燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置、能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置、能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量方法，這種裝置能夠合理測(cè)定原油(包括稠油)與空氣(包括氧氣)反應(yīng)的活化能，所述燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置包括燃燒池池體(2)，燃燒池池體(2)為一不銹鋼圓筒和兩個(gè)連接法蘭組成，法蘭中間開孔作為氣體的進(jìn)出通道，燃燒池池體(2)的頂部開口端密封連接有燃燒池端蓋(3)，燃燒池端蓋(3)上設(shè)有第一通孔(31)，燃燒池池體(2)的底部法蘭有第二通孔(21)，燃燒池池體(2)的底端內(nèi)設(shè)有用于防止砂粒進(jìn)入第二通孔(21)的過(guò)濾裝置(10)。該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)直接測(cè)得溫度和產(chǎn)物濃度隨時(shí)間的變化，然后通過(guò)相關(guān)計(jì)算，可以得到原油試樣的活化能和指前因子。
【專利說(shuō)明】燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置、能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油開采實(shí)驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的是一種稠油與空氣（包括氧氣） 反應(yīng)活化能測(cè)定及反應(yīng)機(jī)理研究的燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，還是一種含有該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置的能 夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，更是一種利用該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定活化能的測(cè)量 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一個(gè)傳統(tǒng)的技術(shù)，蒸汽吞吐及蒸汽驅(qū)開發(fā)稠油油藏已在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的 應(yīng)用，并形成了一套從室內(nèi)研究到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一系列配套的研究方法和技術(shù)。但由于這種 技術(shù)能耗大、熱量利用率低及污染嚴(yán)重等問(wèn)題，在環(huán)境要求越來(lái)越高的當(dāng)前，其局限性也越 來(lái)越突顯。當(dāng)油藏的原油越重、埋深越大，其開發(fā)效果越差。而注空氣技術(shù)由于成本低，污 染小、適用油藏范圍廣等優(yōu)勢(shì)，在目前的稠油開發(fā)中得到越來(lái)越多的關(guān)注。
[0003] 火燒油層（In-situ combustion，或ISC)是一種重要的稠油熱采方法，又稱為就 地燃燒法或火驅(qū)采油法。即在一口或數(shù)口井中點(diǎn)燃油層后，不斷的將空氣或含氧氣體注入 到油層中，形成徑向移動(dòng)的火線（燃燒前緣），火線在油層中與有機(jī)燃料反應(yīng)，產(chǎn)生大量的 熱，原油受熱之后粘度降低，并且伴隨蒸餾作用。蒸餾后的輕質(zhì)油、汽與燃燒煙氣向前驅(qū)替， 留下的重質(zhì)成分在高溫下發(fā)生裂解，裂解的產(chǎn)物焦炭作為燃料，維持火線向前推進(jìn)；油層中 的水（包括油層原始含水、束縛水、注入水以及燃燒產(chǎn)生的水）在高溫下變?yōu)檎羝蚯胺?的油層傳遞大量的熱，再次洗刷油層，最終形成一個(gè)多種效應(yīng)結(jié)合的驅(qū)替過(guò)程，將原油驅(qū)向 生產(chǎn)井。
[0004] 所謂火燒油層技術(shù)的物理模擬是指是通過(guò)室內(nèi)的物理實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬真實(shí)的地下火 燒驅(qū)油過(guò)程。在滿足基本相似條件（溫度、壓力等條件相似）的基礎(chǔ)上，模擬真實(shí)火驅(qū)過(guò)程 的主要特征，如原油的自燃溫度、燃料消耗量、空氣需要量等。目前常用的火驅(qū)物理模擬裝 置有：燃燒釜、一維燃燒管、三維火燒物模裝置，但現(xiàn)有的火驅(qū)物理模擬裝置均無(wú)法給出火 燒油層數(shù)值模擬所需要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)一活化能的值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有的火驅(qū)物理模擬裝置均無(wú)法得到火燒油層活化能的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā) 明提供了一種燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置、能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量方法，該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝 置和測(cè)量方法通過(guò)直接測(cè)得溫度和產(chǎn)物濃度隨時(shí)間的變化，然后通過(guò)相關(guān)計(jì)算，可以得到 試樣的活化能和指前因子。
[0006] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，包括燃燒池 池體，燃燒池池體為一端封閉的筒形，燃燒池池體的開口端密封連接有燃燒池端蓋，燃燒池 端蓋上設(shè)有第一通孔，燃燒池池體的封閉端設(shè)有第二通孔，燃燒池池體的封閉端內(nèi)設(shè)有用 于防止砂粒進(jìn)入第二通孔的過(guò)濾裝置。
[0007] 燃燒池池體為圓筒形，燃燒池池體的長(zhǎng)度為95mm?98mm，燃燒池池體的內(nèi)徑為 21mm?21. 5謹(jǐn),燃燒池池體的壁厚為6謹(jǐn)?6. 5謹(jǐn)。
[0008] 燃燒池池體和燃燒池端蓋的材質(zhì)為不銹鋼，燃燒池池體和燃燒池端蓋的內(nèi)表面均 設(shè)有防氧化涂料層。
[0009] 過(guò)濾裝置包括上套筒和下套筒，上套筒的下端套設(shè)在下套筒內(nèi)，上套筒的下端通 過(guò)過(guò)濾篩網(wǎng)與下套筒下端的環(huán)形筒底抵接，環(huán)形筒底的內(nèi)孔的位置與第二通孔的位置相對(duì) 應(yīng)。
[0010] 一種能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置含 有上所述的燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置還含有加熱爐、數(shù)據(jù)采集及錄 入單元、數(shù)據(jù)處理單元、氣體分析裝置和氣源；該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置在加熱爐內(nèi)，加熱爐 連接有用于監(jiān)測(cè)和控制加熱爐內(nèi)溫度的第一溫度監(jiān)測(cè)及控制單元，數(shù)據(jù)采集及錄入單元能 夠收集加熱爐內(nèi)和該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)以及氣體分析裝置得到的氣體濃度數(shù) 據(jù)，數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)采集及錄入單元連接，氣體分析裝置與第一通孔連接，氣源與第二 通孔連通。
[0011] 加熱爐還連接有用于監(jiān)測(cè)和控制加熱爐內(nèi)溫度的第二溫度監(jiān)測(cè)及控制單元。
[0012] 燃燒池端蓋外設(shè)有三通，三通的第一接口與第一通孔密封連接，數(shù)據(jù)采集及錄入 單元包括用于測(cè)量加熱爐內(nèi)溫度的第一溫度傳感器和用于測(cè)量該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)溫度 的第二溫度傳感器，第二溫度傳感器的一端穿過(guò)三通的第二接口和該第一接口設(shè)置在燃燒 池池體內(nèi)，燃燒池池體內(nèi)與三通的第三接口連通。
[0013] 氣體分析裝置通過(guò)過(guò)濾裝置與三通的該第三接口連接。
[0014] 過(guò)濾裝置包括依次連接的集液器、砂濾器和氣體凈化器，該集液器與該第三接口 連接，該氣體凈化器與氣體分析裝置連接。
[0015] 氣源依次通過(guò)流量控制裝置和氣體流量計(jì)與第二通孔連通。
[0016] 一種測(cè)定活化能的測(cè)量方法，該測(cè)定活化能的測(cè)量方法采用了上述的能夠測(cè)定活 化能的實(shí)驗(yàn)裝置，該測(cè)定活化能的測(cè)量方法包括以下步驟：
[0017] 步驟1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)樣品；
[0018] 步驟2、將該實(shí)驗(yàn)樣品裝入該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，檢查該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置 的連接狀況；
[0019] 步驟3、設(shè)定加熱爐的加熱溫度和加熱時(shí)間，確定加熱速率，設(shè)定氣源的供氣流 量；
[0020] 步驟4、加熱爐開始加熱，在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集及錄入單元測(cè)量該燃燒池實(shí)驗(yàn) 裝置內(nèi)的溫度并且氣體分析裝置測(cè)量氣體濃度，根據(jù)時(shí)間與該溫度的關(guān)系制作溫度變化趨 勢(shì)曲線，得到每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度變化率，根據(jù)氣體濃度與實(shí)驗(yàn)樣品轉(zhuǎn)換率之間的關(guān)系確定 實(shí)驗(yàn)樣品的轉(zhuǎn)換率，根據(jù)時(shí)間與該轉(zhuǎn)換率之間的關(guān)系制作轉(zhuǎn)換率變化趨勢(shì)曲線，得到每個(gè) 時(shí)間點(diǎn)的轉(zhuǎn)換率變化率；
[0021] 步驟5、將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的該溫度變化率和該轉(zhuǎn)換率變化率帶入以下公式：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置包括燃燒池池體（2)，燃燒 池池體（2)為一端封閉的筒形，燃燒池池體（2)的開口端密封連接有燃燒池端蓋（3)，燃燒 池端蓋（3)上設(shè)有第一通孔（31)，燃燒池池體（2)的封閉端設(shè)有第二通孔（21)，燃燒池池 體（2)的封閉端內(nèi)設(shè)有用于防止砂粒進(jìn)入第二通孔（21)的過(guò)濾裝置（10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：燃燒池池體（2)為圓筒形，燃 燒池池體⑵的長(zhǎng)度為95mm?98mm，燃燒池池體⑵的內(nèi)徑為21mm?21. 5mm，燃燒池池 體（2)的壁厚為6mm?6. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：燃燒池池體（2)和燃燒池端 蓋（3)的材質(zhì)為不銹鋼，燃燒池池體（2)和燃燒池端蓋（3)的內(nèi)表面均設(shè)有防氧化涂料層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：過(guò)濾裝置（10)包括上套筒 (101)和下套筒（102)，上套筒（101)的下端套設(shè)在下套筒（102)內(nèi)，上套筒（101)的下端 通過(guò)過(guò)濾篩網(wǎng)（103)與下套筒（102)下端的環(huán)形筒底（103)抵接，環(huán)形筒底（103)的內(nèi)孔 的位置與第二通孔（21)的位置相對(duì)應(yīng)。
5. -種能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置含有 權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置還含 有加熱爐（1)、數(shù)據(jù)采集及錄入單元（12)、數(shù)據(jù)處理單元（13)、氣體分析裝置（15)和氣源 (17)； 該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置在加熱爐（1)內(nèi)，加熱爐（1)連接有用于監(jiān)測(cè)和控制加熱爐（1) 內(nèi)溫度的第一溫度監(jiān)測(cè)及控制單元（11)，數(shù)據(jù)采集及錄入單元（12)能夠收集加熱爐（1) 內(nèi)和該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)以及氣體分析裝置得到的氣體濃度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理單 元（13)和數(shù)據(jù)采集及錄入單元（12)連接，氣體分析裝置（15)與第一通孔（31)連接，氣源 (17)與第二通孔（21)連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：加熱爐（1)還連 接有用于監(jiān)測(cè)和控制加熱爐（1)內(nèi)溫度的第二溫度監(jiān)測(cè)及控制單元（14)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：燃燒池端蓋（3) 外設(shè)有三通（5)，三通（5)的第一接口與第一通孔（31)密封連接，數(shù)據(jù)采集及錄入單元 (12)包括用于測(cè)量加熱爐（1)內(nèi)溫度的第一溫度傳感器（121)和用于測(cè)量該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝 置內(nèi)溫度的第二溫度傳感器（6)，第二溫度傳感器（6)的一端穿過(guò)三通（5)的第二接口和該 第一接口設(shè)置在燃燒池池體（2)內(nèi)，燃燒池池體（2)內(nèi)與三通（5)的第三接口連通。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：氣體分析裝置 (15)通過(guò)過(guò)濾裝置（16)與三通（5)的該第三接口連接，過(guò)濾裝置（16)包括依次連接的 集液器、砂濾器和氣體凈化器，該集液器與該第三接口連接，該氣體凈化器與氣體分析裝置 (15)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：氣源（17)依次通 過(guò)流量控制裝置（18)和氣體流量計(jì)（19)與第二通孔（21)連通。
10. -種測(cè)定活化能的測(cè)量方法，其特征在于：該測(cè)定活化能的測(cè)量方法采用了權(quán)利 要求5?9中任意一項(xiàng)所述的能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置，該測(cè)定活化能的測(cè)量方法包括 以下步驟： 步驟1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)樣品； 步驟2、將該實(shí)驗(yàn)樣品裝入該燃燒池實(shí)驗(yàn)裝置，檢查該能夠測(cè)定活化能的實(shí)驗(yàn)裝置的連 接狀況； 步驟3、設(shè)定加熱爐（1)的加熱溫度和加熱時(shí)間，確定加熱速率，設(shè)定氣源（17)的供氣 流量； 步驟4、加熱爐（1)開始加熱，在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集及錄入單元（12)測(cè)量該燃燒 池實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的溫度并且氣體分析裝置（15)測(cè)量氣體濃度，根據(jù)時(shí)間與該溫度的關(guān)系制 作溫度變化趨勢(shì)曲線，得到每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度變化率，根據(jù)氣體濃度與實(shí)驗(yàn)樣品轉(zhuǎn)換率之 間的關(guān)系確定實(shí)驗(yàn)樣品的轉(zhuǎn)換率，根據(jù)時(shí)間與該轉(zhuǎn)換率之間的關(guān)系制作轉(zhuǎn)換率變化趨勢(shì)曲 線，得到每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的轉(zhuǎn)換率變化率； 步驟5、將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的該溫度變化率和該轉(zhuǎn)換率變化率帶入以下公式：
采用最小二乘法，擬合出活化能變化曲線， 在該公式中：β為加熱速率，單位為1： /min ;da為轉(zhuǎn)換率變化率；dT為溫度變化率;A 為指前因子；E為活化能，單位為kj/mol ;R為普適氣體常量，為8. 314kX/(molXK) ;T為溫 度，單位為°〇；ln[Af(a)]為固定值； 根據(jù)該活化能變化曲線，得到每個(gè)溫度下的活化能。
【文檔編號(hào)】G01N25/22GK104122295SQ201410360145
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】趙仁保, 鄺斌全 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)