CN112129707A - 油田集输管道内采出液ph值的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油田集输管道内采出液PH值的计算方法，属于油田输送技术领域。本发明通过获取油田集输管线内采出液的Ca2+、Mg2+、HCO3 ‑以及SO4 2‑的浓度，结合油田集输管线内气体浓度及分压，并采用离子逐步添加的方法，对油田集输管道内采出液的原位pH值进行计算。这不仅考虑了油田集输管道内的温度以及各个气相的分压，而且也基于溶液正负电荷平衡及物质的量守恒定律，采用离子逐步添加的方式，分步计算各步骤的离子浓度及平衡情况，充分考虑了溶质添加过程中的离子沉积反应，提高了油田集输管道原位pH值的计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及油田输送技术领域，特别涉及一种油田集输管道内采出液PH值的计算方法。
背景技术
在油田集输管道输送采出液的过程中，由于采出液中含有大量的酸性介质(例如二氧化碳、硫化氢)，这会腐蚀油田集输管道，严重时会造成油气的泄漏。其中，油田集输管道发生腐蚀的程度与采出液的PH值密切相关。
目前，通常先对油田集输管道内的采出液进行降温、降压和脱气处理，然后再测量采出液的PH值。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术所提供的方法，没有考虑油田集输管道的工况条件，即带压带温带气，无法精确确定油田集输管道内采出液的PH值，也就难以准确反映油田集输管道内采出液的原位腐蚀性信息，进而制约集输管道内腐蚀失效分析以及科学有效的防控措施。
发明内容
本发明实施例提供了一种油田集输管道内采出液PH值的计算方法，可以解决上述问题。所述技术方案如下：
一种油田集输管道内采出液PH值的计算方法，所述计算方法包括：
获取油田集输管道内的温度、二氧化碳气体的百分含量、硫化氢气体的百分含量以及所述油田集输管道内采出液中每种离子浓度；
基于所述油田集输管道内的温度、二氧化碳气体的百分含量、硫化氢气体的百分含量，确定所述采出液的碳酸浓度、硫化氢浓度；
基于所述油田集输管道内的温度以及所述采出液的每种离子浓度、碳酸浓度和硫化氢浓度，确定第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度，其中，所述第一体系为氯化钠和氯化钾所组成的混合溶液；
向所述第一体系中加入碳酸氢根离子，形成第二体系，然后基于所述油田集输管道内的温度、所述第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度以及所述采出液的碳酸氢根离子、碳酸浓度，确定所述第二体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、硫化氢根离子浓度；
向所述第二体系中加入硫酸根离子，形成第三体系，然后基于所述油田集输管道内的温度、所述第二体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的硫酸氢根离子、硫化氢浓度、碳酸浓度，确定所述第三体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度；
向所述第三体系中加入钙离子和镁离子，形成第四体系，然后基于所述油田集输管道内的温度、所述第三体系的氢离子浓度以及所述采出液的碳酸浓度，确定所述第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值和镁离子沉积反应的临界浓度；
将所述钙离子沉积反应的临界浓度与所述采出液的钙离子浓度以及所述镁离子沉积反应的临界浓度值与所述采出液的镁离子浓度进行依次比较，并基于比较结果，确定所述第四体系的氢离子浓度；
根据所述第四体系的氢离子浓度，确定所述油田集输管道内采出液的PH值。
在一种可能的设计中，所述第四体系的氢离子浓度通过如下方法确定：
若所述钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的钙离子浓度，将所述第四体系记作4a1体系，然后基于所述第三体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的钙离子浓度、碳酸浓度，确定所述4a1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度和硫化氢根离子浓度，
若所述述钙离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的钙离子浓度，将所述第四体系记作4b1体系，然后基于所述第三体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的钙离子浓度、硫化氢浓度、碳酸浓度，确定所述4b1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度和硫化氢根离子浓度；
若所述镁离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的镁离子浓度，将所述第四体系记作4a2体系，且当所述钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4a1体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4a2体系的氢离子浓度，或者，当所述钙离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4b1体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4a2体系的氢离子浓度，
若所述镁离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的镁离子浓度，将所述第四体系记作4b2体系，且当所述钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4a1体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4b2体系的氢离子浓度，或者，当所述钙离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4b1体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4b2体系的氢离子浓度；
若所述镁离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的镁离子浓度，所述4a2体系的氢离子浓度看作所述第四系统的氢离子浓度，若所述镁离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的镁离子浓度，所述4b2体系的氢离子浓度看作所述第四系统的氢离子浓度。
在一种可能的设计中，所述采出液的碳酸浓度、硫化氢浓度通过公式(1)至公式(8)计算得到：
式中：pCO2—所述油田集输管道内的CO2分压值，P—所述油田集输管道内的气体总压，xCO2—所述油田集输管道内的CO2百分含量，pH2S—所述油田集输管道内的H2S分压值，xH2S—所述油田集输管道内的H2S百分含量，
—所述采出液的H2CO3浓度，Khy—反应
的平衡常数，取值为2.58×10-3，Ksol—反应
的平衡常数，
—气体逸度系数，T—所述油田集输管道内的绝对温度，
—所述采出液的H2S浓度，
—反应
的平衡常数，Tf—所述油田集输管道内的华氏温度，I—所述采出液的离子强度，mi—所述采出液中第i种离子的浓度，zi—所述采出液中第i种离子所对应的离子价态。
在一种可能的设计中，所述第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度和碳酸根离子浓度通过公式(9)至公式(16)计算得到：
式中：
—所述第一体系的H+浓度，Kwa—反应
的平衡常数,Kca—反应
的平衡常数，Ka,1—反应
的平衡常数，Ka,2—反应
的平衡常数，Kbi—反应
的平衡常数，
—所述第一体系的HCO3 -浓度，
—所述第一体系的CO3 2-浓度。
在一种可能的设计中，所述第二体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、硫化氢根离子通过公式(17)至(21)计算得到：
式中，
—所述第二体系的H+浓度，x—加入HCO3 -后通过反应
消耗的HCO3 -浓度，y—加入HCO3 -后通过反应
消耗的HCO3 -浓度，
—所述采出液的HCO3 -浓度，
—所述第二体系的HCO3 -浓度，
—所述第二体系的HS-浓度。
在一种可能的设计中，所述第三体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(22)至(29)计算得到：
式中，
—所述第三体系的H+浓度，d—反应
消耗的SO4 2-浓度，e—反应
生成的H2S浓度，f—反应
生成的H2CO3浓度，
—所述采出液的SO4 2-浓度，
—反应
的平衡常数，
—所述第三体系的HCO3 -浓度，
—所述第三体系的CO3 2-浓度，
—所述第三体系的HS-浓度。
在一种可能的设计中，所述第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值和镁离子沉积反应的临界浓度通过公式(30)至公式(33)计算得到：
式中，
—所述第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值，
—所述第四体系的镁离子沉积反应的临界浓度，Ksp1—反应
的平衡常数，Ksp2—反应
的平衡常数。
在一种可能的设计中，所述4a1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(34)至公式(40)计算得到：
式中：
—所述4a1体系的氢离子浓度，i—通过反应
生成的CO3 2-浓度，j—通过反应
生成的HCO3 -浓度，h—通过反应
消耗的Ca2+浓度，
—所述4a1体系的HCO3 -浓度，
—所述4a1体系的CO3 2-浓度，
—所述4a1体系的HS-浓度；
所述4b1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(41)至公式(48)计算得到：
式中：
—所述4b1体系的氢离子浓度，k—通过反应
消耗的Ca2+浓度，l—通过反应
生成的H2CO3浓度，m—通过反应
生成的H2S浓度，Ksp5—反应
的平衡常数，
—所述4b1体系的HCO3 -浓度，
—所述4b1体系的CO3 2-浓度，
—所述4b1体系的HS-浓度。
在一种可能的设计中，所述体系4a2的氢离子浓度通过公式(49)至公式(52)计算得到：
式中：
n＝a或b，若
则n＝a，否则，n＝b，
s—通过HCO3 -电离生成的CO3 2-浓度，
t—通过H2CO3电离生成的HCO3 -浓度，
r—通过反应
消耗的Mg2+浓度；
所述体系4b2的氢离子浓度通过公式(53)至公式(57)计算得到：
式中：
n＝a或b，若
则n＝a，否则，n＝b，
u—通过反应
消耗的Mg2+浓度，
v—通过反应
生成的H2CO3浓度，
w—通过反应
生成的H2S浓度，
Ksp6—反应
的平衡常数。
在一种可能的设计中，所述油田集输管道内采出液的pH值通过公式(58)计算得到：
式中:
n＝a或b，若
则n＝a；否则，n＝b。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施提供的油田集输管道内采出液PH值的计算方法，通过获取油田集输管线内采出液的Ca2+、Mg2+、HCO3 -以及SO4 2-的浓度，结合油田集输管线内气体浓度及分压，并采用离子逐步添加的方法，对油田集输管道内采出液的原位pH值进行计算。这不仅考虑了油田集输管道内的温度以及各个气相的分压，而且也基于溶液正负电荷平衡及物质的量守恒定律，采用离子逐步添加的方式，分步计算各步骤的离子浓度及平衡情况，充分考虑了溶质添加过程中的离子沉积反应，提高了油田集输管道原位pH值的计算精度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种油田集输管道内采出液PH值的计算方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1、获取油田集输管道内的温度、二氧化碳气体的百分含量、硫化氢气体的百分含量以及所述油田集输管道内采出液中每种离子浓度。
步骤S2、基于油田集输管道内的温度、二氧化碳气体的百分含量、硫化氢气体的百分含量，确定采出液的碳酸浓度、硫化氢浓度。
步骤S3、基于油田集输管道内的温度以及所述采出液的每种离子浓度、碳酸浓度和硫化氢浓度，确定第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度，其中，第一体系为氯化钠和氯化钾所组成的混合溶液。
步骤S4、向第一体系中加入碳酸氢根离子，形成第二体系，然后基于油田集输管道内的温度、第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度以及采出液的碳酸氢根离子、碳酸浓度，确定第二体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、硫化氢根离子浓度。
步骤S5、向第二体系中加入硫酸根离子，形成第三体系，然后基于油田集输管道内的温度、第二体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的硫酸氢根离子、硫化氢浓度、碳酸浓度，确定第三体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度。
步骤S6、向第三体系中加入钙离子和镁离子，形成第四体系，然后基于油田集输管道内的温度、第三体系的氢离子浓度以及采出液的碳酸浓度，确定第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值和镁离子沉积反应的临界浓度。
步骤S7、将钙离子沉积反应的临界浓度与采出液的钙离子浓度以及镁离子沉积反应的临界浓度值与采出液的镁离子浓度进行依次比较，并基于比较结果，确定第四体系的氢离子浓度。
步骤S8、根据第四体系的氢离子浓度，确定油田集输管道内采出液的PH值。
本发明实施提供的油田集输管道内采出液PH值的计算方法，通过获取油田集输管线内采出液的Ca2+、Mg2+、HCO3 -以及SO4 2-的浓度，结合油田集输管线内气体浓度及分压，并采用离子逐步添加的方法，对油田集输管道内采出液的原位pH值进行计算。这不仅考虑了油田集输管道内的温度以及各个气相的分压，而且也基于溶液正负电荷平衡及物质的量守恒定律，采用离子逐步添加的方式，分步计算各步骤的离子浓度及平衡情况，充分考虑了溶质添加过程中的离子沉积反应，提高了油田集输管道原位pH值的计算精度。
下面就本发明实施例提供的计算方法的每个步骤进行描述：
针对于步骤S1而言，可利用光谱分析法测试油田集输管道内采出液离子的每种离子浓度，例如Ca2+浓度
Mg2+浓度
HCO3 -浓度
SO4 2-浓度
可利用色长度检测管法测定油田集输管道内二氧化碳气体百分含量(xCO2)和硫化氢气体百分含量(xH2S)。
可利用温度检测枪测定油田集输管道内的温度。
针对于步骤S2而言，利用气液平衡原理，可通过公式(1)至公式(8)计算得到采出液的碳酸浓度、硫化氢浓度：
式中：pCO2—油田集输管道内的CO2分压值，P—油田集输管道内的气体总压，xCO2—油田集输管道内的CO2百分含量，pH2S—油田集输管道内的H2S分压值，xH2S—油田集输管道内的H2S百分含量，
—采出液的H2CO3浓度，Khy—反应
的平衡常数，取值为2.58×10-3，Ksol—反应
的平衡常数，
—气体逸度系数，T—油田集输管道内的绝对温度，
—采出液的H2S浓度，
—反应
的平衡常数，Tf—油田集输管道内的华氏温度，I—采出液的离子强度，mi—采出液中第i种离子的浓度，zi—采出液中第i种离子所对应的离子价态。
其中，T的单位为K，Tf的单位为华氏温度，这两者之间的关系为Tf＝9×(T-273.15)/5+32。
针对步骤S3至步骤S7而言，是采用离子逐步添加的方法来分步计算油田集输管道内采出液的原位pH值。
具体地，针对于步骤S3而言，第一体系仅存在NaCl和KCl，此时溶液中不存在沉积过程。本发明实施例根据溶液中阴阳离子电荷平衡及溶液中H2CO3(液体)和H2S(液体)的电离平衡可以得到关于第一体系氢离子浓度的一元三次方程(即公式9)，求解该一元三次方程，可以得到第一体系的H+浓度，并结合阴阳离子电荷平衡可以获得HCO3 -、CO3 2-浓度。其中，第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度和碳酸根离子浓度通过公式(9)至公式(16)计算得到：
式中：
—第一体系的H+浓度，Kwa—反应
的平衡常数,Kca—反应
的平衡常数，Ka,1—反应
的平衡常数，Ka,2—反应
的平衡常数，Kbi—反应
的平衡常数，
—第一体系的HCO3 -浓度，
—第一体系的CO3 2-浓度。
具体地，针对于步骤S4而言，向第一体系中加入碳酸氢根离子，形成第二体系。本发明实施例根据相应的水化学平衡反应及物质的量守恒计算出新平衡下的H+、HCO3 -以及HS-离子浓度。其中，第二体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、硫化氢根离子通过公式(17)至(21)计算得到：
式中，
—第二体系的H+浓度，x—加入HCO3 -后通过反应
消耗的HCO3 -浓度，y—加入HCO3 -后通过反应
消耗的HCO3 -浓度，
—采出液的HCO3 -浓度，
—第二体系的HCO3 -浓度，
—第二体系的HS-浓度。
具体地，针对于步骤S5而言，向第二体系中加入SO4 2-离子，形成第三体系。此时由于SO4 2-离子与H+结合会导致溶液的pH升高，同时由于H+主要来源于H2S和H2CO3的电离过程，所以主要考虑这三个反应的平衡，由此可得到第三体系在平衡条件下H+、HCO3 -、CO3 2-以及HS-的离子浓度。其中，第三体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(22)至(29)计算得到：
式中，
—第三体系的H+浓度，d—反应
消耗的SO4 2-浓度，e—反应
生成的H2S浓度，f—反应
生成的H2CO3浓度，
—采出液的SO4 2-浓度，
—反应
的平衡常数，
—第三体系的HCO3 -浓度，
—第三体系的CO3 2-浓度，
—第三体系的HS-浓度。
具体地，针对于步骤S6而言，向第三体系中加入Ca2+和Mg2+离子，形成第四体系。此时，利用第三体系的H+浓度计算得到Ca2+和Mg2+沉积反应的临界浓度值。其中，第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值和镁离子沉积反应的临界浓度通过公式(30)至公式(33)计算得到：
式中，
—第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值，
—第四体系的镁离子沉积反应的临界浓度，Ksp1—反应
的平衡常数，Ksp2—反应
的平衡常数。
具体地，针对于步骤S7而言，将第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值与采出液的钙离子浓度进行比较，以及将第四体系的镁离子沉积反应的临界浓度值与采出液的镁离子浓度进行比较，若
(或
)，则会形成钙镁的沉积物；否则钙镁离子浓度为其水解平衡浓度；之后根据二者数值大小确定Ca2+和Mg2+在溶液中的平衡反应，进而确定第四体系的H+浓度。
其中，第四体系的氢离子浓度通过如下方法确定：
(1)先考虑加入Ca2+后溶液离子浓度发生的变化：
(1.1)若钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于采出液的钙离子浓度，将第四体系记作4a1体系，然后基于第三体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的钙离子浓度、碳酸浓度，确定4a1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度和硫化氢根离子浓度。
作为一种示例，4a1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(34)至公式(40)计算得到：
式中：
—4a1体系的氢离子浓度，i—通过反应
生成的CO3 2-浓度，j—通过反应
生成的HCO3 -浓度，h—通过反应
消耗的Ca2+浓度，
—4a1体系的HCO3 -浓度，
—4a1体系的CO3 2-浓度，
—4a1体系的HS-浓度。
(1.2)若述钙离子沉积反应的临界浓度值大于采出液的钙离子浓度，将第四体系记作4b1体系，然后基于第三体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的钙离子浓度、硫化氢浓度、碳酸浓度，确定4b1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度和硫化氢根离子浓度。
作为一种示例，4b1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(41)至公式(48)计算得到：
式中：
—4b1体系的氢离子浓度，k—通过反应
消耗的Ca2+浓度，l—通过反应
生成的H2CO3浓度，m—通过反应
生成的H2S浓度，Ksp5—反应
的平衡常数，
—4b1体系的HCO3 -浓度，
—4b1体系的CO3 2-浓度，
—4b1体系的HS-浓度。
(2)再考虑加入Mg2+后溶液离子浓度发生的变化：
(2.1)若镁离子沉积反应的临界浓度值小于或等于采出液的镁离子浓度，将第四体系记作4a2体系，且当钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于采出液的钙离子浓度时，基于4a1体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定4a2体系的氢离子浓度，或者，当钙离子沉积反应的临界浓度值大于采出液的钙离子浓度时，基于4b1体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定4a2体系的氢离子浓度。
作为一种示例，体系4a2的氢离子浓度通过公式(49)至公式(52)计算得到：
式中：
n＝a或b，若
则n＝a，否则，n＝b；
s—通过HCO3 -电离生成的CO3 2-浓度；
t—通过H2CO3电离生成的HCO3 -浓度；
r—通过反应
消耗的Mg2+浓度。
(2.2)若镁离子沉积反应的临界浓度值大于采出液的镁离子浓度，将第四体系记作4b2体系，且当钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于采出液的钙离子浓度时，基于4a1体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定4b2体系的氢离子浓度，或者，当钙离子沉积反应的临界浓度值大于采出液的钙离子浓度时，基于4b1体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定4b2体系的氢离子浓度。
作为一种示例，体系4b2的氢离子浓度通过公式(53)至公式(57)计算得到：
式中：
n＝a或b，若
则n＝a，否则，n＝b；
u—通过反应
消耗的Mg2+浓度；
v—通过反应
生成的H2CO3浓度；
w—通过反应
生成的H2S浓度；
Ksp6—反应
的平衡常数。
(3)若镁离子沉积反应的临界浓度值小于或等于采出液的镁离子浓度，4a2体系的氢离子浓度看作第四系统的氢离子浓度，若镁离子沉积反应的临界浓度值大于采出液的镁离子浓度，4b2体系的氢离子浓度看作第四系统的氢离子浓度。
具体地，针对于步骤S8而言，根据第四体系的氢离子浓度，确定油田集输管道内采出液的PH值。其中，
采出液的PH值通过公式(58)计算得到：
式中：n＝a或b：若
则n＝a；否则n＝b。
下面以一个实例对本发明实施例提供的油田集输管道内采出液PH值的计算方法进行说明：
首先，从某油田集输管道取样口位置取得采出液，利用光谱分析获得其主要离子含量为：880mg/L Ca2+，1050mg/L Mg2+，600mg/L HCO3-以及3230mg/L SO4 2-。
其次，利用着色长度检测管法测定管道内CO2及H2S气体含量，结合管道压力表读数，利用公式(1)和(2)计算得到管道内CO2及H2S分压值分别为：0.6MPa和20kPa；管道内温度读取为23.2℃。
其次，根据公式(5)～(16)计算得到第一体系的HCO3 -浓度、CO3 2-浓度、H+浓度分别为：0.00041mol/L、3.65×10-10mol/L、0.00042mol/L。。
其次，向第一体系中加入HCO3 -离子以形成第二体系，并利用公式(17)～(21)计算得到第二体系的HCO3 -浓度、H+浓度、HS-浓度分别为：0.0098mol/L、0.000036mol/L、4.97×10-5mol/L。
其次，向第二体系中加入SO4 2-离子以形成第三体系，并根据公式(22)～(29)计算第三体系的HCO3 -浓度、CO3 2-浓度、H+浓度、HS-浓度分别为：0.00992mol/L、1.01×10-7mol/L、0.000036mol/L、5.02×10-5mol/L；
其次，向第三体系中加入Ca2+和Mg2+以形成第四体系，并根据公式(28)～(31)计算确定
和
浓度分别为0.03257mol/L和0.1649mol/L。由于
且
判断出此时无沉淀反应发生。利用公式(41)～(48)以及(53)～(57)计算第四体系的H+浓度为：0.000036mol/L；
最后，利用公式(58)计算得到油田集输管道内采出液的原位pH值为4.44。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油田集输管道内采出液PH值的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
获取油田集输管道内的温度、二氧化碳气体的百分含量、硫化氢气体的百分含量以及所述油田集输管道内采出液中每种离子浓度；
基于所述油田集输管道内的温度、二氧化碳气体的百分含量、硫化氢气体的百分含量，确定所述采出液的碳酸浓度、硫化氢浓度；
基于所述油田集输管道内的温度以及所述采出液的每种离子浓度、碳酸浓度和硫化氢浓度，确定第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度，其中，所述第一体系为氯化钠和氯化钾所组成的混合溶液；
向所述第一体系中加入碳酸氢根离子，形成第二体系，然后基于所述油田集输管道内的温度、所述第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度以及所述采出液的碳酸氢根离子、碳酸浓度，确定所述第二体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、硫化氢根离子浓度；
向所述第二体系中加入硫酸根离子，形成第三体系，然后基于所述油田集输管道内的温度、所述第二体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的硫酸氢根离子、硫化氢浓度、碳酸浓度，确定所述第三体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度；
向所述第三体系中加入钙离子和镁离子，形成第四体系，然后基于所述油田集输管道内的温度、所述第三体系的氢离子浓度以及所述采出液的碳酸浓度，确定所述第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值和镁离子沉积反应的临界浓度；
将所述钙离子沉积反应的临界浓度与所述采出液的钙离子浓度以及所述镁离子沉积反应的临界浓度值与所述采出液的镁离子浓度进行依次比较，并基于比较结果，确定所述第四体系的氢离子浓度；
根据所述第四体系的氢离子浓度，确定所述油田集输管道内采出液的PH值。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述第四体系的氢离子浓度通过如下方法确定：
若所述钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的钙离子浓度，将所述第四体系记作4a1体系，然后基于所述第三体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的钙离子浓度、碳酸浓度，确定所述4a1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度和硫化氢根离子浓度，
若所述述钙离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的钙离子浓度，将所述第四体系记作4b1体系，然后基于所述第三体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的钙离子浓度、硫化氢浓度、碳酸浓度，确定所述4b1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度和硫化氢根离子浓度；
若所述镁离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的镁离子浓度，将所述第四体系记作4a2体系，且当所述钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4a1体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4a2体系的氢离子浓度，或者，当所述钙离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4b1体系的氢离子浓度、碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4a2体系的氢离子浓度，
若所述镁离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的镁离子浓度，将所述第四体系记作4b2体系，且当所述钙离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4a1体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4b2体系的氢离子浓度，或者，当所述钙离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的钙离子浓度时，基于所述4b1体系的氢离子浓度、硫化氢根离子浓度、碳酸氢根离子浓度以及所述采出液的镁离子浓度、碳酸浓度，确定所述4b2体系的氢离子浓度；
若所述镁离子沉积反应的临界浓度值小于或等于所述采出液的镁离子浓度，所述4a2体系的氢离子浓度看作所述第四系统的氢离子浓度，若所述镁离子沉积反应的临界浓度值大于所述采出液的镁离子浓度，所述4b2体系的氢离子浓度看作所述第四系统的氢离子浓度。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述采出液的碳酸浓度、硫化氢浓度通过公式(1)至公式(8)计算得到：
式中：pCO2—所述油田集输管道内的CO2分压值，P—所述油田集输管道内的气体总压，xCO2—所述油田集输管道内的CO2百分含量，pH2S—所述油田集输管道内的H2S分压值，xH2S—所述油田集输管道内的H2S百分含量，
—所述采出液的H2CO3浓度，Khy—反应
的平衡常数，取值为2.58×10-3，Ksol—反应
的平衡常数，
—气体逸度系数，T—所述油田集输管道内的绝对温度，
—所述采出液的H2S浓度，
—反应
的平衡常数，Tf—所述油田集输管道内的华氏温度，I—所述采出液的离子强度，mi—所述采出液中第i种离子的浓度，zi—所述采出液中第i种离子所对应的离子价态。
4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，所述第一体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度和碳酸根离子浓度通过公式(9)至公式(16)计算得到：
式中：
—所述第一体系的H+浓度，Kwa—反应
的平衡常数,Kca—反应
的平衡常数，Ka,1—反应
的平衡常数，Ka,2—反应
的平衡常数，Kbi—反应
的平衡常数，
—所述第一体系的HCO3 -浓度，
—所述第一体系的CO3 2-浓度。
5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述第二体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、硫化氢根离子通过公式(17)至(21)计算得到：
式中，
—所述第二体系的H+浓度，x—加入HCO3 -后通过反应
消耗的HCO3 -浓度，y—加入HCO3 -后通过反应
消耗的HCO3 -浓度，
—所述采出液的HCO3 -浓度，
—所述第二体系的HCO3 -浓度，
—所述第二体系的HS-浓度。
6.根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于，所述第三体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(22)至(29)计算得到：
式中，
—所述第三体系的H+浓度，d—反应
消耗的SO4 2-浓度，e—反应
生成的H2S浓度，f—反应
生成的H2CO3浓度，
—所述采出液的SO4 2-浓度，
—反应
的平衡常数，
—所述第三体系的HCO3 -浓度，
—所述第三体系的CO3 2-浓度，
—所述第三体系的HS-浓度。
7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值和镁离子沉积反应的临界浓度通过公式(30)至公式(33)计算得到：
式中，
—所述第四体系的钙离子沉积反应的临界浓度值，
—所述第四体系的镁离子沉积反应的临界浓度，Ksp1—反应
的平衡常数，Ksp2—反应
的平衡常数。
8.根据权利要求7所述的计算方法，其特征在于，所述4a1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(34)至公式(40)计算得到：
式中：
—所述4a1体系的氢离子浓度，i—通过反应
生成的CO3 2-浓度，j—通过反应
生成的HCO3 -浓度，h—通过反应
消耗的Ca2+浓度，
—所述4a1体系的HCO3 -浓度，
—所述4a1体系的CO3 2-浓度，
—所述4a1体系的HS-浓度；
所述4b1体系的氢离子浓度、碳酸氢根离子浓度、碳酸根离子浓度、硫化氢根离子浓度通过公式(41)至公式(48)计算得到：
式中：
—所述4b1体系的氢离子浓度，k—通过反应
消耗的Ca2+浓度，l—通过反应
生成的H2CO3浓度，m—通过反应
生成的H2S浓度，Ksp5—反应
的平衡常数，
—所述4b1体系的HCO3 -浓度，
—所述4b1体系的CO3 2-浓度，
—所述4b1体系的HS-浓度。
9.根据权利要求8所述的计算方法，其特征在于，所述体系4a2的氢离子浓度通过公式(49)至公式(52)计算得到：
式中：
n＝a或b，若
则n＝a，否则，n＝b，
s—通过HCO3 -电离生成的CO3 2-浓度，
t—通过H2CO3电离生成的HCO3 -浓度，
r—通过反应
消耗的Mg2+浓度；
所述体系4b2的氢离子浓度通过公式(53)至公式(57)计算得到：
式中：
n＝a或b，若
则n＝a，否则，n＝b，
u—通过反应
消耗的Mg2+浓度，
v—通过反应
生成的H2CO3浓度，
w—通过反应
生成的H2S浓度，
Ksp6—反应
的平衡常数。
10.根据权利要求9所述的计算方法，其特征在于，所述油田集输管道内采出液的pH值通过公式(58)计算得到：
式中:
n＝a或b，若
则n＝a；否则，n＝b。
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| WO2014155868A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 三菱電機株式会社 | 水質診断方法、水質診断装置および給湯器システム |
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2019
- 2019-06-24 CN CN201910549378.XA patent/CN112129707B/zh active Active
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