113开发高温高压动态污染仪.docx
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113开发高温高压动态污染仪
石油大学（华东）仪表厂0546—8391699
INSTRUMENTPLANTOFTHEUNIVERSITYOFPETROLEUM
YBH—Ⅰ多功能油层保护实验仪使用说明书
使用前请仔细阅读本手册
石油大学石仪公司2005年7月
一、概述1
二、主要技术参数1
三、仪器结构1
1、注入系统：
2
2、储液系统：
2
3、污染釜及岩心夹持器：
4
4、控温系统6
5、控制流程：
6
6、磁力驱动搅拌系统7
7、加压及压力监视系统8
8、计量系统8
9、数据采集处理系统：
8
10、系统软件：
9
四、安装、检查和使用9
（一）安装9
（二）检查和使用11
五、操作注意事项15
六、附图16
一、概述
油田开采过程中，不可避免地要向地层注入各种外来流体，这些外来流体注入地层后将不可避免地与地层物质发生各种物理与化学反应，统称之为对地层的污染，这些反应将会改变地层原有的性状，以至于影响到生产的进行，因此了解并掌握这些变化非常重要。
该仪器就是用来评价外来流体与岩石样品相互作用的专用仪器，主要包括几大方面的功能：
1．钻井液（泥浆）在高温高压下对岩心的动态滤失实验。
2．钻井液（泥浆）在高温高压下对岩心的静态滤失实验。
3．钻井液（泥浆）在高温高压下对岩心的污染实验。
4．岩心敏感性评价实验。
二、主要技术参数
1、电源AC220V50Hz
2、系统耐压50MPa
3、梯度实验工作压力40MPa
4、环压40MPa
5、工作温度室温～150℃
6、搅拌速度0～1000转/分
7、流量范围0～10mL/min
电机
三、仪器结构
天平
计算机
滤失釜
环压泵
图1仪器整体外观示意图（仅为示意）
该仪器主要包括：
注入系统，污染釜及岩心夹持器，加热控温系统、控制流程，磁力驱动搅拌、加压及压力监控系统、系统计量系统，数据采集处理系统，系统软件等几大部分。
仪器整体外观示意土如图一所示。
1、注入系统：
主要包括一台平流泵（流量0～10mL/min,最高压力40MPa）及相应的管路系统。
平流泵使用常规4mm管线。
2、储液系统：
储液系统包括中间容器及中间容器组的使用。
（1）中间容器
中间容器主要是用来储存和输送工作介质的，另外还有缓冲压力波动的作用。
如图2所示，本装置所用的中间容器都带有隔离活塞，目的是将动力液体和工作介质隔离开来，这是由于提供动力的平流泵严格要求使用较为纯净的流体进行工作，而实验中的各种工作介质却各种各样。
活塞由聚四氟乙烯材料制成，使用O型圈进行密封隔离，活塞除了有隔离作用外，重要的作用是将动力液体的动力传递给工作介质进行工作。
中间容器结构可以参照如下结构示意图。
加力环
快速接头座
活塞
弹簧挡圈
堵头
压帽
筒体
加力孔
图2中间容器结构示意图
中间容器的装液
将中间容器小车面板上的输出、输入接头从面板上取下，将小车从仪器内拉出，将要灌液的中间容器两端的阀门打开，其余的中间容器两端阀门关闭，如要给容器一灌液，将小车面板上的阀3、阀4打开，阀5、阀6、阀7、阀8关闭，再将输出端的放空阀1关闭，将输入端的放空阀2打开，将一容器放在放空管线下，准备接容器内的液体。
取下容器上端的快速接头，使用一根能穿过快速接头孔（Φ10mm）的细杆确认活塞的位置，如有需要，使用本装置提供的气瓶管线及接头将中间容器连到气瓶上，或将容器接头接好，用管线将气瓶连到输出口上，利用气瓶的压力将活塞顶回到中间容器的另一端，同时液体从放空管流出。
注意，使用0.3MPa以内的压力即可满足推动活塞的要求，无须将压力调的太高，压力高了既浪费又不安全，压力调到后即可关闭气瓶，等活塞运行到头后，应先从放空阀将压力释放，然后再取开连接管线。
另外，也可以卸上端的压帽和堵头（请确认弹簧挡圈在堵头上，堵头是靠它给带出来的），用一个直径在Φ30mm以上的圆棒以及重物将活塞顶回到中间容器的一端（圆棒不可太细且端面应平整，否则会损坏活塞）。
如果压帽与筒体之间结合的比较紧密的话，可以使用配备的专用扳手，一个插入加力环上的加力孔中，一个插入压帽上的加力孔中相对用力即可将压帽松开。
若一端的堵头是卸下的，可直接将工作介质倒入中间容器。
如果没有卸下堵头，可以通过快速接头孔将工作介质加入，用烧杯直接倒或使用漏斗。
装完液体后先将管线连上，否则液体容易洒出，然后将中间容器小车推回仪器内，连接好管线放好，（注意输入和输出管线的不同），以备实验时使用。
中间容器的清洗
将两端打开用清水冲洗即可。
故障处理
如有泄露，请更换相应的O型圈。
如还有其他问题请与厂家联系。
（2）中间容器组
输出
输入
放空
图3中间容器组连接原理示意图
由于一个实验中可能要用到不同的工作介质，因此需用多个中间容器盛装不同的液体并组成中间容器组，本装置提供了一个包括三个1L中间容器的中间容器组，三个中间容器并联连接，每个中间容器的输入输出端都有阀门进行控制，三个中间容器的输入输出端又分别汇总为中间容器组的输入输出端。
上图给出原理示意图。
3、污染釜及岩心夹持器：
该部分模型以污染釜和岩心梯度夹持器、污染夹持器为主，主要用于泥浆污染实验、污染滤失实验。
污染釜和岩心夹持器、污染夹持器外部都缠有加热带，可模拟地层高温环境。
温度通过传感器由计算机控制。
（1）污染釜
污染釜结构如图4所示，包括釜体、釜盖堵头、加热护套。
图4污染釜结构图
釜体、堵头之间采用螺纹连接，O型圈密封，用专门配备的扳手即可完成拆装。
专门设计的出口阀门密封可靠、操作简单。
液体的注入可以拿开堵头从釜口倒入（比较费事），也可从加压孔加入，而无需拿开堵头，但应事先量好液体的体积，以免溢出。
堵头上在中心处装有强磁力偶合器，在其周围装有测温孔和加压孔，测温孔用以插入温度传感器探头来测量釜内液体温度，加压孔用来给釜内液体加压，通过快速接头连接压力源。
（2）岩心夹持器
本装置提供两套岩心夹持器，一套是常规岩心夹持器，一套是污染夹持器，两套夹持器外都缠有加热带，可模拟地层温度。
常规岩心夹持器带有一个围压口，结构如图5所示。
岩心污染夹持器是通过特殊设计的，既可以与污染釜相接做滤失、污染实验，又可在加有环压的情况下，从污染釜上卸下，单独做流动实验。
污染岩心夹持器结构如图6所示，主要由夹持器体、夹持器堵头、夹持器压帽、胶筒、加热护套组成。
夹持器体上有围压口，围压口可与环压泵相接，为岩心加上环压。
环压大小可通过面板上的压力表来显示。
加热带
夹持器体
胶筒
调节堵头
密封端盖
调节螺套
端盖
固定堵头
调节手轮
垫块
环空
围压孔
岩心
加力孔
图5常规夹持器结构示意图
图6污染夹持器结构图
4、控温系统
温度控制系统包括控制电路、加热元件、温度传感器、温控仪等。
主要指对预热罐、夹持器及护套加热控温系统、釜体的加热控温。
由于本装置有两套夹持器，因此共有五套加热系统。
加热系统有单独的控制开关，装在仪器面板上，只有打开开关，加热系统才启动。
五只温度传感器的测温端分别插入釜盖上的测温孔、两只夹持器测温孔、预热罐的测温孔、护套的测温孔。
实验温度及设定温度在主控柜的面板上的温控仪实时显示。
系统降温可以采取自然冷却或者启动水循环冷却系统来实现。
5、控制流程：
该仪器设有正、反两向流程，可通过控制主控柜面板上的阀门来控制正、反向，面板上流程如图7所示，做实验时，将相应管线连接好，正向时，将阀4、阀11打开，将阀7、阀8关闭；反向实验时相反。
本仪器提供两个夹持器，一个是剃度夹持器，一个是污染夹持器，两个夹持器并联连接（如下图），做实验时只能使用一个，两个夹持器不能同时使用，如使用岩心夹持器时，将阀5、阀9打开，关闭阀6、阀10；使用污染加持器时则相反。
本装置流程除出口部分，实验流程耐压50MPa。
污染岩心夹持器系统采用独特的技术设计，即可在泥浆釜体上方便的连接和使用。
本装置提供可加温的预热罐，可使工作液在进入岩心前就已加热，更好的模拟地下实验。
流程后部分装有冷凝装置和回压装置，在加温时使用，用以防止流出的液体汽化。
7
4
6
5
环压
11
8
预热罐
10
9
入口
出口
图7面板流程示意图
6、磁力驱动搅拌系统
磁偶合搅拌系统，包括强磁力偶合器、驱动电机、电机控制电路、调速以及速度显示等。
可在静密封条件下通过磁力驱动污染釜内的搅拌锥盘来搅拌污染釜内的液体，实现动态测试。
搅拌速度可以通过面板上的调节钮无级调节。
驱动电机通过皮带带动强磁力偶合器的外磁极，外磁极依靠磁场带动隔套内的强磁轴承（内磁环）同步转动，强磁轴承通过联轴器带动搅拌杆以及浆叶来搅动釜内液体。
隔套上部装有测速元件，连成一体的搅拌器与内磁环旋转时，测速元件即感知磁场信号，该信号与搅拌转速相对应，信号传递到装在面板上的转速表上并以数字形式显示出搅拌速度，单位是转/分。
转速调节钮装在转速显示块下边，顺时针旋转调节钮将加快电机转速。
注意：
测速元件比较小，它是通过其上的三只管脚和信号线焊接在一起，使用时应尽量小心，以免将管脚折断而使其失效。
另外，安装时注意其方向性，应将元件上有字的一面贴在隔套上。
强磁力偶合器与釜盖间装有冷却水套，当操作温度较高（超过100℃），应通冷却水，以防磁钢因温度太高而退磁。
轴承采用高强电化石墨，耐磨损，且维修周期长。
7、加压及压力监视系统
包括平流泵、环压泵、气瓶、进口压力传感器、压力表、加压阀（气源阀）、放空阀以及相应的管路系统。
测压点采用压力传感器组来计量工作压力，由于各个测压点的压力很难规范到某一量程范围，为保证每个测压点的压力都能测的准确，在上下游各配备两只传感器，组成一个传感器组。
加上自动环压泵上的一只传感器这样将会有总共有5只传感器和2只电磁阀用来进行压力计量。
两只传感器组成的传感器组中有一只低量程传感器（1MPa，精度0.1%）和一只高量程传感器（40MPa，精度0.1%），两只传感器采用串联阶梯式计量方式，串联连接，中间有电磁阀隔开，实验中由计算机检测并通过开关电磁阀来选择传感器。
在低压时，计量最大绝对误差为0.001MPa，高压时，计量最大绝对误差为0.04MPa。
测压点和测压点之间的传感器组是相互独立的，互不相关。
压力的大小将实时在计算机屏幕上进行显示。
压力表在仪器的前面板上，传感器以及相应的电路在仪器内部。
压力源入口以及去釜体加压口的管线接头均在仪器机柜的后面，均为快速接头。
在釜体的下端装有放液阀，用于泄放液体。
8、计量系统
有压力计量和流量计量两部分，压力计量主要由压力传感器完成。
流量计量主要由天平完成，天平的数据实时的传给计算机，由计算机实时算出即时流量来。
9、数据采集处理系统：
包括采集板，自动控制电路，计算机，打印机等
10、系统软件：
用VB6来编写，既能完成数据的采集，处理，又能很好的完成自动识别和控制选择传感器的工作。
四、安装、检查和使用
（一）安装
1．仪器应放置在室内。
应保证设备地点通风良好。
2.工作环境温度为10—40℃，相对湿度小于85%，周围介质中不含有导电尘埃及腐蚀性气体。
3.如果仪器是整体运抵用户手里或者由厂家负责安装的话，请直接进行检查和使用。
如果是分体运抵用户手里的话，用户可以按照以下步骤进行安装。
（1）釜体安装：
一般情况下，釜体、堵头以及相连的搅拌系统、快速接头座、测压孔、测温孔座等都已连好，只需将其整体安装于支架上即可。
取出釜体及其附件，从支架台面上位于偏右位置的安装孔垂直（尽量保持垂直，否则可能被卡住）装入，将釜体法兰上的固定孔与台面上的固定孔对准（注意尽量使加压用的快速接头座的位置冲后），然后用随带的不锈钢螺钉上紧即可。
（2）电机安装：
第一步先将电机支撑杆装在台面上，注意方向性，应将螺纹短的一头固定在台面上，从台面下边加上垫片和螺母上紧。
第二步装电机，先在支撑杆螺纹长的一头拧上一个螺母，然后将电机有皮带轮的一端朝下装在支撑杆上，然后再拧上拧上一个螺母将电机固定。
调节两个螺母，使得电机皮带轮与磁力偶合器外磁极上的皮带轮在同一水平线上。
（3）皮带安装：
先将皮带套在磁力偶合器外磁极的皮带轮上，然后再将其装在电机的皮带轮上即可。
如果皮带松紧不合适，可以通过将电机绕支撑杆转动来调节。
（4）测速器、温度传感器、压力管线的连接：
测速器带航空插头的一端与仪器机柜侧面的相应插座相连，另一端为测速元件，将其插在磁力偶合器顶部的尼龙护套的缺口内，注意测速元件比较小，它是通过其上的三只管脚和信号线焊接在一起，使用时应尽量小心，以免将管脚折断而使其失效。
另外，安装时注意其方向性，应将元件上有字的一面贴在隔套上。
温度传感器探头带航空插头的一端与仪器机柜侧面的相应插座相连，另一端为探头，插在堵头上的测温孔即可。
压力管线两端均为快速接头，按照已经握好的形状找好位置装上即可。
注：
如果堵头拧紧后压力接头位置不合适，可以调整一下角度，堵头从最紧的位置回松一周（360度）可以允许也足以保证调好位置。
不可再松，否则将影响到密封问题。
（5）放液阀的安装：
从架子下部将其装在阀座上（釜体底部）即可。
该放液阀为特殊设计，用压帽顺时针向上旋到顶时，该阀为关闭状态，可以承受该系统内高压，用压帽逆时针向下旋到一半时，该阀为打开状态，如果釜体内有液体且有压力，您将会看到液体从导管内流出，注意液体的盛接。
如果釜体内有液体但没有压力时，应使釜体内与大气相通。
注意：
该阀的开关状态从外表不容易看出，操作时要注意观察。
另外，做高温实验时，该阀会有较高的温度，操作者应注意带上防护手套以防被烫。
（6）加热瓦的安装：
取出加热瓦，将螺钉松开（不用卸下），将加热瓦套在釜体上，在将螺钉上紧。
然后将电源线联上陶瓷接线柱上即可。
（7）污染夹持器的安装：
将组装好的污染夹持器垂直对准釜体上的夹持器接口，慢慢拧紧，由于夹持器头上的O型圈与釜体密封很紧，拧时可能比较费力，可使用专有扳手。
注意：
用专有扳手上夹持器时，如感到拧时比较费力时，不要使劲继续拧，需要往回拧拧，在继续迂回着拧。
否则容易发生绞扣现象。
（8）岩心夹持器的安装：
岩心夹持器是由厂家已组装好的，将已组装好的岩心夹持器放在仪器右侧的岩心夹持器专用的架子上，将夹持器的环压接口从侧板的长条口插入侧板的另一面，用螺钉固定，将环压管线接到相应接口上，加入岩心和垫块，装上上下堵头，可调节堵头必须拧紧，否则胶筒内有空隙，加上环压后，可使胶筒变形，影响使用。
当调节堵头已拧到底，说明岩心不够长，应加垫块。
装好后用相应管线接到后侧的相应接口上即可。
（二）检查和使用
1．检查面板上的可动部件和固定接点是否正常，检查侧面接件接触是否松动，是否有因运输和保管不善而造成的损坏或锈蚀。
检查电机与强磁力偶合器之间的皮带是否连接完好。
2．做滤失实验时，连接好所有导线，包括电源线、电机线及温度传感器和测速元件导线。
3．连接好所有管线，夹持器环压口与仪器侧面的环压出口相接，加上环压；污染釜与仪器侧面的引压接口相连，将仪器面板上的阀4、阀10、阀11关闭，将阀8、阀9打开；将小车面板上的阀1、阀3、阀5、阀7关闭。
这样实验时釜内压力可由仪器中的上游压力传感器组采集，在计算机上实时显示。
连接好后整体结构如图八所示。
图八整体结构图
4．将面板上“电源”开关打开，转速应有显示。
如需加热，打开各个加热开关，各加热开关上相对应的指示灯变亮，关闭加热开关，指示灯灭。
注：
加热开关打开，加热系统便启动。
因此请在准备工作完成后才打开加热开关，或者将设定温度设在室温或低于室温。
5．通过加压接头的连接孔加入测试液体，注意加入体积。
然后快速接头拧紧（保证堵头上的O型圈深入孔内以保证密封）。
6.做动滤失实验时，缓慢旋动“调速”旋钮，使电机缓慢转动，观察速度显示，调节到预定转速。
注：
压力的变化可能会使转速有所改变，待压力稳定后调回原值即可。
顺时针旋转调节钮为加速，逆时针为减速。
7.接上压力源，缓慢加压，观察压力显示，到预定值为止。
注：
高温实验时一定要密切注意观察压力的变化，以免超压。
可以随时通过放空阀泄掉高出的压力。
或者先等温度稳定后才进行加压。
如果污染釜加压是由气瓶来完成的话，当所需压力小于气瓶所能提供的压力时，直接用气瓶加压即可，如果所需压力大于气瓶所能提供的压力时，可在加热前先行给污染釜一个初始压力，随加热的进行，压力会逐渐升高，注意及时控制压力的大小（通过放空阀释放过高压力），直到稳定为止。
与气瓶的连接如图五所示。
1污染釜2放空阀
3压力表4气源阀
5气瓶阀6气瓶
7放液阀
图九：
气瓶连线示意图
8．反应完毕后，应将“调速”旋钮逆时针调回零位，将温度设回室温以停止加温系统，系统将自然降温。
9．待温度降下来后，再放出釜内高压气体和液体，使压力降至常压（压力表显示零）。
注：
必须等温度完全降下来以后再卸压，否则泥浆容易喷出，对人体造成伤害。
10．每次操作完毕，应清除釜体、釜盖上之残留物，保持仪器干净，釜体内可以加入清水并启动搅拌系统来清洗。
11.清洗完毕，关闭电源，即可结束滤失实验。
12．做污染实验时，按前述选择正反向，选择中间容器，将污染夹持器两边的阀门打开，将岩心夹持器两边的阀门关闭，开泵测污染前的水相渗透率和油相渗透率，将污染夹持器环压口上的阀门关闭，保持环压不变，把污染夹持器从加热护套上卸下，装到污染釜上，如前述做滤失实验。
做完后再保持环压不变，把污染夹持器从污染釜上卸下，与夹持器加热护套相接，环压与流动环压接口相连，在连上相应管线，加环压，当环压表显示压力等于污染夹持器的环压时，打开夹持器环压口上的阀门。
按前述方法选择正反向，选择中间容器，将污染夹持器两边的阀门打开，将岩心夹持器两边的阀门关闭，开泵即可做污染后的实验。
工作压力由传感器在计算机上显示出来。
13．做敏感性评价流动实验时，只需把环压阀切换到岩心夹持器，将污染夹持器两端的阀门关闭，将岩心夹持器两端的阀门打开，即可开泵做敏感性评价实验。
具体步骤如下：
基础参数测量
1）测量并记录干燥岩心的质量W1（g）、长度（cm）、直径（cm）；
2）用气体测出岩心渗透率；
3）测量实验用油、水及其它工作液的密度和粘度。
饱和岩心
4）将岩心放入真空装置的缓冲罐内，用真空泵抽真空半小时以上，用实验用的工作液使岩心充分饱和；
5）称取饱和水后的岩样湿重W2；
6）计算岩心有效孔隙体积V孔=（W2-W1）/ρ工作也；
A．速敏
1）将前述饱和好的岩心装入夹持器；
2）如果需要加回压，打开回压阀和气瓶，压力大小可在回压表上显示出来；
3）用环压泵给夹持器加环压，环压大小可由压力表或计算机上适时上显示；
4）选择所要使用的中间容器；
5）进入采集界面，软件操作见软件说明书；
6）按实验要求选择泵的流量；
7）开泵测出岩心渗透率；
8）再选择下一流量测岩心渗透率，测出渗透率突降的临界流量；
9）对于低渗透率的致密岩样，当流量尚未达到6.0mL/min，而压力梯度已大于3MPa/cm，且随着流量的增加岩样渗透率始终无明显下降时，则认为该岩样无速敏性；
10）当流量已达规定的最大流量，盐水渗透率始终没有下降（甚至上升），则应在完成6.0mL/min的测量后，立即进行换向实验；
11）当换向流动实验表明无微粒运移特征时，则认为该岩样无速敏性；当存在微粒运移特征时，则认为该岩样存在速敏性，但其临界流速和速敏损害值不确定；
12）采集结束，停泵，数据处理，报表打印；
13）卸环压，流程清理，实验结束。
B．水敏
1）同速敏1）—3）；
2）设泵的流量小于临界流量；
3）按地层水、次地层水、蒸馏水的顺序选择工作液；
4）进入采集界面，开泵测岩心渗透率；
5）观察有无水敏现象；
6）采集结束，停泵，数据处理，报表打印；
7）卸环压，流程清理，实验结束。
C．酸敏
1）同水敏1）—3）；
2）选择所要使用的中间容器；
3）设泵的流量小于临界流量
4）进入采集界面，开泵测岩心水相渗透率和油相渗透率；
5）关泵，将夹持器掉转方向，反向注入所需PV倍数的酸液；
6）让酸液在岩心中停止所需时间；
7）再测岩心的水相渗透率和油相渗透率；
8）采集结束，停泵，数据处理，报表打印；
9）卸环压，流程清理，实验结束。
D．碱敏实验步骤
1）按地成水的总矿化度配制相同矿化度的KCl盐水，用稀HCl或稀NaOH调节其PH值，使其达到6～7，记录初始PH值；
2）同速敏1）—2）；
3）设泵的流量小于临界流量；
4）进入采集界面，开泵测岩心渗透率，停泵；
5）用稀NaOH溶液调节KCl盐水的pH值，并按1个～1.5个pH值单位的间隔不断提高碱液的pH值（每提高1～1.5Ph值为一个实验点）；
6）依次向岩样中注入已调好的pH值的碱性溶液10倍～15倍孔隙体积，静止浸泡12h以上；
7）开驱替泵，用该碱液以低于临界流速的流量测岩样渗透率，直至pH值提高到13为止；
8）采集结束，停泵，数据处理，报表打印；
9）卸环压，流程清理，实验结束。
E．盐敏除按实验所需选择工作液外，其余步骤同水敏
五、操作注意事项
1、污染釜下连通阀杆不能拧得过紧，以防损坏，以不漏气为准
2、在调节压力时，一定要缓慢升压，以防突然增压将压力表顶坏
3、升温时，保证温度传感器插在污染釜传感器探头插孔内，严禁触摸污染釜外套及加热接线柱，以防发生危险
4、降温时，一定将温控仪设定温度调到20℃以下
5、结束泥浆冷却后，要缓慢卸压，以防突然减压造成泥浆沸腾，冲入放空管路并堵塞管路，造成釜体内压力无法全部卸掉
注：
必须等泥浆冷却后再卸压，否则，泥浆易随放空喷出，造成人体伤害。
6、卸压时一定先关闭上压阀，并保证总气源已关闭，放空口无气体排出时，再打开上压阀，以防止泥浆逆流进上压及气瓶管线难以清洗
六、附图
敏感性评价实验流程图
放空
敏感性评价实验流程图
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