CN111042797A - 一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统，包括油套管评价模块、腐蚀挂片模块、结垢评价模块、电化学腐蚀探针模块和双层循环管路；油套管评价模块、腐蚀挂片模块、结垢评价模块和电化学腐蚀探针模块均与双层循环管路连接，油套管评价模块用于油套管和油套管内涂层的流体冲刷模拟；腐蚀挂片模块用于流体的动态冲刷腐蚀模拟；结垢评价模块用于油套管结垢模拟；电化学腐蚀探针模块用于油套管电化学腐蚀模拟。可模拟井筒环境中流体流速、压力、温度等腐蚀结垢因素，可用于开展油套管腐蚀速率测试、腐蚀行为和腐蚀机理研究、防腐措施效果评价、缓蚀剂优选、阻垢剂优选、不配伍流体结垢状况研究等，为油气井防腐防垢工作提供有效的评价手段。

Description

一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统

技术领域

本发明属于油气田腐蚀与防护技术领域，涉及一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统。

背景技术

在石油开采过程中，油套管作为联接钻井和采油的桥梁是至关重要的，它用量大，对安全稳定要求高，一次下井要长期使用，是油田长期稳定高产的关键部分。但随着油田开发时间的延长和越来越多的强化采油措施不断用于生产，如高压注水、压裂、大型酸化、注蒸汽等，使油套管的工作环境不断恶化，而多年来的油套管强度设计的基本理论和方法均以完井施工作为主要考虑因素，对采油、注水措施施工，地应力变化过程中一系列因素考虑较少或未考虑。现场实际情况表明，油水井投产后，油套管所受到的腐蚀环境逐渐恶化，油套管破损日趋严重，已成为制约油田发展及提高开发效益的一大难题，并且也是国内外各油田普遍存在的日益严重的难题。开展套损预防技术的研究应用，对提高老油田整体开发效益具有重要意义。因此认真分析和研究油套管损坏的各种因素和机理，评价各种防腐措施效果，是一个亟待解决的问题。国内外虽然对油套管腐蚀问题做了大量的研究，但是不同油田的环境存在很大的差异，而且随着开发的深入，不断出现新的问题，需要经历认识—提高—重新认识的循环过程。

目前科研院所在腐蚀结垢研究方面多采用间接评价方法，如软件预测、挂片失重法、电化学评价法等，暂无全尺寸腐蚀模拟评价装置。目前，一些油田开展了全尺寸腐蚀模拟评价试验，如吉林油田的全尺寸试验装置侧重于评价高CO₂(15％～20％)腐蚀，普光气田的全尺寸试验装置侧重于评价高H₂S腐蚀。

但是，上述方法要么是基于中间量的间接评价方法，评价结果相对于实际情况的误差大，要么仅能单纯的进行腐蚀模拟。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中评价结果真实性差，且仅能单纯的进行腐蚀模拟的缺点，提供一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统，包括油套管评价模块、腐蚀挂片模块、结垢评价模块、电化学腐蚀探针模块和双层循环管路；油套管评价模块、腐蚀挂片模块、结垢评价模块和电化学腐蚀探针模块均与双层循环管路连接，双层循环管路内部设置循环流动的流体；油套管评价模块用于油套管和油套管内涂层的流体冲刷模拟；腐蚀挂片模块用于流体的动态冲刷腐蚀模拟；结垢评价模块用于油套管结垢模拟；电化学腐蚀探针模块用于油套管电化学腐蚀模拟。

本发明进一步的改进在于：

还包括数据采集控制模块，数据采集控制模块与腐蚀挂片模块、结垢评价模块和电化学腐蚀探针模块均连接；用于采集腐蚀挂片模块的挂片重量，结垢评价模块的结垢量，电化学腐蚀探针模块的电化学测试电位。

所述双层循环管路包括储液罐、循环泵、外层套管和内层油管；内层油管一端连接储液罐进口，另一端连接储液罐出口，循环泵设置内层油管上，用于驱动流体在内层油管内循环流动，外层套管套设在内层油管外部，外层套管外部套设柔性加热套；油套管评价模块、腐蚀挂片模块、结垢评价模块和电化学腐蚀探针模块均与内层油管连接。

所述外层套管采用全透明pc管，外层套管上开设若干开窗。

还包括扶正器，扶正器一端连接内层油管外壁，另一端连接外层套管内壁，用于将内层油管置于外层套管中轴。

所述油套管评价模块包括水平油套管和垂直油套管，水平油套管和垂直油套管的两端均与双层循环管路的内层油管阀门连接。

所述腐蚀挂片模块包括上盖、法兰和若干挂片悬挂杆；上盖通过法兰与双层循环管路上开设的上盖孔密封连接，若干挂片悬挂杆均位于双层循环管路内部，且一端与上盖一侧表面连接；挂片悬挂杆上设置若干腐蚀挂片。

所述结垢评价模块包括阴阳离子罐、结垢离子溶液灌、注入泵、恒温箱、废液池、毛细管阻垢测试器和两个压差传感器；结垢离子溶液灌一端连接阴阳离子罐，另一端通依次连接注入泵、毛细管阻垢测试器和废液池，注入泵与双层循环管路连接；毛细管阻垢测试器位于恒温箱内部，两个压差传感器分别与毛细管阻垢测试器的两端连接。

所述结垢评价模块还包括流量计、背压阀和pH探针；流量计和背压阀均设置在注入泵与双层循环管路之间的管路上；pH探针密封插于内层油管内部。

所述电化学腐蚀探针模块包括若干探针，探针与双层循环管路螺纹连接，且一端伸入双层循环管路内部。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过设计双层循环管路，通过双层循环管路将油套管评价模块、腐蚀挂片模块、结垢评价模块和电化学腐蚀探针模块连接为一个整体，实现油套管和油套管内涂层的流体冲刷模拟、流体的动态冲刷腐蚀模拟、油套管结垢模拟和油套管电化学腐蚀模拟；双层循环管路内部设置循环流动的流体，可以实现动态阻垢，动态腐蚀，动态冲刷管材试验，更接近油田动态生产现状，同时还可以验证防腐措施的有效性，如评价牺牲阳极、缓蚀剂等的防腐效果，为油气井防腐工作提供有效的评价手段，为缓蚀剂优选、腐蚀环境测试、管内涂层冲刷试验、牺牲阳极选择等提供更为接近生产的技术依据。同时，本发明，易于装配，模拟过程简单，测试人员劳动强度低。

进一步的，设置数据采集控制模块，实现数据的采集，便于后期的数据分析。

进一步的，双层循环管路设置外层套管和内层油管，外层套管外部套设柔性加热套，利用外层套管提供模拟地层的温度，内层油管进行地层液体的腐蚀、阻垢的性能评价，提升模拟结果的准确性；同时，内层油管方便更换进行多次实验。

进一步的，外层套管采用全透明pc管，外层套管上开设若干开窗，在不影响外层套管强度的前提下，增加可视程度。

进一步的，设置扶正器，扶正器一端连接内层油管外壁，另一端连接外层套管内壁，用于将内层油管置于外层套管中轴。

进一步的，油套管评价模块包括水平油套管和垂直油套管；可以模拟水平和垂直地层流体对管路的冲刷影响，评价管路剩余年限；水平油套管和垂直油套管的两端均与双层循环管路的内层油管阀门连接，可以实现水平油套管和垂直油套管的独立模拟。

进一步的，腐蚀挂片模块包括上盖、法兰和若干挂片悬挂杆，挂片悬挂杆上设置若干腐蚀挂片，腐蚀挂片可围绕中心呈现不同角度，可进行不同角度冲刷腐蚀挂片模拟试验，可以测试不同地层流体的动态腐蚀速率，一次可以做多片腐蚀挂片的模拟试验，取平均值作为结果，更为准确。

进一步的，结垢评价模块包括阴阳离子罐、结垢离子溶液灌、注入泵、恒温箱、废液池、毛细管阻垢测试器和两个压差传感器，毛细管阻垢测试器设置在恒温箱内部，通过恒温箱模拟地层温度；通过压差传感器评价结垢情况，方便准确。

进一步的，结垢评价模块还包括流量计、背压阀和pH探针；流量计和背压阀均设置在注入泵与双层循环管路之间的管路上；流量计用于准确计量注入内层油管的结垢离子溶液的流量，背压阀用于防止结垢离子溶液倒流；pH探针密封插于内层油管内部，便于测试系统内酸碱度。

进一步的，电化学腐蚀探针模块包括若干探针，探针与双层循环管路螺纹连接，连接稳定，探针可以直接接入双层循环管路内部，进行电化学电位测试，测试过程简单。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

其中：1-油套管评价模块；2-腐蚀挂片模块；3-结垢评价模块；4-电化学腐蚀探针模块；5-数据采集控制模块；6-双层循环管路；7-导轨；8-操作平台；11-水平油套管；12-垂直油套管；31-阴阳离子罐；32-结垢离子溶液灌；33-平流泵；34-恒温箱；35-废液池；61-储液罐；62-循环泵。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明油气井井筒腐蚀模拟评价系统，通过模拟井筒内真实的腐蚀工况环境，评价油管、套管等设备的腐蚀结垢情况，认识腐蚀机理，提出防腐对策；同时还可以验证防腐措施的有效性，如评价牺牲阳极、缓蚀剂等的防腐效果，为油气井防腐工作提供有效的评价手段。

该油气井井筒腐蚀模拟评价系统包括油套管评价模块1、腐蚀挂片模块2、结垢评价模块3、电化学腐蚀探针模块4、数据采集控制模块5、双层循环管路6、导轨7和操作平台8。油套管评价模块1、腐蚀挂片模块2、结垢评价模块3和电化学腐蚀探针模块4均与双层循环管路6连接；数据采集控制模块5与双层循环管路6、油套管评价模块1、腐蚀挂片模块2、结垢评价模块3和电化学腐蚀探针模块4均连接；导轨7固定在操作平台8上表面，双层循环管路6位于导轨7内部，且能在导轨7上滑动。油套管评价模块1用于模拟油套管和油套管内涂层的冲刷评价，腐蚀挂片模块2用于评价模拟动态冲刷状态下的腐蚀情况，结垢评价模块3用于动态评价内层油管结垢情况及阻垢剂效果评价，电化学腐蚀探针模块4用于外接牺牲阳极时内层油管电位及外接阴极保护的效果评价，数据采集控制模块5用于采集相关模拟数据。

双层循环管路6包括储液罐61、循环泵62、外层套管和内层油管，内层油管一端连接储液罐61进口，另一端连接储液罐61出口，循环泵62设置内层油管上，用于驱动流体在内层油管内循环流动，外层套管套设在内层油管外部；油套管评价模块1、腐蚀挂片模块2、结垢评价模块3和电化学腐蚀探针模块4均与内层油管连接，数据采集控制模块5与循环泵62连接。外层套管采用全透明pc管，外部柔性加热套包裹，同时外层套管上设置两个径向120°的开窗结构，在不影响外层套管强度的前提下，增加可视程度。内层油管采用金属管，同时加装扶正器，扶正器与内层油管的外壁连接，用于将内层油管置于外层套管的中轴，内层油管可更换，根据实际需要可选用不同材质的油管。通过设计双层循环管路，利用外层套管提供模拟地层的温度，内层油管进行地层液体的腐蚀、阻垢的性能评价，提升模拟结果的准确性；同时，内层油管方便更换进行多次实验。

油套管评价模块1包括水平油套管11和垂直油套管12，水平油套管11和垂直油套管12的两端均与双层循环管路6的内层油管连接，可以模拟水平和垂直地层流体对管路的冲刷影响，评价管路剩余年限，垂直油套管12两端通过阀门与双层循环管路6的内层油管连接，可以实现水平油套管11和垂直油套管12的独立模拟。

腐蚀挂片模块2采用高温高压腐蚀挂片室的设计，包括上盖、法兰、若干挂片悬挂杆和若干腐蚀挂片；上盖通过法兰与双层循环管路6的内层油管上开设的上盖孔密封连接，上盖一侧表面螺纹连接挂片悬挂杆，挂片悬挂杆位于内层油管内部；挂片悬挂杆上设置腐蚀挂片，腐蚀挂片通过螺栓螺母固定连接挂片悬挂杆，挂片悬挂杆两侧均可悬挂。每根挂片悬挂杆上设置2个悬挂点，上盖上设置5根挂片悬挂杆，最多可一次悬挂20片腐蚀挂片，腐蚀挂片模块2两端设置耐压软管，耐压软管连接双层循环管路6的内层油管。腐蚀挂片可围绕中心呈现不同角度，可进行不同角度冲刷腐蚀挂片模拟试验，可以测试不同地层流体的动态腐蚀速率，一次可以做20片腐蚀挂片的模拟试验，取平均值作为结果，更为准确。

结垢评价模块3包括阴阳离子罐31、结垢离子溶液灌32、注入泵33、恒温箱34、废液池35、毛细管阻垢测试器、pH探针和两个压差传感器；结垢离子溶液灌32一端连接阴阳离子罐31，另一端依次连接注入泵33、毛细管阻垢测试器和废液池35，注入泵33与双层循环管路6的内层油管连接，用于向双层循环管路6的内层油管注入结垢离子溶液，废液池35用于收集剩余结垢离子溶液。注入泵33与双层循环管路6的内层油管之间设置流量计和背压阀，流量计用于准确计量注入内层油管的结垢离子溶液的流量，背压阀用于防止结垢离子溶液倒流；毛细管阻垢测试器设置在恒温箱34内部，毛细管阻垢测试器的毛细管长1m，内径1mm，材质为316L，毛细管采用盘管，包裹加热套，确保温度均匀。两个压差传感器分别设置在毛细管阻垢测试器两端，pH探针密封插于内层油管内部，用于测试系统内酸碱度。通过结垢评价模块3动态测试地层流体结垢情况，动态测试阻垢剂效果。

电化学腐蚀探针模块4包括若干材质为不锈钢棒料的探针，不锈钢棒料穿过双层循环管路6的外层套管与内层油管螺纹连接，共设置四组探针接口，不锈钢棒料直径50mm，长度20mm，在不锈钢棒料平台面上和管体一体式加工探针螺纹，不锈钢棒料尺寸与探针接口尺寸一致，不锈钢棒料可以直接接入4组探针接口，进行电化学电位测试。

数据采集控制模块5包括工控机和上位机；工控机一端连接上位机，另一端与腐蚀挂片模块2、结垢评价模块3和电化学腐蚀探针模块4均连接；用于采集与腐蚀挂片模块2的挂片重量，通过悬挂挂片的弹簧拉力称或是取下称重，结垢评价模块3的结垢量，结垢管路前后压差传感器测量压差变化或去下称重，电化学腐蚀探针模块4的电化学测试电位，通过电化学测试仪器测试后采集。

本发明油气井井筒腐蚀模拟评价系统，可模拟井筒环境中流体流速、压力、温度等腐蚀结垢因素，动态评价油田在用缓蚀剂的效果；可用于开展油套管腐蚀速率测试、腐蚀行为和腐蚀机理研究、防腐措施效果评价、缓蚀剂优选、阻垢剂优选、不配伍流体结垢状况研究等，为油气井防腐防垢工作提供有效的评价手段。同时，系统易于装配，自动化程度高，测试人员劳动强度低。以下是本发明油气井井筒腐蚀模拟评价系统的几个使用实例。

实施例1

动态缓蚀剂筛选评价试验：工作时将油田现场水样存放至储液罐61内，将液体泵入内层油管内直至充满管路，开启管路循环。加热套加热至地层55℃，恒温，压力3MPa，流速0.1m/s，通过电化学腐蚀探针模块4实时监测动态腐蚀速率，每隔3天取出腐蚀挂片，称重得到该时间段的不同缓蚀剂的均匀腐蚀速率，本实施例中采用了MH46和YJH-10缓蚀剂，其中缓蚀剂MH46缓释率0.03mm/a，缓蚀剂YJH-10缓释率0.15mm/a。筛选出适合油田水样的缓蚀剂为MH46。

实施例2

动态缓蚀剂筛选评价试验：工作时将油田现场水样存放至储液罐61内，将液体泵入内层油管内直至充满管路，开启管路循环。加热套加热至地层63℃，恒温，压力5MPa，流速0.2m/s，通过电化学腐蚀探针模块4实时监测动态腐蚀速率，本实施例中采用了KEW-227和RX-201缓蚀剂，其中缓蚀剂KEW-227缓释率0.02mm/a，缓蚀剂RX-201缓释率0.11mm/a。筛选出适合油田水样的缓蚀剂为KEW-227。

实施例3

动态阻垢剂筛选评价试验：工作时将油田现场水样存放至储液罐61内，将液体泵入内层油管内直至充满管路，开启管路循环。加热套加热至地层46℃，恒温，压力5MPa，流速0.1m/s，通过结垢评价模块3实时监测动态结垢速率，每隔2天取出结垢挂片，称重得到该时间段的不同阻垢剂的均匀阻垢速率，本实施例中采用了ZG-108和ZG-558阻垢剂，其中阻垢剂ZG-108阻垢率75.6％，阻垢剂ZG-558阻垢率87.6％。筛选出适合油田水样的阻垢剂为ZG-558。

实施例4

流体配伍评价试验：工作时分别将油田现场两种水样存放至两个储液罐61内，将液体泵入内层油管内直至充满管路，开启管路循环。加热套加热至地层51℃，恒温，压力5MPa，流速0.1m/s，通过阻垢模块实时监测动态结垢速率，每隔2天取出结垢挂片，称重得到该时间段的不同阻垢剂的均匀阻垢速率，本实施例中采用了RX-211和AD43-3阻垢剂，其中阻垢剂RX-211阻垢率65.3％，阻垢剂AD43-3阻垢率83.6％。筛选出适合油田水样的阻垢剂为AD43-3；并评价油田两种水样的配伍性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，包括油套管评价模块(1)、腐蚀挂片模块(2)、结垢评价模块(3)、电化学腐蚀探针模块(4)和双层循环管路(6)；油套管评价模块(1)、腐蚀挂片模块(2)、结垢评价模块(3)和电化学腐蚀探针模块(4)均与双层循环管路(6)连接，双层循环管路(6)内部设置循环流动的流体；

油套管评价模块(1)用于油套管和油套管内涂层的流体冲刷模拟；腐蚀挂片模块(2)用于流体的动态冲刷腐蚀模拟；结垢评价模块(3)用于油套管结垢模拟；电化学腐蚀探针模块(4)用于油套管电化学腐蚀模拟。

2.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，还包括数据采集控制模块(5)，数据采集控制模块(5)与腐蚀挂片模块(2)、结垢评价模块(3)和电化学腐蚀探针模块(4)均连接；用于采集腐蚀挂片模块(2)的挂片重量，结垢评价模块(3)的结垢量，电化学腐蚀探针模块(4)的电化学测试电位。

3.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述双层循环管路(6)包括储液罐(61)、循环泵(62)、外层套管和内层油管；

内层油管一端连接储液罐(61)进口，另一端连接储液罐(61)出口，循环泵(62)设置内层油管上，用于驱动流体在内层油管内循环流动，外层套管套设在内层油管外部，外层套管外部套设柔性加热套；油套管评价模块(1)、腐蚀挂片模块(2)、结垢评价模块(3)和电化学腐蚀探针模块(4)均与内层油管连接。

4.根据权利要求3所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述外层套管采用全透明pc管，外层套管上开设若干开窗。

5.根据权利要求3所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，还包括扶正器，扶正器一端连接内层油管外壁，另一端连接外层套管内壁，用于将内层油管置于外层套管中轴。

6.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述油套管评价模块(1)包括水平油套管(11)和垂直油套管(12)，水平油套管(11)和垂直油套管(12)的两端均与双层循环管路(6)的内层油管阀门连接。

7.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述腐蚀挂片模块(2)包括上盖、法兰和若干挂片悬挂杆；上盖通过法兰与双层循环管路(6)上开设的上盖孔密封连接，若干挂片悬挂杆均位于双层循环管路(6)内部，且一端与上盖一侧表面连接；挂片悬挂杆上设置若干腐蚀挂片。

8.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述结垢评价模块(3)包括阴阳离子罐(31)、结垢离子溶液灌(32)、注入泵(33)、恒温箱(34)、废液池(35)、毛细管阻垢测试器和两个压差传感器；结垢离子溶液灌(32)一端连接阴阳离子罐(31)，另一端通依次连接注入泵(33)、毛细管阻垢测试器和废液池(35)，注入泵(33)与双层循环管路(6)连接；毛细管阻垢测试器位于恒温箱(34)内部，两个压差传感器分别与毛细管阻垢测试器的两端连接。

9.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述结垢评价模块(3)还包括流量计、背压阀和pH探针；流量计和背压阀均设置在注入泵(33)与双层循环管路(6)之间的管路上；pH探针密封插于内层油管内部。

10.根据权利要求1所述的油气井井筒腐蚀模拟评价系统，其特征在于，所述电化学腐蚀探针模块(4)包括若干探针，探针与双层循环管路(6)螺纹连接，且一端伸入双层循环管路(6)内部。

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