CN107957480B - 一种测试油套环空保护液长效性的试验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测试油套环空保护液长效性的试验装置和方法，试验装置主要有二氧化碳浓度调配模块、pH值测试模块、数据采集分析模块、废气处理模块等4个模块组成，本发明以测定不同CO2浓度、不同温度下环空保护液有效防护时间。采用本发明设计的方法，可以进一步测试油管抗腐蚀风险能力，及时治理环空带压或修井作业，将极大程度降低管柱泄漏风险，从而避免事故发生，采用本发明方案能够产生良好的经济效益，具有广阔的应用前景。

Description

一种测试油套环空保护液长效性的试验装置和方法
技术领域
本发明属于采油工程技术领域，涉及一种测试油套环空保护液长效性的试验装置和方法。
背景技术
在含CO2气井或储气库井油套管环空中注入环空保护液，以预防套管内壁和油管外壁腐蚀。目前，市场上环空保护液种类繁多，但其pH值大都在9以上，对油套管保护起到一定作用。但是，在生产运行过程中，油套环空出现带压，至油压和套压相同时，起出油管发现，油管外壁出现腐蚀穿孔，说明环空保护液早已失去腐蚀防护作用。究其原因主要是含CO2气体泄漏至油套环空，其中CO2逐步溶解于保护液，降低溶液pH，使其最终形成酸性腐蚀环境，保护液有效性丧失，从而造成油管外腐蚀穿孔。
目前对环空保护液检测，主要依据《SY/T 5329碎屑岩油藏注水水质指标和分析方法》标准进行分析，确保油套管年腐蚀速率低于0.076mm/a。关于腐蚀速率的检测已有相应的标准和设备，但是对于环空保护液长期有效性检测评价缺乏相应的装置和方法，尤其是对于30年以上运行年限的储气库井环空保护液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试油套环空保护液长效性的试验装置和方法，可检测环空保护液的长效性，并促使改进环空保护液配方设计，最终筛选出长效性较好的环空保护液，在油套带压情况下有效防护油套管发生腐蚀。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种测试油套环空保护液长效性的试验装置，包括二氧化碳浓度调配模块、pH值测试模块、废气处理模块和数据采集分析模块；
二氧化碳浓度调配模块由氮气瓶、二氧化碳气瓶和集气混合罐组成；氮气瓶和二氧化碳气瓶均通过高压管与集气混合罐连通，该高压管上均安装有流量计和节流阀，集气混合罐内安装有搅拌装置，氮气瓶和二氧化碳气瓶上均装有压力表，集气混合罐上装有CO2浓度检测仪和压力计；
pH值测试模块由水浴恒温箱、二口烧瓶和pH测试仪组成；二口烧瓶中装入环空保护液，二口烧瓶正上口盖有橡胶盖，橡胶盖上开有两孔，一孔中插入与集气混合罐连通的高压管三，高压管三上安装有流量计和节流阀，高压管三插入液面以下，二口烧瓶另一孔插入出气管，出气管端部位于液面以上，在二口烧瓶侧向口插入pH测试仪，pH测试仪插入液体内，二口烧瓶位于水浴恒温箱内，水浴恒温箱连接有温度记录仪；
废气处理模块和与二口烧瓶连通的出气管相连，废气处理模块装有中和有害气液的液体；
数据采集分析模块用于实时采集记录时间、压力、流量、浓度、温度和pH值，集气罐上的CO2浓度测试仪和压力计、水浴恒温箱的温度记录仪、pH测试仪以及各高压管上的流量计均通过数据线连接至数据采集分析模块。
进一步，废气处理模块包括通过高压管连通的密闭废气处理槽和洗气瓶，废气处理槽和与二口烧瓶连通的出气管相连，废气处理槽内装有中和有害气液的液体，洗气瓶连接有排放气体的玻璃管。
进一步，氮气瓶、二氧化碳气瓶承压能力均不低于100bar，集气混合罐承压能力不低于200bar，集气混合罐容积不低于10L。
进一步，水浴恒温箱最高保温为100℃，二口烧瓶容量不小于1000ml。
进一步，高压管三插入液面以下距离瓶底1cm，二口烧瓶另一孔插入出气管，出气管端部距离液面高度在2cm以上。
进一步，pH测试仪的pH测试仪探针至少1/3在液体内。
测试油套环空保护液长效性的方法，包括以下步骤：：
步骤1、进行二氧化碳浓度调配，控制连接氮气瓶、二氧化碳气瓶与集气混合罐的高压管上的节流阀，使CO2和N2流入集气混合罐，并进行搅拌混合均匀，实时监控CO2浓度测试仪和压力计，当CO2浓度达到试验浓度且集气混合罐内压力高于5bar时，记录此时连接氮气瓶、二氧化碳气瓶与集气混合罐的高压管的流量、CO2浓度值、集气混合罐内压力，并自动采集至数据采集分析模块；
步骤2、把环空保护液装入二口烧瓶中，缓慢打开出气高压管三上的节流阀，使集气混合罐内混合气体流入二口烧瓶中，调节高压管三上的节流阀使通入烧瓶内气泡缓慢冒出，以保护液液面不积累气泡为宜，同时记录保护液初始pH值和试验开始时间，采集至数据采集分析模块，开始试验；
步骤3、控制CO2浓度和温度保持不变，实时采集pH值变化，直至pH值稳定不变，结束试验；
步骤4、分析环空保护液pH值随时间的变化，获得在一定CO2浓度和温度下不同环空保护液的有效时间；
步骤5、改变CO2浓度和温度，重复上述步骤1-4，获得不同CO2浓度和不同温度下环空保护液pH值随时间的变化。
本发明测试油套环空保护液长期有效性的试验装置和方法，本发明试验装置主要有二氧化碳浓度调配模块、pH值测试模块、数据采集分析模块、废气处理模块等4个模块组成，本发明以测定不同CO2浓度、不同温度下环空保护液有效防护时间。采用本发明设计的方法，可以进一步测试油管抗腐蚀风险能力，及时治理环空带压或修井作业，将极大程度降低管柱泄漏风险，从而避免事故发生，采用本发明方案能够产生良好的经济效益，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是一种测试油套环空保护液长效性的试验装置示意图；
图2是环空保护液长效性测试结果
图中：1.氮气瓶、2.第一流量计、3.第一节流阀、4.压力表一、5.二氧化碳气瓶、6.第二流量计、7.第二节流阀、8.压力表二、9.高压管一、10.高压管二、11.集气混合罐、12、CO2浓度测试仪、13.压力计、14.第三节流阀、15.第三流量计、16.高压管三、17.二口烧瓶、18.pH值测试仪、19.高压管四、20.高压管五、21.玻璃管、22.洗气瓶、23.废气处理槽、24.水浴恒温箱、25.数据采集分析模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的测试油套环空保护液长效性的试验装置结构主要有：
①二氧化碳浓度调配模块，由氮气瓶1、二氧化碳气瓶5和集气混合罐11组成，其中两个气瓶承压能力均不低于100bar，集气混合罐11承压能力不低于200bar，集气混合罐11容积不低于10L，氮气瓶1和二氧化碳气瓶5上装有压力表一4和压力表二8，集气混合罐11上装有CO2浓度检测仪12和压力计13。氮气瓶1通过高压管二10与集气混合罐11底部连接，二氧化碳气瓶5通过高压管一9与集气混合罐11上部连接，且集气混合罐11内有搅拌装置，为使CO2和N2混合均匀。
②pH值测试模块，由水浴恒温箱24、二口烧瓶17和pH测试仪18组成，其中水浴恒温箱24最高保温为100℃，二口烧瓶17容量不小于1000ml，烧瓶正上口盖上橡胶盖，橡胶盖上开2孔，一孔插入进气高压管三16，高压管三16插入距离瓶底1cm左右，另一孔插入出气高压管四19，出气管插入距离液面高度在2cm以上，在二口烧瓶侧向口插入pH测试仪18，pH测试仪探针至少1/3在液体内，密封好所有孔隙，防止气液泄漏，最后把二口烧瓶17放在水浴恒温箱24内。
③废气处理模块，由密闭废气处理槽23和洗气瓶22组成，两者通过高压管五20连接，废气处理槽23内装有中和有害气液的液体，洗气瓶22用于进一步净化和干燥气体，达到排放标准，通过玻璃管21排放。
④二氧化碳浓度调配模块与pH值测试模块之间，通过高压管三16连接。
⑤pH值测试模块与废气处理模块之间，通过高压管四19连接。
⑥高压管一9、高压管二10、高压管三16上均安装了第二节流阀7、第一节流阀3、第三节流阀14和第二流量计流量计6、第一流量计2、第三流量计15。
⑦数据采集分析模块25，实时采集记录时间、压力、流量、浓度、温度、pH值等数据，把集气罐上的CO2浓度测试仪12和压力计13、水浴恒温箱24的温度记录仪、pH测试仪18以及高压管上的第一流量计2、第二流量计6、第三流量计15等均通过数据线连接至数据采集分析模块25。
测试油套环空保护液长效性的试验方法，包括以下步骤：
①首先进行二氧化碳浓度调配，控制第二节流阀7和第一节流阀3，调节适当流量，使CO2和N2流入集气混合罐11，并进行搅拌混合均匀，实时监控CO2浓度测试仪12和压力计13，当CO2浓度达到试验浓度且集气混合罐11内压力高于5bar时，记录此时第一流量计2和第二流量计6的流量、CO2浓度值、集气混合罐11内压力，并自动采集至数据采集分析模块。
②把环空保护液装入二口烧瓶17中，且环空保护液不要超过烧瓶容积的2/3，装好高压管三16和pH测试仪18，测试仪采集数据线连接至数据采集分析模块，所有孔隙密封好，防止气液泄漏。
③用高压管三16连接二氧化碳浓度调配模块与pH值测试模块。
④用高压管四19连接pH值测试模块与废气处理模块。
⑤打开水浴恒温箱24，加热至试验温度保持恒定，通过数据采集分析模块记录温度数据。
⑥缓慢打开出气高压管三16上的第三流量计15，使集气混合罐11内混合气体流入二口烧瓶17中，调节第三节流阀14，使通入烧瓶内气泡缓慢冒出，以保护液液面不积累气泡为宜，同时记录保护液初始pH值和试验开始时间，采集至数据采集分析模块，开始试验；
⑦期间，控制CO2浓度和温度保持不变，实时采集pH值变化，直至pH值稳定不变，结束试验；
⑧分析环空保护液pH值随时间的变化，可以获得在一定CO2浓度和温度下不同环空保护液的有效时间，从而得到长效性较好的环空保护液；
⑨改变CO2浓度和温度，重复上述①至⑧步，可以获得不同CO2浓度和不同温度下环空保护液pH值随时间的变化。
以下通过实施例说明本发明方案：
对油田现使用的CQ、BN、HB三种环空保护液进行长效性测试，试验要求CO2浓度30％、温度80℃，依据本发明方法进行试验分析。
①首先进行二氧化碳浓度调配，控制第一节流阀3和第二节流阀7，调节适当流量，使CO2和N2流入集气混合罐11，并进行搅拌混合均匀，实时监控CO2浓度测试仪12和压力计13，当CO2浓度达到30％且集气混合罐11内压力高于5bar时，记录此时第一流量计2和第二流量计6的流量、CO2浓度值、集气混合罐11内压力，并自动采集至数据采集分析模块。
②把CQ环空保护液装入二口烧瓶17中，且环空保护液不要超过烧瓶容积的2/3，装好高压管和pH测试仪，测试仪采集数据线连接至数据采集分析模块，所有孔隙密封好，防止气液泄漏。
③用高压管三16连接二氧化碳浓度调配模块与pH值测试模块。
④用高压管四19连接pH值测试模块与废气处理模块。
⑤打开水浴恒温箱24，加热至80℃保持恒定，通过数据采集分析模块记录温度数据。
⑥缓慢打开出高压管三16上的第三节流阀14，使集气混合罐11内混合气体流入二口烧瓶17中，调节第三节流阀14，使通入烧瓶内气泡缓慢冒出，以保护液液面不积累气泡为宜，同时记录保护液初始pH值和试验开始时间，采集至数据采集分析模块，开始试验；
⑦期间，控制CO2浓度和温度保持不变，实时采集pH值变化，直至pH值稳定不变，结束试验；
⑧分析CQ环空保护液pH值随时间的变化，如图2所示；
⑨更换环空保护液BN、HB，重复上述①至⑧步，可以获得BN、HB环空保护液pH值随时间的变化，如图2所示；
⑩分析图2可知，在CO2浓度30％和温度80℃下BN环空保护液最优。
2014年初起，使用本发明方法筛选出适用于东部油田储气库注采管柱的环空保护液，并验证了其长效性，并给出了环空保护液补注和修井作业时间，供油田参考。
本发明适用于各类复杂气井中环空保护液长效性的检测评价，也可扩展应用于其他酸性气体的保护液长效性检测，如H2S气体。
中国石油集团正在大力投资建设各类复杂气井，一口井的建设都在上千万元，甚至上亿元。但现有气井基本全是环空带压生产，带来一定安全风险，长期环空带压易导致油管腐蚀泄漏事故发生，一旦通过地层泄漏至城市生活区将发生严重事故。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种测试油套环空保护液长效性的方法，其特征在于，基于测试油套环空保护液长效性的试验装置，测试油套环空保护液长效性的试验装置包括二氧化碳浓度调配模块、pH值测试模块、废气处理模块和数据采集分析模块；
二氧化碳浓度调配模块由氮气瓶(1)、二氧化碳气瓶(5)和集气混合罐(11)组成；氮气瓶(1)和二氧化碳气瓶(5)均通过高压管与集气混合罐连通，该高压管上均安装有流量计和节流阀，集气混合罐(11)内安装有搅拌装置，氮气瓶(1)和二氧化碳气瓶(5)上均装有压力表，集气混合罐(11)上装有CO2浓度检测仪(12)和压力计(13)；
pH值测试模块由水浴恒温箱(24)、二口烧瓶(17)和pH测试仪(18)组成；二口烧瓶(17)中装入环空保护液，二口烧瓶(17)正上口盖有橡胶盖，橡胶盖上开有两孔，一孔中插入与集气混合罐(11)连通的高压管三(16)，高压管三(16)上安装有流量计和节流阀，高压管三(16)插入液面以下，二口烧瓶(17)另一孔插入出气管，出气管端部位于液面以上，在二口烧瓶侧向口插入pH测试仪(18)，pH测试仪(18)插入液体内，二口烧瓶(17)位于水浴恒温箱(24)内，水浴恒温箱(24)连接有温度记录仪；
废气处理模块和与二口烧瓶(17)连通的出气管相连，废气处理模块装有中和有害气液的液体；
数据采集分析模块(25)用于实时采集记录时间、压力、流量、浓度、温度和pH值，集气罐上的CO2浓度测试仪(12)和压力计(13)、水浴恒温箱(24)的温度记录仪、pH测试仪(18)以及各高压管上的流量计均通过数据线连接至数据采集分析模块(25)；
包括以下步骤：
步骤1、进行二氧化碳浓度调配，控制连接氮气瓶(1)、二氧化碳气瓶(5)与集气混合罐的高压管上的节流阀，使CO2和N2流入集气混合罐(11)，并进行搅拌混合均匀，实时监控CO2浓度测试仪(12)和压力计(13)，当CO2浓度达到试验浓度且集气混合罐(11)内压力高于5bar时，记录此时连接氮气瓶(1)、二氧化碳气瓶(5)与集气混合罐的高压管的流量、CO2浓度值、集气混合罐(11)内压力，并自动采集至数据采集分析模块；
步骤2、把环空保护液装入二口烧瓶(17)中，缓慢打开出气高压管三(16)上的节流阀，使集气混合罐(11)内混合气体流入二口烧瓶(17)中，调节高压管三(16)上的节流阀使通入烧瓶内气泡缓慢冒出，以保护液液面不积累气泡为宜，同时记录保护液初始pH值和试验开始时间，采集至数据采集分析模块，开始试验；
步骤3、控制CO2浓度和温度保持不变，实时采集pH值变化，直至pH值稳定不变，结束试验；
步骤4、分析环空保护液pH值随时间的变化，获得在一定CO2浓度和温度下不同环空保护液的有效时间；
步骤5、改变CO2浓度和温度，重复上述步骤1-4，获得不同CO2浓度和不同温度下环空保护液pH值随时间的变化；
氮气瓶(1)、二氧化碳气瓶(5)承压能力均不低于100bar，集气混合罐(11)承压能力不低于200bar，集气混合罐(11)容积不低于10L；
水浴恒温箱(24)最高保温为100℃，二口烧瓶(17)容量不小于1000ml；
高压管三(16)插入液面以下距离瓶底1cm，二口烧瓶(17)另一孔插入出气管，出气管端部距离液面高度在2cm以上；
pH测试仪(18)的pH测试仪探针至少1/3在液体内。
2.如权利要求1所述的测试油套环空保护液长效性的方法，其特征在于：废气处理模块包括通过高压管连通的密闭废气处理槽(23)和洗气瓶(22)，废气处理槽(23)和与二口烧瓶(17)连通的出气管相连，废气处理槽(23)内装有中和有害气液的液体，洗气瓶(22)连接有排放气体的玻璃管(21)。
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