨的水熱裂解實驗、稠油層內催化水熱裂解實驗或超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗結束后，對所述液體容器內的驅出油量進行記錄，同時按照常規稠油水熱催化裂解反應的油樣分析處理方法對所述液體容器內的油樣進行分析處理。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于步驟五中數據整理結束后，還需更換被測試巖芯(19)，且重復步驟一至步驟五，分別對多個被更換的被測試巖芯(19)進行多次水熱裂解模擬實驗；且多次水熱裂解模擬實驗過程中，通過對實驗設定溫度、被測試巖芯(19) 的種類、儲油罐(4-2)內所存儲稠油的種類、所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑的種類及配比或者超聲波換能器(12)所產生超聲波的頻率、振幅或處理時間進行調整，即可得出不同實驗溫度、不同種類巖芯、不同種類稠油、 不同種類稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑與不同頻率、不同振幅或不同時間超聲波處理條件下被測試巖芯(19)的稠油層內水熱催化裂解實驗數據。
8.按照權利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟二中所述的輸水管道分為連接于儲水罐(4-1)與蒸汽發生器(5)之間的管道段一和連接于蒸汽發生器(5)與巖芯夾持器 (2)之間的管道段二，所述化學試劑輸送管道的出液口接在所述管道段二上，且步驟四中進行稠油層內催化水熱裂解實驗和超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗時，所述催化劑及反應助劑存儲裝置內所存儲的稠油水熱催化裂解反應用催化劑與助劑以點滴形式添加至所述管道段二內的水蒸汽中。
9.按照權利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟五中按照常規稠油水熱催化裂解反應的油樣分析處理方法對所述液體容器內的油樣進行分析處理時，主要包括以下分析處理環節按照標準SY/T6316-1997且用粘度計測量油樣粘度并計算降粘率、按照標準SY/ T5119-1995且用柱層析法測定稠油族組成、使用蒸汽壓滲透儀且用VPO方法測定稠油平均相對分子量、用元素分析儀測定油樣中的碳、氫和氮含量、按照GB387-82且采用管式爐法測定油樣中的硫含量并根據油樣中碳、氫、氮和硫的含量且用減差法求得油樣中的氧含量和按照標準SY/T 5121-1986(2005)且用紅外光譜法分析油樣的化學組成。
10.按照權利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟四中超聲波處理條件下對被測試巖芯(19)進行蒸汽吞吐動態模擬實驗時，所述超聲波發生器(16)和超聲波換能器(12) 采用間歇式處理方式，且每處理5min 30min,間歇5min 20min。
全文摘要
本發明公開了一種超聲波輔助稠油層內水熱催化裂解實驗裝置及實驗方法，其實驗裝置包括巖芯夾持器、環壓供給裝置、儲水罐、儲油罐、超聲波換能器、超聲波發生器、液體容器、催化劑及反應助劑存儲裝置和恒溫箱；儲水罐與巖芯夾持器之間的輸水管道上裝有蒸汽發生器；其實驗方法包括步驟一、被測試巖芯預處理；二、水驅實驗并相應測得被測試巖芯的初始水驅滲透率；三、油驅實驗并相應測得被測試巖芯的初始含油飽和度；四、水熱裂解模擬實驗；五、數據整理。本發明設計合理、安裝布設方便、功能完善且使用操作簡便、使用效果好，能解決稠油開采過程中存在的常規注蒸汽熱采稠油粘度易反彈、措施有效期短、常規層內水熱催化裂解技術效果受限等問題。
文檔編號E21B47/00GK102587874SQ201210086399
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者劉靜, 吳飛鵬, 張兵, 蒲春生, 許洪星 申請人:中國石油大學(華東)