一种岩心管上端盖总成和一维火驱物理模拟装置燃烧室的制作方法

本实用新型属于热力采油技术领域，具体涉及一种岩心管上端盖总成和一维火驱物理模拟装置燃烧室。

背景技术：

火驱是一种重要的热力采油技术，适用于多种类型的油藏，尤其是稠油油藏。火驱采油机理十分复杂，为了深入研究油层燃烧过程中的内在机理,往往要针对特定油藏开展大量的室内物理模拟实验。一维火驱物理模拟实验是火驱室内物理模拟研究最常用的实验手段之一，该实验是将空气或氧气注入到事先预热的燃烧室，利用电点火器使原油燃烧，通过连续注入空气或氧气，形成移动的燃烧前缘，在气驱、热力驱、混相驱和非混相驱等多种驱动作用下驱出原油。该实验不但可以用来确定油藏的燃料消耗量、燃料的视氢碳原子比、空气需要量等燃烧特性，还可以评定燃烧前缘的推进速度、燃烧过程的稳定性。

目前使用的一维火驱物理模拟装置燃烧室，通常先将化学剂和油砂混合均匀后填入岩心管，然后才开展火驱物理模拟实验。这种研究方法无法开展化学剂连续注入和点火后注入对火驱的协同作用研究；同时，物理模拟实验中提前将化学剂和油砂混合均匀后填入岩心管的情况与现场应用过程中将化学剂段塞式注入非均质油层存在药剂与油砂混合不均匀的情况不符。更重要的是，由于稠油油藏渗透率普遍较大，在模拟岩心的填制过程中存在填砂不均匀的问题，实验过程中空气或氧气等沿单一的通道进入岩心管内部时与模拟岩心表面局部接触无法实现整体均匀推进，容易造成单向突进的现象，严重影响了燃烧过程的稳定性，相关实验数据无法指导现场试验。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种岩心管上端盖总成和一维火驱物理模拟装置燃烧室，用于解决现有模拟装置无法实现空气或氧气进入岩心管内部时与模拟岩心表面局部接触整体均匀推进的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

本实用新型提供了一种岩心管上端盖总成，包括一个上端盖和一个流体均匀注入装置，上端盖上至少开有一个进气孔；所述流体均匀注入装置与所述上端盖之间形成一个用于容纳助燃剂、或者助燃剂与化学增效剂的缓冲腔，所述流体均匀注入装置上开有联通所述缓冲腔与燃烧腔的孔和/或缝隙，所述孔和/或缝隙在所述流体均匀注入装置上均匀分布。

本实用新型还提供了一维火驱物理模拟装置燃烧室，包括上端盖总成、岩心管和下端盖；所述上端盖总成包括一个上端盖和一个流体均匀注入装置，上端盖上至少开有一个进气孔；所述流体均匀注入装置与所述上端盖之间形成一个用于容纳助燃剂、或者助燃剂与化学增效剂的缓冲腔，所述流体均匀注入装置上开有联通所述缓冲腔与燃烧腔的孔和/或缝隙，所述孔和/或缝隙在所述流体均匀注入装置上均匀分布。

有益效果：

空气或氧气或药剂等通过进气孔或加药孔进入上端盖总成的缓冲腔后，可以通过流体均匀注入装置使注入流体与模拟岩心表面接触由局部接触转变为整体接触，提高接触面积，实现整体均匀推进，避免因接触不均匀导致燃烧前缘单向突进。

进一步的，所述上端盖上开有一个加药孔；助燃剂和化学增效剂可同时注入缓冲腔，燃烧效果好。

进一步的，所述缓冲腔由流体均匀注入装置与所述上端盖插配形成；或者所述缓冲腔由流体均匀注入装置与所述上端盖螺纹装配形成；可以达到装配方便的效果。

进一步的，所述上端盖、流体均匀注入装置上均设有用于将点火器伸入岩心管的安装孔；加热效果好。

进一步的，所述流体均匀注入装置的安装孔上设有一个用于保护点火器的保护罩；避免点火器因碰撞而损坏。

附图说明

图1是本实用新型一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例一结构示意图；

图2是本实用新型一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例一中上端盖总成结构示意图；

图3是蜂窝型流体均匀注入装置左视图；

图4是割缝型流体均匀注入装置左视图；

图5是本实用新型一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例二中上端盖总成结构示意图；

附图标记：

1-上端盖，2-盖体，3-密封圈，4-热电偶，5-岩心管，6-下端盖，7-滤砂网，8-出液孔，9-加药孔，10-点火器，11-进气孔，12-密封圈，13-第二孔，14-孔，15-第一孔，101-上端盖，102-盖体，109-加药孔，110-第一孔，111-进气孔，201-密封圈，301-上端盖总成，302-缓冲腔，303-燃烧腔，401-顶面，402-下沿，403-外沿，404-顶面，501-缓冲腔，502-顶面，503-第二孔，504-孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型的基本原理为：

通过在岩心管上端盖上设置单独的注气通道和加药通道，使化学药剂可以通过加药孔进入上端盖总成的缓冲腔中进而进入岩心管内部，易于开展化学剂低温氧化、催化裂解等协同研究；当助燃剂或化学增效剂等通过进气孔或加药孔进入上端盖总成的缓冲腔后，可以通过流体均匀注入装置使注入流体与模拟岩心表面接触由局部接触转变为整体接触，提高接触面积，实现整体均匀推进，避免因接触不均匀导致燃烧前缘单向突进。

一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例一：

本实施例所涉及的结构如图1和图2所示，包括岩心管5与上端盖总成301，岩心管5与上端盖总成301沿轴向设置，上端盖总成301固定在岩心管5的上端(即图示的左端或者称为岩心管5的进口端)。岩心管5内部构成燃烧腔303，上端盖总成301中形成缓冲腔302，当燃烧时，助燃剂、化学增效剂首先进入缓冲腔302中，然后再进入燃烧腔303。

上端盖总成301包括两部分，一是上端盖1，二是作为流体均匀注入装置的盖体2，盖体2插入上端盖1中，盖体2与上端盖1插配形成缓冲腔302。上端盖1包括顶面401与下沿402，下沿402包括用于与盖体2的外沿403插配的部分，以及用于与岩心管5固定装配的螺纹部分405。装配时，首先将盖体2插入上端盖1中，然后加上密封圈3，通过螺纹拧到岩心管5上。

本实施例的要点在于，如图3所示，盖体2的顶面404上均匀开设有一个配合点火器进入岩心管的第二孔13和大量的孔14。作为其他实施方式，孔14也可以替换为图4中的缝隙104，甚至于替换为孔和缝隙。孔、缝隙的作用是使从外界加入缓冲腔302的物质均匀进入燃烧腔303；所谓均匀，对于开孔来说，如图3所示，是指在整个面上比较均匀的设置，例如使每个孔与周围孔的距离基本相等，或者是在分割整个面的多个区域中，每个区域设置的孔的数量基本一致。对于缝隙来说，如图4所示，可以是在中心孔103的径向设置缝隙104且在周向上均匀设置。还可以任意角度的设置缝隙104，使缝隙104在分割整个面的多个区域中，每个区域设置的缝隙104的数量基本一致。对于孔和缝隙来说，可以将一条缝隙约等于若干个孔，按照开孔的方式进行设置。

图1中，上端盖1的顶面401上的进气孔11用于通入空气或氧气，加药孔9用于向缓冲腔302中加入化学剂。上端盖总成301上还设置有配合点火器安装孔，即上端盖的顶面401与盖体的顶面404上同轴设置的第一孔15与第二孔13，安装时，点火器10(例如电加热棒)穿过第一孔15与第二孔13，点火器10末端与上端盖的顶面401密封固定。为了能够保护点火器10处于燃烧腔303中的部分(避免磨损等)，第二孔13上还固定有一个保护罩，保护罩内径略大于点火器10的外径，以使保护罩能够容纳点火器10。

图1中，岩心管管壁上间隔设置多个(如图1中设置有6个)热电偶4，用于检测燃烧腔303温度。一维火驱物理模拟装置燃烧室还包括下端盖6，下端盖6与岩心管5下端(也可以称为岩心管5的出口端)螺纹固定装配，下端盖6与岩心管5下端之间设有密封圈12和滤沙网7，下端盖6上开设一个出液孔8，用于将燃烧产生的液体排出燃烧腔303。

本实施例的工作过程如下：

实验前，先将流体均匀注入装置2插入上端盖1内部，通过密封圈3对上端盖总成实现密封，再整体通过螺纹安装于岩心管本体5的进口端；接着将点火器10穿过上端盖1的顶面401的中心的安装孔即第一孔15，伸入岩心管5内部，随后通过岩心管5的下端盖6将混合均匀的模拟岩心填入岩心管5，在岩心管5的下端盖6上设置有滤砂网7，再将下端盖6螺纹安装于岩心管5的出口端，并通过密封圈12实现密封。最后将6支热电偶4安装于岩心管5的侧孔内结合与热电偶4连接的温度传感器形成测温系统。

实验过程中，空气(氧气)和药剂分别通过进气孔11和加药孔9进入缓冲腔302内部，通过流体均匀注入装置2注入岩心管5并与模拟岩心表面充分接触后均匀推进，实验中产生的气体和液体经过出液孔8排出岩心管5。

本实施例中，助燃剂可以选择空气、氧气、双氧水等、化学增效剂可以选择有机溶剂、驱油剂、裂解催化剂等。

本实施例中，为了实现同时将助燃剂和化学增效剂注入燃烧腔303，通过使助燃剂和化学增效剂在缓冲腔302中混合，更加有利于燃烧。除了同时注入助燃剂和化学增效剂的方式，作为其他实施方式，也可以采用分时注入的方式；甚至也可以不设置加药孔，而将化学增效剂与样本事先进行混合。

作为其他实施方式，还可以只设一个孔以取代进气孔11与加药孔9，在该孔上安装三通结构，三通结构一端连接该孔，另外两端分别连接容纳助燃剂和化学增效剂的容器，容器与对应端之间设置阀门，通过控制阀门可以实现分时注入助燃剂和化学增效剂；也就是说，该孔不仅实现进气功能，还实现加药功能。另外，如果化学增效剂与岩心样本已经混合或者不加化学增效剂也可以燃烧，也可以只设一个进气孔。

一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例二：

实施例二与实施例一的区别仅在于上端盖总成的结构；实施例一中，缓冲腔由盖体插入上端盖形成，实施例二中，缓冲腔由上端盖通过螺纹拧入盖体形成。具体的，如图5所示，上端盖101与流体均匀流入装置的盖体102构成上端盖总成，盖体102包括顶面502和向顶面502两端延伸的上沿和下沿，上沿内侧有凸台，用于限位上端盖101，凸台上设置密封圈201；上端盖101插入流体均匀流入装置的盖体102形成缓冲腔501；上端盖101与上沿内侧非凸台部分螺纹配合。下沿能够扣住岩心管，并且设有内螺纹，用于与岩心管螺纹固定。上端盖101上开有加药孔109、点火器安装孔即第一孔110、进气孔111。

作为其他实施方式，还可通过本领域技术人员常用的连接方式或结构使流体均匀注入装置与上端盖形成一个空腔；例如可以使上端盖插入流体均匀注入装置形成；再如，上端盖与流体均匀注入装置扣设形成；又如将上端盖与流体均匀注入装置形成一体结构，在其内部具有一个空腔，也能够实现本实用新型的目的。

上端盖总成实施例一

本实施例的上端盖总成与一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例一的上端盖总成结构相同，故不再赘述。

上端盖总成实施例二

本实施例的上端盖总成与一维火驱物理模拟装置燃烧室实施例二的上端盖总成结构相同，故不再赘述。