多功能模拟驱油系统

一、仪器功能

1、提高采收率研究，在模拟高温高压地层条件下进行水驱油、化学驱

油、泡沫驱油、混相驱油、混相压力，气驱油等驱替试验。

2、采油工艺研究，如酸化、堵水、调剖等试验。

3、地层敏感性，地层伤害评价等试验。

二、仪器主要技术参数

1．工作压力

环

压：60MPa

驱替压力：50MPa

压力测试精度：0.1%F·S

2．流量范围

0.001～24mL/min（双缸泵）

3．适用岩心

填砂模型：Φ25×500m，Φ25×1000mm（3 个测压点）

4．电源：交流 380V， 50HZ

5.工作温度：180℃，控温精度：±1℃

6．总功率：6Kw

三、仪器的基本组成结构

该仪器主要由注入系统、模型系统、计量系统、自动控制系统、数据采

集与处理系统组成。详见工作流程：

注入系统

模拟系统

计量系统

数据采集处理

气液比注入控制系统

注入系统：由注入泵、中间容器、气液比例注入控制系统、泡沫发生系

统、管阀件组成，可将各种流体按一定流量注入到模型内。

模拟系统：由填砂模型管、恒温箱、回压系统等组成。

计量系统：包括压力测量、温度测量、流量计量、油气水体积计量等。

自动控制：计算机自动控制注入泵的流量，恒温箱加热恒温，超压保护，

超温断电等。

数据采集处理：由各种数据采集卡、计算机、打印机、采集处理软件组

成，可适时采集压力、温度、流量油气水体积等参数，并对数据进行运算处

理。

四、组成仪器各部件的技术规范

1．注入泵

选用美国进口双缸恒速恒流泵，用于提供连续无脉冲流体。工作压力

10000psi，稳定提供流量 0.001-24ml/min(双缸泵)，该泵压力密封可靠，精

度高，具有长期运行寿命，系统具有超压限载，报警功能。标准控制有 RS-232

串行口、运行／停止输入，远程模拟控制，实时压力监控和恒流控制。

2．中间容器

用于存储岩心流体，容器采用浮动活塞，

有效将岩心流体和驱替流体隔离，活塞阻力小。

主体采用 HC、316L 材料制作，耐压 50MPa，温

度 180℃， 抗腐蚀，耐高温，容器安装在的

支架上，整体放置在恒温箱内，便于两端拆装、

清洗更换密封圈及操作调整。主要指标如下：

气容器的容积为 5000ml，

水油及化学剂容器的容积为 1000ml

3.气液比例注入控制系统

由泡沫发生器、气体增压泵、双缸恒速泵、

高压储气罐及回压控制系统组成。气、液按设定比例输入泡沫发生器

产生泡沫。从而对选择不同气液比产生的泡沫效果及泡沫驱油效率方案

优选提供依据。系统具有超压限载报警功能。详见控制系统原理图：

活塞容器结构示意图

HC 型活塞容器

核心控制技术，并

得到广大科研单

位应用和认可

本系统提供控制气体流量的方式：

用气体增压泵将气体增压到高压活塞容器里面，高压活塞容器内气体压

力由出口回压阀控制，用恒速泵注入液体推进活塞将气体注入泡沫发生器。

如果活塞内压力为 P2，恒速泵的流量为 Q2，岩心进口压力为 P1，要求气体

流量为 Q1，则有 P1Q1=P2Q2

泵的排量

Q2=

P1Q1

 P2

核心技术

式中 P2 为定值，当 P1 变化时，为保证 Q1 不变，就要不断改变 Q2 的流

量。本装置通过压力变压器实时采集压力 P1 的值，由计算机自动控制恒速

泵，随 P1 的变化而不断改变泵的排量 Q2，确保气体流量 Q1 的恒定输入泡沫

发生器，保证恒定的气液比例。

4．填砂模型管

规

格：φ25×500mm、φ25×1000mm、

工作压力：50MPa 、工作温度：180℃

内壁打毛，三测压孔均布

金属填砂模型管

5．回压控制系统

用于控制模型出口压力，模拟地层孔隙压力。

回压泵：全自动恒压泵、工作压力 50Mpa，该泵配有 RS-232 接口、简便的

键盘控制和数字化步进电机，可以保证压力精

确性

回压缓冲容器：ZR-2 型，1000mL、50MPa

回压阀：美国 tecom，顶部加载式，50MPa

6．恒温箱

工作温度：180℃±1℃

工作室内尺寸：2200×800×850 ㎜

（长×宽×高）

前后开门，内装照明灯，不锈钢材料制作

热风循环，采用 PID 调节控温技术，

恒温箱

箱内温度均匀，控温精度高。安装滚动脚轮，移动方便。

7．气体增压泵及驱动系统

系统由气体增压泵及储气罐组成，用于气体压力增压补充，

满足实验所需气体压力。压力：50MPa

8．压力切换系统

为保证压力测量精度，系统采用高、低不同量程传感器，分别安装在流

程里，提供切换。主体材料采用 316L。耐压：10000psi。

11．泡沫发生及观察系统

泡沫发生器采用*的设计结构，气体

沿切线方向射入起泡液中，使起泡液、气体

产生旋转充分混合，其顶部要安装多孔的烧

结板，气液混合物通过后形成丰富的泡沫。

泡沫发生器的出口安装高压观察窗，可观察

形成的泡沫状态稳定性。

高压观察窗采用德国进口玻璃双层特殊结构设计，

内外同时加压。工作压力：50MPa，工作温度：150℃

12．计量系统

压力计量：压力变送器 23 只，量程 10MPa 、60MPa，测量精度 0.25%F·S，

用于回压、模型进出口及各测压点的压力测量，通过数显表上的 RS232 口由

计算机采集。

温度计量：采用 Pt100 测温探头，XMT-7512ZXG5 温控仪设定，控制、测量

采用进口

高压玻璃

温度。温度也可由计算机设定，采集。

流量计量：

采用天平称重法计算液体流量

天平型号：BS2202S，量程 2200g，精度 0.01g

计算机自动采集计算流量值

油气水体积计量：

由油水计量管、差压液位变送器、恒温箱、气体计量仪等组成。

恒温箱温度：60℃

其工作原理如下说明：

气体计量计

德国赛多利斯天平

油

水

自

动

计

量

原

理

图

油

HL

水

HL

油气水进口

油气水自动计量装置由计量管、油液位计、水液位计、气体计量计、放

空阀等组成。模型中驱出的油、气、水进入计量管，油、水液位计测出液位

变化，计算机采集变化值计算油、水体积，气体进入气体计量计计量气体体

积计量精度 1%。

13．数据采集系统

采用 MOXA C168H/PCI、MOXA C104H/PCI，

PCI8640 数据采集板适时采集压力、温度、流量、油气水体积等。

14．自动控制系统（超温超压自动保护）

计算机可对下列外部设备进行控制

⑴ 注入泵：通过泵的通讯接口，计算机可对泵的注入流量进行控制；

⑵ 温度：通过温控仪上的 RS232 接口，可由计算机设定控制恒温箱加热

温度；

〔3〕压力传感器量程切换控制；

〔4〕气液比泡沫自动控制。

15．应用软件与数据处理

软件在 windows 2000/xp 环境下运行，采用 VB 编程。仪器工作流程显

示在界面上，可实现人机对话，操作人员设定好参数后就可以实现无人值守，

计算机可自动采集所有的压力、温度、流量，并控制泵的运行，环压泵的自

动跟踪，压力换向阀的换向等。

计算机采集的数据经处理可生成原始数据报表、分析报表以及曲线图，

同时生成数据库文件格式，可随时导入 EXCEL 文档以便用户灵活使用。

计算机：4G 内存，i7 处理器，19 液晶

打印机：HP 1020 激光打印机

∥

软件界面图

五、系统的安全设计

1、流程管路安全设计

由于高温、高压，系统采用具有多种功能的压力安全保护措施。

（1） 通过压力仪表监控压力，若达到设定值可报警、停止加热、停止注入

泵输送流体。

（2） 每个容器都装有压力表，适时监控容器内部压力变化，并设计放空阀

及时放空。

（3） 计算机程序中设计过压力停泵程序，如果流程管路内压大于设计工作

压力，则将环压泵和注入泵送液立刻停止。

（4） 防爆装置采用大连理工大学安全装备厂生产的泄放口径为 10mm 的爆

破装置，并用管道外引。

2.用电安全

实验装置用电量较大，用电安全比较重要。需科学设计各分设备的用电

功率、供电电路及接地保护、漏电保护等。

3.温度保护

在系统温度超出设定温度时，系统会立即自动停止当前操作，然后关断

加热电源。

4.高温防护

实验由于温度较高，易造成实验人员烫伤，因此经常操作的阀门手柄设

计在恒温箱外，方便操作。

六、系统主要技术特征

1．装置采用模块化设计，可根据不同试验要求进行组合；

2．装置具有高温高压特性，并设有超温超压保护装置；

3．注入泵、压力变送器和天平关键部件采用进口件，提高测试的可靠

性、精确性；

4．实现计算机自动化控制、采集、处理，压力变送器量程自动切换；

5．仪器的结构要合理、外型要美观大方、操作方便、经久耐用；

6. 采用 316L、HC276 材料，耐腐蚀性强。

七、系统效果图

八、基本操作及维护

基本操作：

1．岩样准备

⑴．岩样的钻取切割：将岩样钻成φ25 的圆柱体，两端切割平整，切割

面与轴线垂直。

钻取岩样方法参见 SY/T5336

⑵．岩样的洗油

洗油方法按 SY/T5336 执行

⑶．岩样的烘干

岩样烘干温度控制在 60～65℃，烘干 24h 后，每隔 8h 称重一次，两次

称重的差值小于 10mg 时，记下岩样的实测质量。

⑷．测量岩样的几何尺寸：长度（L）、直径（D）。

⑸．岩样气体渗透率测定按 SY/T5336 进行。

⑹．岩样抽空饱和油（水），称湿重，计算岩样孔隙体积。

⑺．将饱和好油（水）的岩样浸泡在油（水）中，待用。

2．流程准备

保证储液容器、各种泵内液体充足，不足时请添加。

3．岩心的安装

从烧杯中取出预先饱和好的岩心，放入夹持器胶套内，装上夹持器堵头，

顶紧岩样。

4．加环压密封岩样

⑴．手动加环压

将控制面板上手动、自动开关打到手动位置，打开环压泵开关，增压至

需要压力值时，关环压泵开关。

⑵．自动加环压

将控制面板上手动、自动开关打到自动位置，在计算机实验程序上，点

击实验开始键后，计算机自动控制环压泵的启动与停止，并自动跟踪驱替压

力，维持环压与驱替压力差。

5．系统回压

系统回压控制是通过对回压阀施加控制压力而实现的，外加控制压力zui

好是气体，以保证控制精度。当气体压力不足时可以用手动泵通过缓冲容器，

用水顶气增压的方法，增加气体压力。

6．加温

先打开面板上恒温箱风机开关，再打开加热开关，在其控温仪上设定需

加热的温度，温控仪自动控制恒温箱加热，至所需温度恒温。

温控仪温度设定方法详见温控仪使用说明书

也可在计算机上设定加热温度。

停止加热只需将加热开关断开，或将温控仪温度设定到低于环境温度。

维护：

电子天平要避免强烈振动，切不可过载，其详细的注意事项请阅读天

平说明书。

本仪器所配计算机为仪器的控制机，切忌乱拷软件，尤其是来历

不明的 u 盘，计算机病毒可能会导致控制及数据采集的混乱和错误。

仪器所有与液体接触的部分均为不锈钢材质，有一定的抗腐蚀性能，

但并非一劳永逸。对流程管汇部分需经常清洗，尤其是注完酸或其它强腐蚀

液体后要立即用清水清洗。流程长期不用时，流程管汇内注满油或用高压气

吹干，以防锈蚀。

长期使用会造成对流程密封件的正常破损，影响密封性能，所以，建

议定期对仪器进行耐压试验，对仪器.的泄露部分更换密封件，对经常使用

者其周期以 3 个月为宜。