[發明專利]用于產水氣井井筒結垢風險評價的實驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201810705042.3
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108843314B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 張亮;許素丹;康俊;白廣毅;張佳旋;張攀峰;任韶然
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/10;E21B47/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

1.一種用于產水氣井井筒結垢風險評價的實驗裝置，包括：井筒模擬及保溫系統和流體注入及收集系統，其特征在于：井筒模擬及保溫系統用于模擬地層中的井筒，為氣水兩相流提供流動通道，并將井筒保持在地層溫度；流體注入及收集系統用于地層水和氣體的注入以及產出地層水的收集；

所述井筒模擬及保溫系統，包括模擬井筒金屬管和溫箱；

所述模擬井筒金屬管由金屬管短節構成，金屬管短節分為四種類型，包括直短節、90度轉彎短節、地層水注入短節、氣體注入短節，為不銹鋼材質；金屬管短節長10cm，內徑0.5cm，外徑1.2cm，一端為公螺紋，一端為母螺紋，相鄰金屬管連接并采用橡膠圈密封，可模擬直井或水平井井筒，連接總長度視溫箱空間而定；氣體注入短節在最前端的入口端，連接氣體預熱盤管和注氣管線；地層水注入短節在氣體注入短節之后，連接用于注入地層水結垢陰陽離子溶液的兩個預熱盤管，保證注入的地層水結垢陰陽離子溶液在金屬管短節內有效混合并結垢，以及地層水和結垢顆粒能夠受到入口端注入氣體的吹掃作用；連接起來的金屬管的入口端和出口端均位于溫箱外部，金屬管主體位于溫箱內，使金屬管處于地層溫度環境；

所述流體注入及收集系統，包括氣源、常壓氣體緩沖罐、氣泵、注氣管線、氣體預熱盤管、地層水結垢陰陽離子溶液、地層水盛放燒杯、蠕動泵、地層水預熱盤管、地層水收集軟管、地層水收集燒杯。

2.根據權利要求1所述的用于產水氣井井筒結垢風險評價的實驗裝置，其特征在于，氣泵將氣源氣體通過注氣管線和預熱盤管泵送進入模擬井筒的金屬管中，注入的氣體包括但不限于空氣、氮氣、CO₂，注氣速度在0～10L/min，預熱盤管長3m，內徑4mm，外徑6mm；蠕動泵將地層水陰陽離子溶液按照1∶1體積比注入到模擬井筒的金屬管中，在地層水陰陽離子溶液進入金屬管混合前分別經金屬盤管預熱至地層溫度，金屬盤管長3m，內徑1mm，外徑3mm，地層水陽離子溶液中根據設計要求加入5～50ppm防垢劑和緩蝕劑，地層水總注入速度在0～300ml/min；產出的地層水經安裝在金屬管出口端的透明塑料軟管冷凝后收集于燒杯中，塑料軟管沒入燒杯中水面以下，提前在燒杯中倒入一定量蒸餾水，觀察產出氣泡，通過氣泡大小判斷金屬管中的堵塞情況。

3.根據權利要求1-2任一項所述的用于產水氣井井筒結垢風險評價的實驗裝置，其特征在于，金屬管在常壓下工作，金屬管主體位于溫箱中，最大工作溫度不低于150℃。

4.用于產水氣井井筒結垢風險評價的實驗方法，采用權利要求1-3任一項的實驗裝置，其特征在于，進行產水氣井井筒結垢風險評價時，將氣泵與氣源連通，將地層水結垢陰陽離子溶液分別盛放于兩個燒杯中，將金屬管末端的塑料軟管沒入地層水收集燒杯的液面之下，然后打開氣泵和蠕動泵，將氣體和地層水預熱后按照一定比例注入到金屬管中形成氣液兩相流動并結垢，一定時間或判斷結垢物完全堵塞金屬管后，拆開金屬管，觀察各金屬管短節堵塞以及管壁結垢情況，收集管內未附著的顆粒垢，根據結垢前后金屬管短節重量變化計算附著垢量以及平均結垢厚度，收集隨地層水產出的顆粒垢，并對產出地層水的結垢離子進行滴定，計算總結垢量，綜合評價金屬管內的結垢風險。

5.根據權利要求4所述用于產水氣井井筒結垢風險評價的實驗方法，其特征在于，具體方法如下：

(1)將各金屬管短節編號并稱重，并按照模擬井筒形狀連接起來，從流體注入端至產出端各金屬管短節的重量依次記為m_p1、m_p2、...、m_pn，單位為mg；將設備按照示意圖連接起來；

(2)開啟溫箱，將金屬管、地層水和氣體預熱盤管加熱至設定溫度并保溫；

(3)開啟氣泵和蠕動泵，將氣體以及地層水結垢陰陽離子溶液按照設計速度以一定比例注入到金屬管內，使地層水在金屬管內結垢，產出地層水和結垢顆粒收集于燒杯中；

(4)持續注氣注水2-24h后或金屬管末端無氣體產出、判斷金屬管被結垢物堵塞時，停止注入氣體和地層水結垢離子溶液；

(5)將隨地層水產出的結垢顆粒過濾烘干稱重記為m_sp，單位為mg；將金屬管全部拆開，觀察各金屬管短節內結垢情況，收集滯留于管內的未附著結垢顆粒，烘干后稱重記為m_sr，單位為mg，將各金屬管短節烘干后稱重記為m_p1’、m_p2’、...、m_pn’，單位為mg；

(6)計算各金屬管短節內壁上的附著垢量m_ssi，單位為mg、平均結垢厚度h_ssi，單位為mm以及金屬管內的總附著垢量m_ss，單位為mg，分別為：

m_ssi＝m_pi′-m_pi

h_ssi＝m_ssi/ρ_s/(3.14×5×100)

式中，i為金屬管短節編號；ρ_s為結垢物密度，mg/mm³；

(7)計算總結垢量m_s，單位為mg及不同類型垢的占比：

m_s＝m_sp+m_sr+m_ss

f_sp＝m_sp/m_s

f_sr＝m_sr/m_s

f_ss＝m_ss/m_s

式中，f_sp為隨地層水產出顆粒垢占總結垢量的比例；f_sr為滯留在金屬管內但未附著在管壁上的結垢量占總結垢量的比例；f_ss為附著在金屬管內壁上的結垢量占總結垢量比例；

(8)根據計算的結垢量和結垢厚度，分析結垢物在金屬管中滯留、附著以及隨地層水產出的比例關系，分析金屬管內壁上結垢厚度分布，判斷金屬管內結垢造成堵塞的風險位置，綜合評價模擬井筒內的結垢風險。