CN112627805A - 液态co2测井防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液态CO₂测井防护方法。主要解决了现有CO₂驱油过程的动态监测中CO₂的腐蚀侵入使测井仪器在下井时受到影响无法保证测井顺利进行的问题。其特征在于：S1、测试超临界CO₂流体对测井密封材料的影响；S2、确定超临界CO₂流体对测井金属材料的影响程度，采取合理的材质避免超临界CO₂流体影响的方法；S3、优化在超临界CO₂复杂流体条件下的对测井设备及辅助装置的影响程度，减少超临界CO₂流体流动对测井施工的影响，确定合理仪器密封方式，减少腐蚀及超临界流体侵入破坏的方法。该液态CO₂测井防护方法，针对CO₂在动态监测过程中的腐蚀和超临界流体侵入防护进行研究，优选出CO₂对本行业防护的主要因素，确保了测井顺利进行。

Description

液态CO2测井防护方法

技术领域

本发明涉及油田勘探开发测井技术领域，尤其涉及一种液态 CO₂测井防护方法。

背景技术

“CO₂腐蚀”这个术语1925年第一次由API(美国石油学会)采用。 1943年，首次认为出现在Texas油田的气井中井下油管的腐蚀为CO₂腐蚀。CO₂在水介质中能引起钢铁迅速的全面腐蚀侵入和严重的局部腐蚀，使得管道和设备发生早期腐蚀失效，井往往造成严重的社会后果。在前苏联，油田设备CO₂腐蚀是在196l—1962年开发克拉斯诺尔边疆区油气田时首次发现的，设备内表面的腐蚀速度达5～8mm/a，导致设备损坏和产生事故隐患。美国LittleCreek油田实施CO₂驱油试验期间，在无任何抑制CO₂腐蚀的情况下，不到5个月时间采油井油管管壁就腐蚀穿孔，腐蚀速率高达12.7mm/a。

由于腐蚀侵入造成巨大的经济损失，西方国家的大石油公司由于资金雄厚、多数都有自己的相关机构及实验室从事腐蚀研究，并将研究结果视为自己的独有技术，很少有相应的文献及报道。由于液态 CO₂注入时在一定的温度压力的作用下形成超临界流体，国内对超临界CO₂流体腐蚀侵入规律的研究也刚刚起步，大庆油田自开展CO₂测井以来,腐蚀侵入一直困扰着项目的顺利进行。因此更好地认识超临界CO₂在测井情况下的腐蚀和超临界流体侵入规律，确定合理外部结构，减少腐蚀破坏程度成为了目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有CO₂驱油过程的动态监测中CO₂的腐蚀侵入使测井仪器在下井时受到影响无法保证测井顺利进行的问题，提供一种液态CO₂测井防护方法。该液态CO₂测井防护方法，针对CO₂在动态监测过程中的腐蚀和超临界流体侵入防护进行研究，优选出CO₂对本行业防护的主要因素，确保了测井顺利进行。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种液态CO₂测井防护方法，包括以下步骤：

S1、测试超临界CO₂流体对测井密封材料的影响；分别测试在不同温度及压力下，超临界CO₂流体对测井密封材料的影响程度；

S2、测试超临界CO₂流体对测井金属材料的影响程度；

S3、确定在超临界CO₂复杂流体条件下的对测井设备及辅助装置的影响程度，减少超临界CO₂流体流动对测井施工的影响；

S4、结合上述步骤中超临界CO₂流体对测井密封材料、测井金属材料、测井设备及辅助装置的影响程度，采取合理的材质、确定合理仪器密封方式及减少腐蚀破坏及超临界流体侵入破坏的方法；从而提高液态CO₂吸气剖面测井的成功率，杜绝仪器落井，甚至造成油气井报废事故的发生。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：

1)掌握超临界CO₂流体对测井的影响，认识超临界CO₂在测井情况下的腐蚀侵入规律，形成完备的超临界复杂流体下测井防护手段。

2)动态监测增添新项目，有了新的经济增长点。

3)减少仪器落井数量，少落井一支仪器就是最大的节约。

4)为油田开发提供第一手资料数据，为油藏开发的决策提供手段。

本发明工艺有效地保护了测井仪器在下井时不受井内液态CO2流体的影响，确保了测井顺利进行；该工艺方法填补了在液态CO2流体下的测试防护方法的空白。此项一种液态CO2测井防护方法是液态 CO2测井工艺实现的保证。

附图说明

附图1本发明实施例测井密封结构实验前后对比照片(数码相机照)；

附图2本发明实施例集流伞护伞片实验前后对比照片(60℃、 100℃电子显微镜照片×45倍)；

附图3本发明实施例集流伞伞筋实验前后对比照片(60℃、100℃电子显微镜照片×45倍)；

附图4本发明实施例防喷装置氟胶圈实验前后对比照片(数码相机照，60℃、100℃电子显微镜照片×20倍，×45倍)；

附图5本发明实施例美国丁腈胶圈实验前后对比照片(数码相机照，60℃、100℃电子显微镜照片×20倍，×45倍)；

附图6本发明实施例国产丁腈胶圈实验前后对比照片(数码相机照，60℃、100℃电子显微镜照片×20倍，×45倍)；

附图7本发明实施例集流伞实验前后对比照片(数码相机照， 60℃、100℃电子显微镜照片×20倍，×45倍)；

附图8本发明实施例60℃非金属材料(胶圈)实验结果数据表；

附图9本发明实施例100℃非金属材料(胶圈)实验结果数据表。

具体实施方式：

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

一种液态CO₂测井防护方法，包括以下步骤：

S1、超临界CO₂流体对测井密封材料丁腈橡胶、氟橡胶等测井密封胶圈的影响，认识在超临界流体不同温度及压力下的性能，超临界 CO₂流体对测井密封材料的影响程度；具体步骤如下：

1、对于金属材料试片，将试片用滤纸擦净，放入丙酮溶液中，用脱脂棉擦去试片表面油脂，再放入无水乙醇中浸泡5min，进一步脱脂和脱水。取出试片放在滤纸上，用冷风吹干后再用滤纸将试片包好，贮于干燥器中，放置1h后称重(精确到0.1mg)，记录数据并拍照。对于非金属试片，利用滤纸和脱脂棉将试片擦拭干净后，拍照。

非金属材料(胶圈)包括丁腈橡胶、氟橡胶等测井密封胶圈6种，分别为：氧活化仪器氟胶圈、防喷装置氟胶圈、美国氟胶圈、瑞士丁腈胶圈、美国丁腈胶圈、国产丁腈胶圈；

选用有代表性的金属材料试片分别为集流伞筋、护伞片、钛合金接头、测井密封结构和集流伞试片。

2、在Parr高温高压反应釜容器中挂置实验试片，并且试片不允许与容器壁接触。第1组实验，60℃、8MPa条件下，挂置非金属试片，分别为氧活化仪器氟胶圈、防喷装置氟胶圈、美国氟胶圈、瑞士丁腈胶圈、美国丁腈胶圈、国产丁腈胶圈；或者挂置金属材料试片，分别为集流伞筋、护伞片、钛合金接头、测井密封结构和集流伞试片。第2组实验，100℃、8MPa条件下，挂置非金属试片氧活化仪器氟胶圈、防喷装置氟胶圈、美国氟胶圈、瑞士丁腈胶圈、美国丁腈胶圈、国产丁腈胶圈；或者挂置金属材料试片集流伞筋、护伞片、钛合金接头、测井密封结构和集流伞试片。

3、密封实验容器，注入一定压力的N₂，检验高温高压釜是否密封。实验容器经检验密封后，用N₂驱实验溶液内的O₂，1h。

4、设定实验温度。待实验容器温度到设定温度后，注入CO₂到设定压力，开始实验，记录实验时间。在设定条件下放置一个实验周期 (4h)。

5、将已达到实验周期的实验材料取出，观察、记录表面腐蚀状态及腐蚀产物粘附情况后，立即用清水冲洗掉实验介质，并用滤纸擦干，拍照。

6、对于金属实验材料试片，将试片放入处理液(10％HCl+2％缓蚀剂)中浸泡5分钟，同时用镊子夹少量脱脂棉轻拭试片表面的腐蚀产物。取出试片，用自来水冲洗，然后用处理剂洗试片，以除净试片表面腐蚀产物；然后放入无水乙醇中浸泡5分钟。取出试片放在滤纸上，用冷风吹干试片，用滤纸包好后，放入干燥器中，搁置1小时后，使用电子天平称重，精确到0.1mg。

7、按照下式计算金属材料试片的每百克失重(g/100g)

△G＝(G₀-G₁)/G₀×100

其中G₀——金属材料试片初始重量，g；

G₁——金属材料试片在腐蚀评价实验后的重量，g。

8、利用电子显微镜观察试片的腐蚀形貌。

9、结果数据见表1：

表1非金属材料(胶圈)实验结果数据表

10、超临界CO₂条件下对测井密封材料影响因素排序，从表1中可以看出：在超临界CO₂条件下，6种密封圈在60℃时的直径变化率均比100℃时大，说明无论是氟胶圈还是丁腈胶圈，60℃时受CO₂影响更严重。还可以看出：60℃时，6种密封圈的直径变化率由小到大排序为：氧活化仪器氟胶圈﹤美国氟胶圈﹤防喷装置氟胶圈﹤瑞士氟胶圈﹤美国丁腈胶圈﹤国产丁腈胶圈，而100℃时，6种密封圈的直径变化率由小到大排序为：美国氟胶圈﹤防喷装置氟胶圈﹤氧活化仪器氟胶圈﹤瑞士氟胶圈﹤美国丁腈胶圈﹤国产丁腈胶圈，说明氟胶圈比丁腈胶圈受CO₂影响更小，进口丁腈胶圈比国产丁腈胶圈受CO₂影响更小。

S2、确定超临界CO₂流体对测井金属材料的影响程度，采取合理的材质避免超临界CO2流体影响的方法；按照S1在Parr高温高压反应釜容器中挂置实验，

1、伞筋、护伞片结果数据见表2：

表2金属材料实验结果数据表

注：*号表示该实验样品因为不是标准试片，沟、槽等不规则地方的油污较

多，实验后无法处理干净，因此每百克失重计算结果为负值，仅作参考。

2、超临界CO₂条件下对测井金属材料影响因素，在CO₂超临界条件下，护伞片在60℃时的平均每百克失重比100℃时大，即护伞片60℃时腐蚀更严重。伞筋试片并非标准实验试片，60℃时平均每百克失重存在较大误差，而100℃时试片平均每百克失重为0.007g。

S3、优化在超临界CO₂复杂流体条件下的对测井设备及辅助装置的影响程度，减少超临界CO₂流体流动对测井施工的影响，确定合理仪器密封方式。仪器防护方法建议按照以下方法进行：

注液态CO₂注产剖面测井可以根据温度不同，密封结构、铁和碳钢的CO₂腐蚀和侵入随着温度的升高，CO₂腐蚀速率先升高后又降低，在60℃时腐蚀速率最高，100℃以上时腐蚀速度反而降低，其原因主要是由于在高温时容易形成致密的腐蚀产物膜,对基体金属的保护性增强所至。所以含CO₂油气井的局部腐蚀由于受温度的影响常常选择性地发生在井的某一深处。为了更合理的进行注液态CO₂实验区的动态监测工作提以下几点优化建议：

a、测井密封结构在超临界CO₂流体中面临着较大的考验，尤其是产出剖面测井中测井仪器处于严重的腐蚀与侵入环境中，在模拟产出剖面测井的井下条件实验中60℃时被严重侵入(见图1)，物理性能有较大改变，建议在该项测井中采用3级密封结构，保证测井仪器正常的工作状态。在模拟注入剖面测井的井下条件实验中100℃时密封结构变化较小(见图1)，建议在该项测井中采用2级密封结构。

b、环空仪器护伞片在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大 (见图2)。在CO₂超临界条件下，护伞片在60℃时的平均每百克失重比100℃时大，即护伞片60℃时腐蚀更严重，失重0.0854g/100g。虽然失重较大但是并不影响整体的机械性能，建议可以继续使用。

c、环空仪器伞筋在实验的条件下，无论是60℃还是100℃时，集流伞筋几乎不受超临界流体CO₂影响(见图3)，可以继续使用。

d、密封圈在超临界CO₂流体中直接与超临界流体接触，从实验数据中可以看到氟橡胶具有较好的抗超临界CO₂流体的物理性质(见图 4)，建议在今后的测井仪器、防喷装置中大量采用，减缓超临界流体的的腐蚀与侵入，使用中可以配合绝缘密封脂就能起到较好的防护作用，在密封胶圈上均匀涂抹上高温密封硅脂，在接触到超临界CO₂时能初步起到填补晶界间的缝隙，能延迟超临界流体侵入时间，起到初步的防护作用。而各类丁腈橡胶抗超临界CO₂流体的物理性质均较差，不建议使用(见图5、图6)。

e、环空测井的集流伞在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大 (见图7)。集流伞有微小的孔洞形成，集流伞外部喷涂上的橡胶材料有部分脱落，如果长时间测井势必影响集流效果，建议加厚集流伞的橡胶涂层。

f、其他测井工具在防止超临界流体CO₂影响时可以采用隔离流体的方式，为了防止腐蚀与侵入，如在高压防喷装置上采用隔离液预置工艺，在电缆头内部采用注入高温密封脂的方式，能延迟超临界流体侵入时间，保护测井设备和工具。

按照超临界在CO₂条件下60℃时测井6种密封圈的直径变化率由小到大排序为：氧活化仪器氟胶圈﹤美国氟胶圈﹤防喷装置氟胶圈﹤瑞士氟胶圈﹤美国丁腈胶圈﹤国产丁腈胶圈，而100℃时，6种密封圈的直径变化率由小到大排序为：美国氟胶圈﹤防喷装置氟胶圈﹤氧活化仪器氟胶圈﹤瑞士氟胶圈﹤美国丁腈胶圈﹤国产丁腈胶圈的次序优选密封结构，图8为60℃非金属材料(胶圈)实验结果数据表；图9为100℃非金属材料(胶圈)实验结果数据表；按照图8，图9 提供的依据选用。

按照无论是60℃还是100℃时，集流伞筋几乎不受CO₂影响；护伞片在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大；集流伞在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大；无论是60℃还是100℃时，集流伞筋几乎不受CO₂影响；测井密封结构在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大的结果进行优化设计，测井密封结构在超临界CO2流体中面临着较大的考验，尤其是产出剖面测井中测井仪器处于严重的腐蚀与侵入环境中，在模拟产出剖面测井的井下条件实验中60℃时被严重侵入(见图1)，物理性能有较大改变，建议在该项测井中采用3 级密封结构，保证测井仪器正常的工作状态。在模拟注入剖面测井的井下条件实验中100℃时密封结构变化较小(见图1)，建议在该项测井中采用2级密封结构。

优化在超临界CO₂复杂流体条件下的对测井设备及辅助装置的影响程度，减少超临界CO₂流体流动对测井施工的影响，确定合理仪器整体结构，减少腐蚀破坏和被超临界流体侵入程度。

Claims (10)

1.一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、测试超临界CO₂流体对测井密封材料的影响；分别测试在不同温度及压力下，超临界CO₂流体对测井密封材料的影响程度；

S2、测试超临界CO₂流体对测井金属材料的影响程度；

S3、确定在超临界CO₂复杂流体条件下的对测井设备及辅助装置的影响程度，减少超临界CO₂流体流动对测井施工的影响；

S4、结合上述步骤中超临界CO₂流体对测井密封材料、测井金属材料、测井设备及辅助装置的影响程度，采取合理的材质、确定合理仪器密封方式及减少腐蚀破坏及超临界流体侵入破坏的方法。

2.根据权利要求1所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：所述S1测井密封材料包括丁腈橡胶、氟橡胶测井密封胶圈。

3.根据权利要求2所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：所述丁腈橡胶包括瑞士丁腈胶圈、美国丁腈胶圈、国产丁腈胶圈；氟橡胶包括氧活化仪器氟胶圈、防喷装置氟胶圈、美国氟胶圈。

4.根据权利要求1或2所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：在超临界CO₂条件下，所述测井密封材料60℃、8MPa时的直径变化率均比100℃时大； 100℃时，氟胶圈比丁腈胶圈受CO₂影响小，进口丁腈胶圈比国产丁腈胶圈受CO₂影响小。

5.根据权利要求3所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于： 60℃时，6种密封圈的直径变化率由小到大排序为：氧活化仪器氟胶圈﹤美国氟胶圈﹤防喷装置氟胶圈﹤瑞士氟胶圈﹤美国丁腈胶圈﹤国产丁腈胶圈；而100℃时，6种密封圈的直径变化率由小到大排序为：美国氟胶圈﹤防喷装置氟胶圈﹤氧活化仪器氟胶圈﹤瑞士氟胶圈﹤美国丁腈胶圈﹤国产丁腈胶圈。

6.根据权利要求1所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：所述S2测井金属材料包括集流伞筋、护伞片、钛合金接头、测井密封结构和集流伞试片。

7.根据权利要求6所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：在超临界CO₂条件下，护伞片在60℃时的平均每百克失重比100℃时大；伞筋试片并非标准实验试片，60℃时平均每百克失重存在较大误差，而100℃时试片平均每百克失重为0.007g； 60℃时，钛合金接头几乎不受CO₂影响；无论是60℃还是100℃时，集流伞筋几乎不受CO₂影响；护伞片在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大；集流伞在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大；无论是60℃还是100℃时，集流伞筋几乎不受CO₂影响。

8.根据权利要求1所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：所述S3采取合理的材质、确定合理仪器密封方式及减少腐蚀破坏及超临界流体侵入破坏的方法，包括以下步骤：

a、测井密封结构在超临界CO₂流体中，尤其是产出剖面测井中测井仪器处于严重的腐蚀与侵入环境中，在模拟产出剖面测井的井下条件实验中60℃时被严重侵入，在该项测井中可以采用3级密封结构，保证测井仪器正常的工作状态；在模拟注入剖面测井的井下条件实验中100℃时密封结构变化较小，可以在该项测井中采用2级密封结构；

b、环空仪器护伞片在CO₂超临界条件下，护伞片在60℃时失重较大但是并不影响整体的机械性能，可以继续使用；

c、环空仪器伞筋在实验的条件下，无论是60℃还是100℃时，集流伞筋几乎不受超临界流体CO₂影响，可以继续使用；

d、密封圈在超临界CO₂流体中直接与超临界流体接触，氟橡胶具有较好的抗超临界CO₂流体的物理性质，在测井仪器、防喷装置中可以采用；而各类丁腈橡胶抗超临界CO₂流体的物理性质均较差，不建议使用；

e、环空测井的集流伞在60℃时比在100℃时受CO₂影响明显更大；集流伞有微小的孔洞形成，集流伞外部喷涂上的橡胶材料有部分脱落，如果长时间测井势必影响集流效果，建议加厚集流伞的橡胶涂层；

f、其他测井工具在防止超临界流体CO₂腐蚀与侵入的影响时可以采用隔离流体的方式。

9.根据权利要求8所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：步骤d氟橡胶在测井仪器、防喷装置中使用中可以配合使用绝缘密封脂，在密封胶圈上均匀涂抹上高温密封硅脂。

10.根据权利要求8所述的一种液态CO₂测井防护方法，其特征在于：步骤f采用隔离流体的方式，在高压防喷装置上采用隔离液预置工艺，在电缆头内部采用注入高温密封脂的方式。

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