多功能模擬驅(qū)油系統(tǒng)

一、儀器功能

1、提高采收率研究，在模擬高溫高壓地層條件下進(jìn)行水驅(qū)油、化學(xué)驅(qū)

油、泡沫驅(qū)油、混相驅(qū)油、混相壓力，氣驅(qū)油等驅(qū)替試驗(yàn)。

2、采油工藝研究，如酸化、堵水、調(diào)剖等試驗(yàn)。

3、地層敏感性，地層傷害評價(jià)等試驗(yàn)。

二、儀器主要技術(shù)參數(shù)

1．工作壓力

環(huán)

壓：60MPa

驅(qū)替壓力：50MPa

壓力測試精度：0.1%F·S

2．流量范圍

0.001～24mL/min（雙缸泵）

3．適用巖心

填砂模型：Φ25×500m，Φ25×1000mm（3 個(gè)測壓點(diǎn)）

4．電源：交流 380V， 50HZ

5.工作溫度：180℃，控溫精度：±1℃

6．總功率：6Kw

三、儀器的基本組成結(jié)構(gòu)

該儀器主要由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采

集與處理系統(tǒng)組成。詳見工作流程：

注入系統(tǒng)

模擬系統(tǒng)

計(jì)量系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集處理

氣液比注入控制系統(tǒng)

注入系統(tǒng)：由注入泵、中間容器、氣液比例注入控制系統(tǒng)、泡沫發(fā)生系

統(tǒng)、管閥件組成，可將各種流體按一定流量注入到模型內(nèi)。

模擬系統(tǒng)：由填砂模型管、恒溫箱、回壓系統(tǒng)等組成。

計(jì)量系統(tǒng)：包括壓力測量、溫度測量、流量計(jì)量、油氣水體積計(jì)量等。

自動(dòng)控制：計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制注入泵的流量，恒溫箱加熱恒溫，超壓保護(hù)，

超溫?cái)嚯姷取?/span>

數(shù)據(jù)采集處理：由各種數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、采集處理軟件組

成，可適時(shí)采集壓力、溫度、流量油氣水體積等參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處

理。

四、組成儀器各部件的技術(shù)規(guī)范

1．注入泵

選用美國進(jìn)口雙缸恒速恒流泵，用于提供連續(xù)無脈沖流體。工作壓力

10000psi，穩(wěn)定提供流量 0.001-24ml/min(雙缸泵)，該泵壓力密封可靠，精

度高，具有長期運(yùn)行壽命，系統(tǒng)具有超壓限載，報(bào)警功能。標(biāo)準(zhǔn)控制有 RS-232

串行口、運(yùn)行／停止輸入，遠(yuǎn)程模擬控制，實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控和恒流控制。

2．中間容器

用于存儲(chǔ)巖心流體，容器采用浮動(dòng)活塞，

有效將巖心流體和驅(qū)替流體隔離，活塞阻力小。

主體采用 HC、316L 材料制作，耐壓 50MPa，溫

度 180℃， 抗腐蝕，耐高溫，容器安裝在的

支架上，整體放置在恒溫箱內(nèi)，便于兩端拆裝、

清洗更換密封圈及操作調(diào)整。主要指標(biāo)如下：

氣容器的容積為 5000ml，

水油及化學(xué)劑容器的容積為 1000ml

3.氣液比例注入控制系統(tǒng)

由泡沫發(fā)生器、氣體增壓泵、雙缸恒速泵、

高壓儲(chǔ)氣罐及回壓控制系統(tǒng)組成。氣、液按設(shè)定比例輸入泡沫發(fā)生器

產(chǎn)生泡沫。從而對選擇不同氣液比產(chǎn)生的泡沫效果及泡沫驅(qū)油效率方案

優(yōu)選提供依據(jù)。系統(tǒng)具有超壓限載報(bào)警功能。詳見控制系統(tǒng)原理圖：

活塞容器結(jié)構(gòu)示意圖

HC 型活塞容器

核心控制技術(shù)，并

得到廣大科研單

位應(yīng)用和認(rèn)可

本系統(tǒng)提供控制氣體流量的方式：

用氣體增壓泵將氣體增壓到高壓活塞容器里面，高壓活塞容器內(nèi)氣體壓

力由出口回壓閥控制，用恒速泵注入液體推進(jìn)活塞將氣體注入泡沫發(fā)生器。

如果活塞內(nèi)壓力為 P2，恒速泵的流量為 Q2，巖心進(jìn)口壓力為 P1，要求氣體

流量為 Q1，則有 P1Q1=P2Q2

泵的排量

Q2=

P1Q1

 P2

核心技術(shù)

式中 P2 為定值，當(dāng) P1 變化時(shí)，為保證 Q1 不變，就要不斷改變 Q2 的流

量。本裝置通過壓力變壓器實(shí)時(shí)采集壓力 P1 的值，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制恒速

泵，隨 P1 的變化而不斷改變泵的排量 Q2，確保氣體流量 Q1 的恒定輸入泡沫

發(fā)生器，保證恒定的氣液比例。

4．填砂模型管

規(guī)

格：φ25×500mm、φ25×1000mm、

工作壓力：50MPa 、工作溫度：180℃

內(nèi)壁打毛，三測壓孔均布

金屬填砂模型管

5．回壓控制系統(tǒng)

用于控制模型出口壓力，模擬地層孔隙壓力。

回壓泵：全自動(dòng)恒壓泵、工作壓力 50Mpa，該泵配有 RS-232 接口、簡便的

鍵盤控制和數(shù)字化步進(jìn)電機(jī)，可以保證壓力精

確性

回壓緩沖容器：ZR-2 型，1000mL、50MPa

回壓閥：美國 tecom，頂部加載式，50MPa

6．恒溫箱

工作溫度：180℃±1℃

工作室內(nèi)尺寸：2200×800×850 ㎜

（長×寬×高）

前后開門，內(nèi)裝照明燈，不銹鋼材料制作

熱風(fēng)循環(huán)，采用 PID 調(diào)節(jié)控溫技術(shù)，

恒溫箱

箱內(nèi)溫度均勻，控溫精度高。安裝滾動(dòng)腳輪，移動(dòng)方便。

7．氣體增壓泵及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

系統(tǒng)由氣體增壓泵及儲(chǔ)氣罐組成，用于氣體壓力增壓補(bǔ)充，

滿足實(shí)驗(yàn)所需氣體壓力。壓力：50MPa

8．壓力切換系統(tǒng)

為保證壓力測量精度，系統(tǒng)采用高、低不同量程傳感器，分別安裝在流

程里，提供切換。主體材料采用 316L。耐壓：10000psi。

11．泡沫發(fā)生及觀察系統(tǒng)

泡沫發(fā)生器采用*的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，氣體

沿切線方向射入起泡液中，使起泡液、氣體

產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)充分混合，其頂部要安裝多孔的燒

結(jié)板，氣液混合物通過后形成豐富的泡沫。

泡沫發(fā)生器的出口安裝高壓觀察窗，可觀察

形成的泡沫狀態(tài)穩(wěn)定性。

高壓觀察窗采用德國進(jìn)口玻璃雙層特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

內(nèi)外同時(shí)加壓。工作壓力：50MPa，工作溫度：150℃

12．計(jì)量系統(tǒng)

壓力計(jì)量：壓力變送器 23 只，量程 10MPa 、60MPa，測量精度 0.25%F·S，

用于回壓、模型進(jìn)出口及各測壓點(diǎn)的壓力測量，通過數(shù)顯表上的 RS232 口由

計(jì)算機(jī)采集。

溫度計(jì)量：采用 Pt100 測溫探頭，XMT-7512ZXG5 溫控儀設(shè)定，控制、測量

采用進(jìn)口

高壓玻璃

溫度。溫度也可由計(jì)算機(jī)設(shè)定，采集。

流量計(jì)量：

采用天平稱重法計(jì)算液體流量

天平型號：BS2202S，量程 2200g，精度 0.01g

計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集計(jì)算流量值

油氣水體積計(jì)量：

由油水計(jì)量管、差壓液位變送器、恒溫箱、氣體計(jì)量儀等組成。

恒溫箱溫度：60℃

其工作原理如下說明：

氣體計(jì)量計(jì)

德國賽多利斯天平

油

水

自

動(dòng)

計(jì)

量

原

理

圖

油

HL

水

HL

油氣水進(jìn)口

油氣水自動(dòng)計(jì)量裝置由計(jì)量管、油液位計(jì)、水液位計(jì)、氣體計(jì)量計(jì)、放

空閥等組成。模型中驅(qū)出的油、氣、水進(jìn)入計(jì)量管，油、水液位計(jì)測出液位

變化，計(jì)算機(jī)采集變化值計(jì)算油、水體積，氣體進(jìn)入氣體計(jì)量計(jì)計(jì)量氣體體

積計(jì)量精度 1%。

13．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采用 MOXA C168H/PCI、MOXA C104H/PCI，

PCI8640 數(shù)據(jù)采集板適時(shí)采集壓力、溫度、流量、油氣水體積等。

14．自動(dòng)控制系統(tǒng)（超溫超壓自動(dòng)保護(hù)）

計(jì)算機(jī)可對下列外部設(shè)備進(jìn)行控制

⑴ 注入泵：通過泵的通訊接口，計(jì)算機(jī)可對泵的注入流量進(jìn)行控制；

⑵ 溫度：通過溫控儀上的 RS232 接口，可由計(jì)算機(jī)設(shè)定控制恒溫箱加熱

溫度；

〔3〕壓力傳感器量程切換控制；

〔4〕氣液比泡沫自動(dòng)控制。

15．應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)處理

軟件在 windows 2000/xp 環(huán)境下運(yùn)行，采用 VB 編程。儀器工作流程顯

示在界面上，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，操作人員設(shè)定好參數(shù)后就可以實(shí)現(xiàn)無人值守，

計(jì)算機(jī)可自動(dòng)采集所有的壓力、溫度、流量，并控制泵的運(yùn)行，環(huán)壓泵的自

動(dòng)跟蹤，壓力換向閥的換向等。

計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理可生成原始數(shù)據(jù)報(bào)表、分析報(bào)表以及曲線圖，

同時(shí)生成數(shù)據(jù)庫文件格式，可隨時(shí)導(dǎo)入 EXCEL 文檔以便用戶靈活使用。

計(jì)算機(jī)：4G 內(nèi)存，i7 處理器，19 液晶

打印機(jī)：HP 1020 激光打印機(jī)

∥

軟件界面圖

五、系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

1、流程管路安全設(shè)計(jì)

由于高溫、高壓，系統(tǒng)采用具有多種功能的壓力安全保護(hù)措施。

（1） 通過壓力儀表監(jiān)控壓力，若達(dá)到設(shè)定值可報(bào)警、停止加熱、停止注入

泵輸送流體。

（2） 每個(gè)容器都裝有壓力表，適時(shí)監(jiān)控容器內(nèi)部壓力變化，并設(shè)計(jì)放空閥

及時(shí)放空。

（3） 計(jì)算機(jī)程序中設(shè)計(jì)過壓力停泵程序，如果流程管路內(nèi)壓大于設(shè)計(jì)工作

壓力，則將環(huán)壓泵和注入泵送液立刻停止。

（4） 防爆裝置采用大連理工大學(xué)安全裝備廠生產(chǎn)的泄放口徑為 10mm 的爆

破裝置，并用管道外引。

2.用電安全

實(shí)驗(yàn)裝置用電量較大，用電安全比較重要。需科學(xué)設(shè)計(jì)各分設(shè)備的用電

功率、供電電路及接地保護(hù)、漏電保護(hù)等。

3.溫度保護(hù)

在系統(tǒng)溫度超出設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即自動(dòng)停止當(dāng)前操作，然后關(guān)斷

加熱電源。

4.高溫防護(hù)

實(shí)驗(yàn)由于溫度較高，易造成實(shí)驗(yàn)人員燙傷，因此經(jīng)常操作的閥門手柄設(shè)

計(jì)在恒溫箱外，方便操作。

六、系統(tǒng)主要技術(shù)特征

1．裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同試驗(yàn)要求進(jìn)行組合；

2．裝置具有高溫高壓特性，并設(shè)有超溫超壓保護(hù)裝置；

3．注入泵、壓力變送器和天平關(guān)鍵部件采用進(jìn)口件，提高測試的可靠

性、精確性；

4．實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制、采集、處理，壓力變送器量程自動(dòng)切換；

5．儀器的結(jié)構(gòu)要合理、外型要美觀大方、操作方便、經(jīng)久耐用；

6. 采用 316L、HC276 材料，耐腐蝕性強(qiáng)。

七、系統(tǒng)效果圖

八、基本操作及維護(hù)

基本操作：

1．巖樣準(zhǔn)備

⑴．巖樣的鉆取切割：將巖樣鉆成φ25 的圓柱體，兩端切割平整，切割

面與軸線垂直。

鉆取巖樣方法參見 SY/T5336

⑵．巖樣的洗油

洗油方法按 SY/T5336 執(zhí)行

⑶．巖樣的烘干

巖樣烘干溫度控制在 60～65℃，烘干 24h 后，每隔 8h 稱重一次，兩次

稱重的差值小于 10mg 時(shí)，記下巖樣的實(shí)測質(zhì)量。

⑷．測量巖樣的幾何尺寸：長度（L）、直徑（D）。

⑸．巖樣氣體滲透率測定按 SY/T5336 進(jìn)行。

⑹．巖樣抽空飽和油（水），稱濕重，計(jì)算巖樣孔隙體積。

⑺．將飽和好油（水）的巖樣浸泡在油（水）中，待用。

2．流程準(zhǔn)備

保證儲(chǔ)液容器、各種泵內(nèi)液體充足，不足時(shí)請?zhí)砑印?/span>

3．巖心的安裝

從燒杯中取出預(yù)先飽和好的巖心，放入夾持器膠套內(nèi)，裝上夾持器堵頭，

頂緊巖樣。

4．加環(huán)壓密封巖樣

⑴．手動(dòng)加環(huán)壓

將控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)打到手動(dòng)位置，打開環(huán)壓泵開關(guān)，增壓至

需要壓力值時(shí)，關(guān)環(huán)壓泵開關(guān)。

⑵．自動(dòng)加環(huán)壓

將控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)位置，在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)程序上，點(diǎn)

擊實(shí)驗(yàn)開始鍵后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制環(huán)壓泵的啟動(dòng)與停止，并自動(dòng)跟蹤驅(qū)替壓

力，維持環(huán)壓與驅(qū)替壓力差。

5．系統(tǒng)回壓

系統(tǒng)回壓控制是通過對回壓閥施加控制壓力而實(shí)現(xiàn)的，外加控制壓力zui

好是氣體，以保證控制精度。當(dāng)氣體壓力不足時(shí)可以用手動(dòng)泵通過緩沖容器，

用水頂氣增壓的方法，增加氣體壓力。

6．加溫

先打開面板上恒溫箱風(fēng)機(jī)開關(guān)，再打開加熱開關(guān)，在其控溫儀上設(shè)定需

加熱的溫度，溫控儀自動(dòng)控制恒溫箱加熱，至所需溫度恒溫。

溫控儀溫度設(shè)定方法詳見溫控儀使用說明書

也可在計(jì)算機(jī)上設(shè)定加熱溫度。

停止加熱只需將加熱開關(guān)斷開，或?qū)乜貎x溫度設(shè)定到低于環(huán)境溫度。

維護(hù)：

電子天平要避免強(qiáng)烈振動(dòng)，切不可過載，其詳細(xì)的注意事項(xiàng)請閱讀天

平說明書。

本儀器所配計(jì)算機(jī)為儀器的控制機(jī)，切忌亂拷軟件，尤其是來歷

不明的 u 盤，計(jì)算機(jī)病毒可能會(huì)導(dǎo)致控制及數(shù)據(jù)采集的混亂和錯(cuò)誤。

儀器所有與液體接觸的部分均為不銹鋼材質(zhì)，有一定的抗腐蝕性能，

但并非一勞永逸。對流程管匯部分需經(jīng)常清洗，尤其是注完酸或其它強(qiáng)腐蝕

液體后要立即用清水清洗。流程長期不用時(shí)，流程管匯內(nèi)注滿油或用高壓氣

吹干，以防銹蝕。

長期使用會(huì)造成對流程密封件的正常破損，影響密封性能，所以，建

議定期對儀器進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，對儀器.的泄露部分更換密封件，對經(jīng)常使用

者其周期以 3 個(gè)月為宜。