CN104316647B - 用于模拟结垢的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于模拟结垢的试验装置，它包括内设有温度调节装置的箱体、容置于箱体内的第一容器和第二容器、以及用于观测污垢变化过程的观测系统。利用该模拟结垢的试验装置，介绍了一种模拟石油管线结垢过程的方法，并且利用此方法评价阻垢剂的阻垢率。本发明采用以上试验装置及方法，可以模拟石油采出液在管线内循环流动，同时在循环流动的过程中实现对采出液的结垢和溶垢过程全程进行实时观测，可有效评价阻垢剂的阻垢率。该方法易于实施，评价数据准确。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体地涉及一种用于模拟结垢的试验装置及方法。
背景技术
目前，油气田开发过程中，油气藏中的流体(油、气、水)从油气层中流出，经井筒、井口到地面集输系统。流体在管线里流动的过程中，由于流体里面含有有机物、H2S、CO2、钙离子、镁离子、细菌以及泥沙等杂质，随着管线中温度、压力变化或外来液体的侵入使得流体中离子平衡被打破。这其中的钙离子、镁离子会与碳酸根离子结合生成碳酸盐垢物。结垢现象的发生，将给生产带来不利影响，会使管道缩径，流通截面积变小，进而使得油品产量降低，不能正常连续操作。如果管道结垢现象严重，甚至可能会造成停产，使油气井和设备过早报废。因此对一定的温度和压力条件下对结垢过程的模拟以及对阻垢剂阻垢性能的评价是十分必要的。
目前国内多采用静态方法测试阻垢剂的阻垢率，即将石油采出液试样与一定量的阻垢剂在试管中混合，并将试管加热到预设温度，恒定一段时间后，比较加入不同阻垢剂的试验的石油采出液的结垢程度。对于这种方法，虽然过程简单，易于实施，但不能模拟实际生产工艺过程中物料的流动状态，进而评价阻垢剂的阻垢率的准确性有待商榷。
基于上述静态测试法的缺点，国内还有一些企业提出了利用动态的方法测试阻垢剂阻垢率的观点。即模拟实际石油管线线路设计一条小型的石油流动管线，把石油采出液试样放入该小型管线中，模拟实际生产的状态，调节工艺参数，进而加入阻垢剂，测试阻垢剂的阻垢率。此种方法，虽然能模拟石油的动态流动过程，但是，模拟实际石油流动过程的管线线路非常长，制作这样的线路工艺非常复杂，且对于实际结垢过程的观测也不易实施，结垢和溶垢过程不能可视化。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种用于模拟结垢的试验装置及方法，其能够模拟实际石油在管线中动态流动的过程，且可以对结垢过程进行实时观测。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种用于模拟结垢的试验装置，它包括：内设有温度调节装置的箱体、容置于所述箱体内的第一容器和第二容器、以及用于观测污垢变化过程的观测系统；
所述第一容器与所述第二容器上分别设置有调节第一容器内压力的第一压力控制阀和调节第二容器内压力的第二压力控制阀；
所述第一容器与所述第二容器之间设置有第一流道，所述观测系统包括位于所述第一流道上用于观测流道内液体的镜头，所述第一流道包括自所述第一容器至所述镜头的第一通道以及自所述镜头至所述第二容器的第二通道，在所述第一通道上设置有第一阀门，在所述第二通道上设置有第二阀门。
其中，所述第一压力控制阀与所述第二压力控制阀通过活塞分别控制所述第一容器和所述第二容器内压力。
优选地，所述用于模拟结垢的试验装置还包括用于向第一容器内提供液体的流体泵，所述流体泵与所述第一容器之间设置有第三阀门。
优选地，所述用于模拟结垢的试验装置还包括用于存储试验样品的储槽，所述储槽通过第四阀门与所述第二通道连通。
优选地，在所述第一通道和所述第二通道上还分别设置有第五阀门和第六阀门，在所述第一阀门与所述第五阀门之间形成第一中心点，在所述第二阀门与所述第六阀门之间形成第二中心点；在所述第一中心点与所述第二中心点之间形成有第二流道；所述第二流道通过第四阀门与存储试验样品的储槽连通。
其中，所述箱体的温度调节装置包括彼此连接的用来探测箱体内温度的感温单元、用于根据所述感温单元进行调节的控制单元和用来显示温度参数的显示屏。所述观测系统还包括与所述镜头相电连的视频输出系统。
另外本发明还介绍了一种用于模拟结垢试验装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)第三阀门开启以使得流体泵内未加入阻垢剂的采出液流进第一容器内，调节箱体的温度使得所述箱体达到预设温度；
(2)第一阀门与第二阀门开启，通过第一压力控制阀对所述第一容器内压力进行控制，通过第二压力控制阀对所述第二容器内压力进行控制，使所述第一容器与所述第二容器内的压力不同，进而使得采出液在第一容器与第二容器之间循环流动，通过观测系统对所述第一容器与所述第二容器之间的第一流道内的采出液结垢过程进行实时观测。
其中，该方法还包括以下步骤：
待2-3小时后，第四阀门开启以使得第一容器与第二容器内的液体进入样品储槽，对储槽内的液体进行检测得到未加入阻垢剂时石油采出液在一定温度和压力下的碳酸钙的沉积量M1；
在上述等量的采出液中加入一定量的阻垢剂，第三阀门开启以使得流体泵内加入阻垢剂的采出液流进第一容器内，调节箱体的温度使得所述箱体达到预设温度；
第一阀门与第二阀门开启，通过第一压力控制阀对所述第一容器内压力进行控制，再通过第二压力控制阀对所述第二容器内压力进行控制，使所述第一容器与所述第二容器内的压力不同，进而使得采出液在第一容器与第二容器之间循环流动，通过观测系统对所述第一容器与所述第二容器之间的第一流道内的采出液溶垢过程进行实时观测；
待2-3小时后，第四阀门开启以使得第一容器与第二容器内的采出液进入样品储槽，对储槽内的液体进行检测得到加入阻垢剂时石油采出液在一定温度和压力下的碳酸钙的沉积量M2；
阻垢率＝1-M2/M1，据此得到该阻垢剂对样品采出液的阻垢率。
优选地，所述第一容器与所述第二容器内压力差值最大为0.1Mpa，所述箱体内温度范围为-20℃-200℃，所述加入的阻垢剂量为500ppm。
本发明的优点是：利用压力控制石油采出液，使石油采出液在管线内循环流动，同时在循环流动的过程中实现模拟石油结垢和溶垢过程的直观化，可以对采出液的结垢和溶垢过程全程实时观测。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1显示了本发明的模拟结垢的试验装置的连接示意图；
图2显示了本发明的碳酸钙沉积物的晶型示意图；
图3显示了本发明的加入阻垢剂后形成的絮状物示意图；
图4显示了本发明在不同温度和压力下石油采出液碳酸钙沉积量曲线图。
以上附图的附图标记：1、箱体；2、第一容器；3、第二容器；4、镜头；5、视频输出系统；6、视频监视系统；7、第一压力控制阀；8、第二压力控制阀；9、第一阀门；10、第二阀门；11、流体泵；12、第三阀门；13、储槽；14、第四阀门；15、第五阀门；16、第六阀门。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1所示，本发明提供了一种用于模拟结垢的试验装置，它包括内设有温度调节装置的箱体1，容置于所述箱体内的第一容器2和第二容器3，以及用于观测污垢变化过程的观测系统。其中，所述箱体1的温度调节装置包括彼此连接的用来探测箱体内温度的感温单元、用于根据所述感温单元进行调节的控制单元和用来显示温度参数的显示屏。所述观测系统包括与镜头4相电连的视频输出系统5。其中，镜头4装在视频监视系统6上，视频监视系统6是一种数字化的设备，其可以对整个试验过程进行实时观察，再利用视频输出系统5把观察到的信息传输到电子操控设备上，使人们可以对石油采出样的结垢变化过程有一个清晰的认识。
所述第一容器2与所述第二容器3上分别设置有调节第一容器2内压力的第一压力控制阀7和调节第二容器3内压力的第二压力控制阀8，其中，所述第一容器2和所述第二容器3内分别设置有活塞，所述活塞将所述第一容器2和所述第二容器3分别分隔成第一空间和第二空间，在所述第一空间内存放石油液体，在所述第二空间内存放压力气体，所述第二空间与所述压力控制阀相连通，所述压力控制阀控制容器内的气体压力，进而控制活塞运动使得液体在第一容器2与第二容器3之间循环流动。其中优选两个容器的压力差值最大为0.1Mpa。
所述第一容器2与所述第二容器3之间设置有第一流道；所述观测系统包括位于所述第一流道上用于观测流道内采出液的镜头4；所述第一流道包括自所述第一容器2至所述镜头4的第一通道以及自所述镜头4至所述第二容器3的第二通道；在所述第一通道上设置有第一阀门9；在所述第二通道上设置有第二阀门10。
优选地，可以在该试验装置上设置一台提供石油采出液的流体泵11与所述第一容器2连通，且在所述流体泵11与所述第一容器2之间设置有第三阀门12控制流体泵11。
为了方便采集试验后的试验样品，该装置还可以设置一用于存储试验样品的储槽13，所述储槽13通过第四阀门14与所述第二通道连通。需要采样时，开启第四阀门14，使第一容器2和第二容器3内的石油采出样流至储槽13内，从而进行测试。
优选地，在所述第一通道和所述第二通道上还分别设置有第五阀门15和第六阀门16，在所述第一阀门9与所述第五阀门15之间形成第一中心点，在所述第二阀门10与所述第六阀门16之间形成第二中心点；在所述第一中心点与所述第二中心点之间形成有第二流道；所述第二流道通过第四阀门14与存储试验样品的储槽13连通。这样可以通过关闭第五阀门15和第六阀门16，使石油采出液不流经视频监视系统的镜头4，从而实现对于不同采出液试样可以有选择地流经视频监视系统6的镜头4。
如图1至图4所示，为了进一步解释本发明中各个部件的配合关系，以下介绍该模拟结垢的试验装置使用方法如下：
以80℃，0.5MPa下阻垢剂阻垢性能的评价过程为例：
首先，开启第三阀门12以使得流体泵11内未加入阻垢剂的采出液流进第一容器2内，调节设有温度调节装置的箱体1，使得所述箱体1达到预设温度80℃；开启第一阀门9与第二阀门10，调节第一压力控制阀7对所述第一容器2内压力进行控制，再调节第二压力控制阀8对所述第二容器3内压力进行控制，其中两个压力控制阀分别通过两个活塞控制两个容器内的压力不同，保持压力差值最大为0.1Mpa，优选为0.01Mpa，譬如测试0.5MPa下的试验数据，可以调节一个容器内压力为0.5MPa，另一个容器内压力为0.49MPa或0.51MPa。进而使得采出液在第一容器2与第二容器3之间循环流动，通过观测系统对所述第一容器2与所述第二容器3之间的第一流道内的采出液结垢过程进行实时观测。
待2-3小时后，开启第四阀门14以使得第一容器2与第二容器3内的采出液进入样品储槽13，对储槽13内的液体进行检测得到未加入阻垢剂时石油采出液在一定温度和压力下的碳酸钙的沉积量M1＝248.2mg/L。
再在上述等量的采出液中加入500ppm的阻垢剂，开启第三阀门12以使得流体泵11内加入阻垢剂的采出液流进第一容器2内，调节设有温度调节装置的箱体1，使得所述箱体1达到预设温度80℃；开启第一阀门9与第二阀门10，调节第一压力控制阀7对所述第一容器2内压力进行控制，再调节第二压力控制阀8对所述第二容器3内压力进行控制，使所述第一容器2与所述第二容器3内的压力不同，进而使得采出液在第一容器2与第二容器3之间循环流动，通过观测系统对所述第一容器2与所述第二容器3之间的第一流道内的采出液溶垢过程进行实时观测；
待2-3小时后，开启第四阀门14以使得第一容器2与第二容器3内的采出液进入样品储槽13，对储槽13内的液体进行检测得到加入阻垢剂时石油采出液在一定温度和压力下的碳酸钙的沉积量M2＝24.81mg/L；
阻垢率＝1-M2/M1，据此得到该阻垢剂对样品采出液的阻垢率为1-24.81/248.2＝90.0％。
同理，可以采用相同试验方法，计算不同温度、压力下的阻垢剂的阻垢率，进而评价其阻垢性能。
下表给出不同温度和压力下未加入阻垢剂和加入阻垢剂时碳酸钙的沉积量。
0.1MPa
0.5MPa
10MPa
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于模拟结垢的试验装置，其特征在于，它包括：内设有温度调节装置的箱体、容置于所述箱体内的第一容器和第二容器、以及用于观测污垢变化过程的观测系统；
所述第一容器与所述第二容器上分别设置有调节第一容器内压力的第一压力控制阀和调节第二容器内压力的第二压力控制阀；
所述第一容器与所述第二容器之间设置有第一流道，所述观测系统包括位于所述第一流道上用于观测流道内液体的镜头，所述第一流道包括自所述第一容器至所述镜头的第一通道以及自所述镜头至所述第二容器的第二通道，在所述第一通道上设置有第一阀门，在所述第二通道上设置有第二阀门；
在所述第一通道和所述第二通道上还分别设置有第五阀门和第六阀门，在所述第一阀门与所述第五阀门之间形成第一中心点，在所述第二阀门与所述第六阀门之间形成第二中心点；在所述第一中心点与所述第二中心点之间形成有第二流道；所述第二流道通过第四阀门与存储试验样品的储槽连通。
2.根据权利要求1所述的用于模拟结垢的试验装置，其特征在于：所述第一压力控制阀与所述第二压力控制阀分别包括用于控制所述第一容器和所述第二容器内压力的活塞。
3.根据权利要求1所述的用于模拟结垢的试验装置，其特征在于：所述用于模拟结垢的试验装置还包括用于向第一容器内提供液体的流体泵，所述流体泵与所述第一容器之间设置有第三阀门。
4.根据权利要求1所述的用于模拟结垢的试验装置，其特征在于：所述箱体的温度调节装置包括用来探测箱体内温度的感温单元、用于根据所述感温单元进行调节的控制单元和用来显示温度参数的显示屏。
5.根据权利要求1所述的用于模拟结垢的试验装置，其特征在于：所述观测系统还包括与所述镜头相电连的视频输出系统。
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