CN111335845A - 一种油井防垢用吸附球 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油井防垢用吸附球，是由钢片拉成金属丝，再由金属丝缠绕而成。本发明还提供了上述油井防垢用吸附球的应用。本发明通过在油井下部增加一段吸附管柱，在吸附管柱中添加一定量的吸附球，将金属丝团成金属球，作为吸附管柱内的填充物，既增大了吸附面积，又产生网状结构，采出液可以在其中流动，增大采出液与金属球的接触面积，当地层流体流经吸附球时，结垢离子在吸附球表面优先结垢，阻止了结垢离子在上部油管中的结垢现象，起到油井阻垢的效果。
Description
技术领域
本发明属于油田应用领域，涉及一种油井防垢用吸附球。
背景技术
在石油开采过程中，由于受到温度、压力、采出液组分变化或不相容的水相混合等因素影响，在油井井底、采出管线和井筒表面等部位易发生结垢，影响油井原油的生产。油井阻垢技术不仅可以节约井下设备结垢的维修费用，提高采油效率及设备利用率，还可以避免发生安全事故。油田普遍重视油井结垢问题，在采油过程中采取阻垢措施，这不仅是油田开发中井下设施和地面集输系统要考虑的因素，也是保证油田有效开发和正常生产的重要途径。
国内外油田阻垢技术很多，常分为物理阻垢、化学阻垢和工艺阻垢三类，最常用的阻垢方法就是使用化学阻垢剂来抑制垢的生成。目前采用的油井化学阻垢技术虽然应用广泛，但具有一定的局限性，对环境有一定的影响，阻垢技术最终都要向密闭加药和物理法阻垢技术方向发展。因此，需要设计一种物理吸附装置。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种油井防垢用吸附球，解决目前采用的油井化学阻垢技术影响环境，使用受限制的问题。
本发明的第二目的是提供上述油井防垢用吸附球的应用。
本发明通过以下技术方案来实现：
一、一种油井防垢用吸附球，是由钢片拉成金属丝，再由金属丝缠绕而成。
进一步的，所述的钢片的材质为316不锈钢、J-55钢、N-80钢和45号钢中的任意一种。
进一步的，所述的钢片的材质为J-55钢。
进一步的，所述的金属丝长度为100m、直径为0.4mm。
二、上述的油井防垢用吸附球在油井阻垢中的应用。
具体的，每米吸附管柱填充吸附球30个，重量为3kg，其吸附面积约为37680cm2，每米吸附管柱与采出液的接触面积是普通油管的19.35倍，每年可吸附垢质277.58g。
采用上述技术方案的积极效果：本发明通过在油井下部增加一段吸附管柱，在吸附管柱中添加一定量的吸附球，将金属丝团成金属球，作为吸附管柱内的填充物，既增大了吸附面积，又产生网状结构，采出液可以在其中流动，增大采出液与金属球的接触面积，当地层流体流经吸附球时，结垢离子在吸附球表面优先结垢，阻止了结垢离子在上部油管中的结垢现象，起到油井阻垢的效果。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和实验例对本发明的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本发明的限制：
实施例1
本实施例说明吸附球材质的优化。
吸附球置于吸附管柱内，要求对垢具有较强的吸附能力和较大的吸附面积，选择4种钢材：316不锈钢、J-55钢、N-80钢和45号钢，对其吸附性能进行评价，见表1。
表1 吸附球材质的吸附性能对比
由表1可见，对于所选的4种钢材，J-55钢和45号钢上的结垢量最大，但45号钢的耐蚀性较差，选择J-55钢片作为吸附球材质。
实施例2
本实施例说明接触面积对J-55钢片结垢量的影响。
钢材表面对垢质的吸附量与表面积有关，为了验证钢材表面的表面积对垢质的吸附关系，将J-55钢片进行切割打磨后在高浓度矿化水中静置浸泡，测定结垢量的变化。
实验选择J-55标准挂片，用200目砂纸将钢片表面均匀打磨50次，将不同片数的J-55钢片分别浸泡于5倍于油井采出液矿化度的模拟矿化水中，加热至80℃，浸泡72h后取出，测定钢片质量，计算结垢量，见表2。
表2 不同接触面积对钢片表面结垢量影响
由表2可见，随着J-55钢片数量的增加，吸附面积增加，吸附垢的质量随之增加，而且钢片表面积与结垢质量呈比较明显的线性关系，但单位面积上的吸附量基本不变。为了验证钢片表面粗糙度与结垢吸附量之间的关系，实验选择不同目数砂纸进行了结垢吸附实验。
实施例3
本实施例说明表面粗糙度对钢片结垢量的影响。
选择J-55标准钢片，分别用200、600、800、1200目数的砂纸将钢片表面均匀打磨50次，然后浸泡于5倍于油井采出液矿化度的模拟矿化水中，加热至80℃，浸泡72h后取出，测定钢片质量，计算结垢量，见表3。
表3 表面粗糙度对钢片表面结垢量影响
由表3可见，打磨砂纸目数不同，对结垢量影响较低，这是由于低粗糙度砂纸目数高，砂纸表面磨粒小，被打磨试样表面沟槽窄而浅，但其沟槽密集度高；而高粗糙度砂纸目数低，砂纸表面磨粒大，被打磨试样表面沟槽宽而深，但其沟槽密集度低，所以低目数砂纸打磨的钢片表面积小于高目数砂纸打磨的钢片表面积。但是根据结垢量增加的数量来看，粗糙度的增加对于结垢量的增加并不明显。所以对于现场应用过程中的吸附管柱，应主要提高管柱内部与采出液的可接触面积，向吸附管柱内部填充吸附球，增加吸附表面积是最有效的防垢方法。
实施例4
本实施例说明吸附球吸附能力测定。
称取一定质量的J-55钢片，清洁干燥称重之后，浸泡于500mL油井采出液中，恒温80℃，每隔48h更换水样，持续168h后取出，干燥称重。实验数据见表4。
表4 吸附管柱中J-55钢片结垢量
| 实验组数 | 接触面积，cm<sup>2</sup> | 结垢质量，mg | 结垢量，mg/cm<sup>2</sup> |
| 1 | 196 | 51 | 0.26 |
| 2 | 220 | 73 | 0.33 |
| 3 | 208 | 62 | 0.30 |
| 平均 | 208 | 62 | 0.30 |
通过实验结果中的结垢质量与表面积之比，可以得到J-55钢片的结垢量，结合浸泡时间，可以计算J-55钢片结垢速率约为0.04mg/cm2·d，J-55钢片宽度与厚度基本均匀，密度约为7.89g/cm3，所以作为吸附球的J-55钢片的单位面积的吸附速率S为：
S=0.04×1000÷（7.89×1×1×0.04）×1×1×2=253.5mg/kg·d
即吸附管柱内每填充1公斤J-55钢片，每天可吸附垢质约为253.5mg，预计每米吸附管柱可填充J-55钢片3kg，即每米吸附管柱每年可吸附垢质3 kg×253.5 mg/kg·d×365天=2775825mg=277.58g。
实施例5
本实施例说明每米管柱吸附面积的对比。
现场制作吸附管柱，为了进一步提高吸附管柱对垢的吸附面积和有利于充填物的放置，将J-55钢片制为J-55吸附球。选择J-55钢管，制作J-55金属丝，将金属丝团成金属球，作为吸附管柱内的填充物，既增大了吸附面积，又产生网状结构，采出液可以在其中流动，增大采出液与J-55金属球的接触面积。
J-55金属丝长度100m、直径0.4mm，制为一个球，每个J-55金属球的表面积为：3.14×0.04cm×10000cm=1256cm2，可极大提高吸附管与采出液的接触面积。
每个J-55金属球的体积为：3.14×0.022×10000cm=12.56cm3，每个J-55金属球的质量为：7.89g/cm3×12.56cm3=99.1g，预计每米吸附管柱可填充J-55金属球30个，每米吸附管柱可填充J-55金属球3kg。
每米吸附管柱填充J-55金属球30个，其吸附面积约为：30个×1256cm2/个=37680cm2，现场使用的普通油管内径62mm，与采出液的接触面积为3.14×6.2cm×100cm=1946.8cm2，每米吸附管柱与采出液的接触面积是普通油管的19.35倍。
根据以上实验结果，可以得到每米吸附管装填J-55金属球质量与吸附垢量的关系，见表5。
表5 每米吸附管装填质量与吸附垢量的关系
由以上分析可知，每米管柱填充J-55金属球3kg，每米管柱可填充J-55金属球为30个，其吸附面积约为37680cm2，每米吸附管柱与采出液的接触面积是普通油管的19.35倍，每年可吸附垢质277.58g。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种油井防垢用吸附球，其特征在于：是由钢片拉成金属丝，再由金属丝缠绕而成。
2.根据权利要求1所述的油井防垢用吸附球，其特征在于：所述的钢片的材质为316不锈钢、J-55钢、N-80钢和45号钢中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的油井防垢用吸附球，其特征在于：所述的钢片的材质为J-55钢。
4.根据权利要求1所述的油井防垢用吸附球，其特征在于：所述的金属丝长度为100m、直径为0.4mm。
5.权利要求1所述的油井防垢用吸附球在油井阻垢中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：每米吸附管柱填充吸附球30个，重量为3kg，其吸附面积约为37680cm2，每米吸附管柱与采出液的接触面积是普通油管的19.35倍，每年可吸附垢质277.58g。
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