RU2755623C1 - Способ оценки скорости образования осадка во флюиде - Google Patents

Способ оценки скорости образования осадка во флюиде Download PDF

Info

Publication number
RU2755623C1
RU2755623C1 RU2021103017A RU2021103017A RU2755623C1 RU 2755623 C1 RU2755623 C1 RU 2755623C1 RU 2021103017 A RU2021103017 A RU 2021103017A RU 2021103017 A RU2021103017 A RU 2021103017A RU 2755623 C1 RU2755623 C1 RU 2755623C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sediment
fluid
temperature
pressure
solubility
Prior art date
Application number
RU2021103017A
Other languages
English (en)
Inventor
Анастасия Тихоновна Ребрикова
Михаил Реональдович Стукан
Original Assignee
Шлюмберже Текнолоджи Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шлюмберже Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмберже Текнолоджи Б.В.
Priority to RU2021103017A priority Critical patent/RU2755623C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2755623C1 publication Critical patent/RU2755623C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам измерения скорости образования осадка во флюиде. Сущность: при заданных начальных значениях температуры флюида и давления определяют равновесный химический состав исследуемого флюида, химический состав и начальную растворимость осадка, образующегося во флюиде при изменении термобарических условий за заданный промежуток времени. На траектории изменений термобарических условий определяют значения температуры флюида и давления, соответствующие точке насыщения исследуемого флюида по осадку. Определяют растворимость осадка в указанной точке и время, затраченное на достижение этой точки. Определяют разность между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления. При выбранном произвольном давлении определяют по меньшей мере одну пару значений температур, для которой разность между растворимостями осадка при начальной и конечной температурах пары равна разности между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка. При этом температурный интервал между начальной и конечной температурой в каждой паре включает заданное конечное значение температуры флюида и не включает ни одной точки фазовых переходов, а фазовое состояние флюида в данных точках совпадает с исходным. При том же выбранном давлении приготавливают насыщенные по осадку флюиды, температура которых соответствует начальной температуре каждой выбранной пары значений температур, а химический состав соответствует равновесному химическому составу исследуемого флюида при начальной температуре пары и выбранном давлении. При том же выбранном давлении изменяют температуру приготовленных флюидов до конечных температур каждой выбранной пары в течение времени, которое соответствует времени изменения термобарических условий от момента насыщения флюида по осадку до конечных значений температуры флюида и давления. В процессе изменения температуры приготовленных флюидов осуществляют измерения количества образующегося осадка. По полученным зависимостям количества образующегося осадка от времени судят о скорости образования осадка в исследуемом флюиде в процессе изменения термобарических условий. Технический результат: обеспечение возможности получения информации о динамике образования осадка в любом флюиде. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к способам измерения скорости образования осадка во флюидах и предназначено для использования в различных областях техники, включая нефтегазовую промышленность.
Образование осадка представляет собой характерное для многих промышленных, технологических и природных процессов явление, которое в ряде случав оказывает существенно негативное влияние на сам процесс. Так, в нефтегазовой промышленности солеотложение может приводить к резкому спаду добычи, что чревато серьезными экономическими потерями (см., например, Crabtree, Μ., Eslinger, D., Fletcher, P., Miller, M., & Johnson, A. Fighting scale: removal and prevention, Oilfield review, 1999, №11 (03), стр. 30-45, или Refaei, Μ.I., I.A. Al-Kandari. Oil Fields Scale Deposition Prediction Methodology, 2009, SPE. 126745, стр. 14-16).
В связи с этим гораздо эффективнее предотвратить процессы нежелательного выпадения осадков, чем искать способы борьбы с их последствиями. Для разработки процедур по предотвращению вышеупомянутых явлений необходимо знать механизм и физико-химические параметры образования осадков, включая как термодинамические, так и кинетические параметры. При условии, что значения температуры и давления в начале и конце процесса известны, термодинамика процесса образования осадка во флюиде может быть достаточно хорошо описана при помощи существующих геохимических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47., Fan С. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392).
Однако кинетические параметры процесса необходимо получать экспериментально для каждого конкретного случая из-за отсутствия достаточно развитой теории и недостатка литературных данных по кинетике образования осадков. Значительной проблемой является то обстоятельство, что измерения должны проводиться при давлении, соответствующем изучаемому процессу, которое часто является неудобным для проведения измерений. Например, при изучении процесса образования соляного осадка в процессе продвижения рассола из зоны высокого давления в пласте в область более низкого давления около забоя, измерения должны проводиться при давлении, соответствующем пластовому. Такие эксперименты технически возможны (см., например, Chen, Т., Montgomerie, Η., Chen, P., Vikane, О., & Jackson, Т. Understanding the Mechanisms of Halite Inhibition and Evaluation of Halite Scale Inhibitor by Static and Dynamic Tests, SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Society of Petroleum Engineers, January 2009), однако необходимость использования дорогостоящего оборудования высокого давления и сложность эксперимента делают их практически не реализуемыми. Поэтому в большинстве случаев используют значения параметров, полученные в экспериментах, выполненных в стандартных условиях (см., например, Khormali, Α., Petrakov, D.G. Laboratory investigation of a new scale inhibitor for preventing calcium carbonate precipitation in oil reservoirs and production equipment. Petroleum Science, №2016, 13(2), стр. 320-327, или Cetin, Ε.,
Figure 00000001
,
Figure 00000002
.,
Figure 00000003
, S. Kinetics of gypsum formation and growth during the dissolution of colemanite in sulfuric acid. Journal of Crystal Growth, 2001, №231(4), стр. 559-567).
Однако применимость этих данных сомнительна, поскольку, в общем случае, определенные при стандартных лабораторных условиях параметры не корректно экстраполировать на иные термобарические условия. Настоящее изобретение направлено на решение этой проблемы.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении возможности получения информации о динамике образования осадка в любом флюиде в ходе промышленного, технологического или природного процесса известной продолжительности, с известными начальными и конечными значениями давления и температуры и не сопровождающегося фазовыми переходами, посредством проведения соответствующих измерений при произвольном давлении, в том числе атмосферном.
Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом оценки скорости образования осадка во флюиде при заданных начальных значениях температуры флюида и давления определяют равновесный химический состав исследуемого флюида, химический состав и начальную растворимость осадка, образующегося во флюиде при изменении термобарических условий за заданный промежуток времени. На траектории изменений термобарических условий определяют значения температуры флюида и давления, соответствующие точке насыщения исследуемого флюида по осадку, растворимость осадка в этой точке, и время, затраченное на достижение этой точки. Затем определяют разность между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления. При выбранном произвольном давлении определяют по меньшей мере одну пару значений температур, для которой разность между растворимостями осадка при начальной и конечной температурах пары равна разности между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка, при этом температурный интервал между начальной и конечной температурой в каждой паре включает заданное конечное значение температуры флюида и не включает ни одной точки фазовых переходов, а фазовое состояние флюида в данных точках совпадает с исходным. При том же выбранном давлении приготавливают насыщенные по осадку флюиды, температура которых соответствует начальной температуре каждой выбранной пары значений температур, а химический состав соответствует равновесному химическому составу исследуемого флюида при начальной температуре пары и выбранном давлении. При том же выбранном давлении изменяют температуру приготовленных флюидов до конечных температур каждой выбранной пары в течение времени, которое соответствует времени изменения термобарических условий от момента насыщения флюида по осадку до конечных значений температуры флюида и давления. При этом в процессе изменения температуры приготовленных флюидов осуществляют измерения количества образующегося осадка и по полученным зависимостям количества образующегося осадка от времени судят о скорости образования осадка в исследуемом флюиде в процессе изменения термобарических условий.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения после определения разности между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления, определяют два значения температуры флюида при выбранном произвольном давлении, при одной из которых растворимость осадка соответствует растворимости осадка в точке насыщения флюида по осадку, а при другой растворимость осадка соответствует конечной растворимости осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления, и определяют химический состав флюида при этих температурах.
Выбранное произвольное давление может представлять собой атмосферное давление.
В качестве исследуемоего флюида может быть газ.
Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 схематически отображен процесс перевода задачи измерения скорости образования осадка из Τ,Ρ-пространства (температура и давление) в Т-пространство (температура) при произвольном (например, атмосферном) давлении Ра, выбранном для проведения измерений, на Фиг. 2 в качестве примера приведены зависимости, отражающие динамику образования осадка галита в стволе добывающей скважины, на Фиг. 3 приведены экспериментальные зависимости скорости образования галита при изменении температуры от времени для трех пар точек, а на Фиг. 4 показана усредненная экспериментальная зависимость скорости образования галита при изменении температуры от времени.
В настоящем изобретении предложен способ определения на диаграмме давление - температура пар точек при произвольном давлении (например, атмосферном), переход между которыми является (с точки зрения термодинамики) эквивалентным переходу между начальным и конечным состояниями, соответствующими промышленному, технологическому или природному процессу, в ходе которого происходит исследуемый процесс образования осадка, а также указаны условия, соблюдение которых является необходимым для того, чтобы кинетические параметры образования осадка, измеренные при выбранном произвольном давлении, соответствовали кинетике образования осадка в исследуемом процессе при соответствующих ему давлениях. Полученные таким образом результаты могут быть затем использованы для разработки мер по предотвращению образования осадков и/или оптимизации технологических процессов. Предложенный в настоящем изобретении способ измерения скорости реакции не накладывает никакого ограничения на рассматриваемый флюид, который может являться как жидкостью, например, водным раствором солей, так и газом, например, паром воды.
На Фиг. 1 исследуемый промышленный, технологический или природный процесс показан как переход из начального состояния s1, характеризующегося начальными значениями температуры и давления Τ1 и P1, в конечное состояние s2, характеризующееся конечными значениями температуры и давления Т2 и Р2, за счет изменения давления и температуры. Начальные и конечные значения температуры и давления известны из условий технологического/природного процесса. Изображенная на Фиг. 1 схема относится к случаю, когда в рассматриваемом промышленном, технологическом или природном процессе, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка, давление и температура падают, однако изложенный в изобретении подход может быть применен к любому варианту изменения температуры и давления. Отметим, что пример на Фиг. 1 приведен исключительно в иллюстративных целях и не должен рассматриваться как ограничение на величину и знак изменения температуры и/или давления, т.е. Т2 может быть как меньше, так и больше Τ1, а Р2, соответственно, как меньше, так и больше P1.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на первом этапе получают информацию о равновесном химическом составе исследуемого флюида, о химическом составе осадка, образующегося во флюиде при изменении термобарических условий за заданный промежуток времени, а также о начальной растворимости осадка при заданных начальных значениях температуры флюида и давления - состояние s1(Τ1, P1), (см. Фиг. 1), где Τ1 и P1 соответственно начальные значения температуры и давления.
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, равновесный химический состав исследуемого флюида при заданных начальных значениях температуры флюида и давления (состояние s1(Τ1, P1)) определяют путем анализа любым из существующих методов (например, методом титрования по ГОСТ 23268.6-78 для определения хлорид-ионов, ГОСТ 23268.5-78 для определения кальция и магния, ГОСТ 23268.9-78 для определения ионов натрия, и т.д.) определения состава образцов флюида, отобранных непосредственно при начальных условиях (применительно к нефтегазовой отрасли это могут быть глубинные образцы пластовой воды и осадка).
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, при наличии информации о химическом составе твердой фазы, окружающей флюид в начальном состоянии (применительно к нефтегазовой отрасли это порода пласта), химический состав которой известен или может быть определен на основе имеющихся образцов (например, образцов керна) любым из существующих методов (например, с использованием рентгеновской томографии), и наличии образца флюида, отобранного в иных условиях (применительно к нефтегазовой отрасли это может быть образец воды, отобранный на устье скважины), состав которого определяется любым из существующих методов (например, методом титрования по ГОСТ 23268.6-78 для определения хлорид-ионов, ГОСТ 23268.5-78 для определения кальция и магния, ГОСТ 23268.9-78 для определения ионов натрия, и т.д.), равновесный химический состав исследуемого флюида при заданных начальных значениях температуры флюида и давления (состояние s1(Τ1, P1)) определяют путем восстановления состава образца флюида, отобранного в иных условиях, на заданные начальные значения температуры флюида и давления, в предположении, что в начале рассматриваемого промышленного, технологического или природного процесса флюид, состав которого восстанавливается, находится в термодинамическом равновесии с окружающей твердой фазой. Восстановление может быть выполнено с использованием термодинамического подхода, например, исходя из основ вычислительной химии или с использованием одного из доступных химических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С.et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392).
В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, при наличии образца осадка, присутствующего в исследуемом флюиде при заданных начальных значениях температуры флюида и давления (состояние s1(Τ1, P1)) (применительно к нефтегазовой отрасли это может быть глубинный образец осадка), химический состав осадка определяют экспериментально (например, с использованием рентгеновской томографии). При этом флюид является насыщенным, а начальная растворимость осадка равна его концентрации во флюиде при заданных начальных значениях температуры флюида и давления.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, при отсутствии образца осадка, присутствующего во флюиде при заданных начальных значениях температуры флюида и давления, состав растворимого осадка, начальную растворимость осадка определяют с использованием основ вычислительной химии или с использованием одного из доступных химических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С.et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392) на основе равновесного химического состава флюида при заданных начальных значениях температуры флюида и давления.
В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, равновесный химический состав исследуемого флюида, химический состав, начальная растворимость осадка при заданных начальных значениях температуры флюида и давления (состояние s1(Τ1, P1)) могут быть получены на основе информации о протекании промышленного, технологического или природного процесса, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на втором этапе на траектории изменений термобарических условий, соответствующей рассматриваемому промышленному, технологическому или природному процессу и построенной на основе промысловых данных (при отсутствии таких данных в качестве траектории рассматривают прямую, соединяющую начальное и конечное состояние рассматриваемого процесса), в ходе которого происходит изучаемое образование осадка, определяют значения температуры флюида и давления, соответствующие точке насыщения исследуемого флюида по осадку, определяют растворимость осадка в этой точке и время, затрачиваемое на достижение этой точки. Положение точки насыщения флюида по осадку и растворимость осадка в этой точке могут быть определены с использованием термодинамического подхода, например, исходя из основ вычислительной химии или с использованием одного из доступных химических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С.et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392). На Фиг. 1 точка насыщения флюида по осадку обозначена как sн(Tн, Ρн).
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, время, затрачиваемое на достижение насыщения флюида по осадку, может быть определено на основе пропорциональности длины участка траектории изменений термобарических условий до достижения точки насыщения флюида по осадку длине траектории изменений термобарических условий, соответствующей всему рассматриваемому промышленному, технологическому или природному процессу известной продолжительности, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, время, затрачиваемое на достижение насыщения флюида по осадку, может быть определено на основе информации о протекании промышленного, технологического или природного процесса, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на третьем этапе реализации изобретения определяют разность между определенной на втором этапе растворимостью осадка при значениях температуры флюида и давления в точке насыщения флюида по осадку (состояние sн(Tн, Рн)) и конечной растворимостью при заданных конечных значениях температуры флюида и давления (состояние s2(T2, Р2))
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, разность Δs между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка определяют экспериментально, как массу осадка, образующегося в исследуемом флюиде в процессе изменения термобарических условий от соответствующих точке насыщения флюида по осадку к конечным.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, разность Δs между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка определяют с использованием термодинамического подхода, например, исходя из основ вычислительной химии или с использованием одного из доступных химических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47, Fan С.et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392).
В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, разность Δs между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка получают на основе информации о промышленном, технологическом или природном процессе, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка.
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, перед переходом к четвертому этапу определяют две точки (два значения температуры) при произвольном (например, атмосферном) давлении Ра, выбранном для проведения измерений, в одной из которых растворимость осадка соответствует растворимости в точке насыщения флюида по осадку
Figure 00000004
, а в другой растворимость осадка соответствует конечной растворимости осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления
Figure 00000005
(см. Фиг. 1), и определяют химический состав флюида в этих точках. Положения точек и химический состав флюида в этих точках могут быть определены с использованием термодинамического подхода, например, исходя из основ вычислительной химии или с использованием одного из доступных химических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47. Fan C. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392). Таким образом, исходное изменение Τ, Ρ - условий на пути от точки насыщения флюида по осадку к заданным конечным значениям давления и температуры может быть воспроизведено исключительно за счет изменения температуры при выбранном произвольном (например, атмосферном) давлении (то есть переход sн(Tн, Рн) → s2(T2, Р2) воспроизводится переходом
Figure 00000006
. Поскольку такой эквивалентный переход в общем случае протекает при температурах, отличных от температур рассматриваемого промышленного, технологического или природного процесса, кинетика образования осадка не будет соответствовать исходной кинетике. Однако термодинамические характеристики перехода sн(Tн, Pн) → s2(T2, P2) будут воспроизводиться и данный вариант реализации изобретения может быть использован для подтверждения применимости подхода для рассматриваемого случая.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на четвертом этапе определяют по меньшей мере одну пару значений температуры при произвольном (например, атмосферном) давлении Ра, выбранном для проведения измерений, в которых фазовое состояние флюида совпадает с исходным, и разделенных температурным интервалом (включающем заданную конечную температуру рассматриваемого промышленного, технологического или природного процесса, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка и не включающем ни одной точки фазовых переходов), который обеспечивает разность растворимостей, равную Δs (на Фиг. 1 как пример показана пара точек
Figure 00000007
) - разности между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка. (Разность температур в начальной и конечной точках пары может иметь как положительное, так и отрицательное значение, пример на Фиг. 1 приведен исключительно в иллюстративных целях и не должен рассматриваться как ограничение для применения предлагаемого изобретения.)
Положения точек определяют с использованием термодинамического подхода, например, исходя из основ вычислительной химии или с использованием одного из доступных химических симуляторов (например, Oli Studio https://www.olisystems.com/oli-studio-scalechem или Scale Soft Pitzer https://bcc.rice.edu/node/47б Fan С. et al. Scale prediction and inhibition for oil and gas production at high temperature/high pressure, SPE journal, 2012, т.17, №. 02, с. 379-392). Данный процесс подразумевает определение химического состава флюида и растворимости осадка в выбранных точках. Точность конечного результата может быть повышена путем рассмотрения нескольких пар точек. При этом ошибка будет уменьшаться пропорционально
Figure 00000008
, где N - количество рассмотренных пар точек.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на пятом этапе при том же выбранном давлении осуществляют приготовление насыщенных по осадку флюидов, температура которых соответствует начальной температуре каждой выбранной пары значений температур, а химический состав соответствует равновесному химическому составу исследуемого флюида при выбранном для проведения измерений давлении и начальной температуре пары, определенным на четвертом этапе.
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения, такие флюиды приготавливают путем приведения в термодинамическое равновесие в выбранных условиях проб образцов, использованных для реализации первого этапа данного изобретения.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, флюид, отвечающий начальным значениям пар температур, определенным на четвертом этапе, создают (с использованием любых подходящих лабораторных методов, например, в случае анализа образования осадка в пластовых водах, путем растворения соответствующих солей дистиллированной водой) на основе химического состава, также определенного на четвертом этапе данного изобретения.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на шестом этапе проводят лабораторные эксперименты по измерению скорости образования осадка при изменении температуры флюида между состояниями, соответствующими парам точек, определенным на четвертом этапе, с использованием образцов флюидов, приготовленными на пятом этапе. При этом необходимым условием является соответствие времени перехода флюида между расчетными точками (например,
Figure 00000009
, Ра и
Figure 00000010
, Ра) времени между моментом насыщения флюида по осадку sн (Tн, Рн) и моментом достижения конечного состояния s2(T2, P2), определяемым как разность между временем протекания рассматриваемого промышленного, технологического или природного процесса, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка, и временем, необходимым для достижения насыщения флюида по осадку, определенным на втором этапе. Для определения скорости образования осадка на протяжении всего эксперимента производят измерение количества (массы) образовавшегося осадка от времени путем непосредственного измерения массы осадка или посредством измерения концентрации соответствующего компонента в растворе (эксперимент завершается, когда масса образовавшегося осадка перестает изменяться с течением времени). Скорость образования осадка определяют по полученной зависимости количества (массы) образовавшегося осадка от времени как:
Figure 00000011
где dm - масса осадка, образовавшегося за интервал времени dt. Поскольку скорость образования осадка зависит в первую очередь от температуры, скорость реакции, измеренная в таких экспериментах, будет близка к исходной. В случае, если на четвертом этапе было определено больше одной пары точек, измерения скорости реакции проводятся для каждой пары (r1, r2, r3 на Фиг. 1) и конечное значение (конечный вид зависимости r(t)) определяют как их среднее арифметическое.
Рассмотрим применение предложенного способа на примере изучения кинетики образования галита в стволе добывающей скважины. В данном случае рассматривается технологический процесс, в ходе которого термобарические условия меняются следующим образом: температура процесса постоянна (37°С), однако за 10 минут происходит сброс давления от 120 атмосфер до 1 атмосферы (переход s1 → s2 на Фиг. 2, на которой проиллюстрированы исходный процесс и пары точек при атмосферном давлении, для которых разность растворимостей равна разности растворимости осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимости осадка для процесса образования галита в стволе добывающей скважины).
Согласно предлагаемому изобретению, на первом этапе необходимо получить информацию о химическом составе раствора, химический состав и начальную растворимость осадка в начальных условиях существования системы (Т=37°С, Р=120 атм). Состав образца пластовой воды, отобранный на устье скважины, показал наличие в воде хлорида натрия и хлорида кальция в количестве 150103 мг/л (NaCl) и 186826 мг/л (СаСl2), соответственно. Состав раствора определялся на основе лабораторных методик ASTM 4327/ЕРА 300.1 (для анионов) и ASTM 6919 (для катионов). Восстановление состава на исходные условия при помощи термодинамического симулятора Oli Studio с условием насыщения по галиту (является растворимым компонентом окружающей пластовой породы) дает значения концентрации хлорида натрия 159900 мг/л в присутствии хлорида кальция с концентрацией 186826 мг/л. В начальных условиях раствор является насыщенным.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на втором этапе определяют значения температуры флюида и давления, соответствующие точке насыщения флюида по осадку, а также растворимость осадка в этой точке и время, затраченное на достижение этой точки. Поскольку в начальных условиях раствор является насыщенным по галиту, точка насыщения флюида по осадку совпадает с начальной точкой рассматриваемого процесса.
В соответствии с предлагаемым изобретением, на третьем этапе определяют разность между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка. Расчеты с использованием геохимического симулятора Oli Studio показали, что при переходе системы из исходного состояния (Т=37°С, Р=120 атм) в конечное (Т=37°С, Р=1 атм) в системе выпадает 1,81 гр NaCl на литр раствора. Что равно разности растворимостей в исходном и конечном состояниях системы.
В качестве давления для проведения лабораторных экспериментов было выбрано атмосферное. При атмосферном давлении растворимость галита в растворе равна исходной при Т=43,2°С.
На четвертом этапе, согласно изобретению, определяют одну или более пар точек при атмосферном давлении, в которых фазовое состояние флюида совпадает с исходным и для которых разность растворимостей равна разности растворимости осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимости осадка в рассматриваемом технологическом процессе, и разделенных температурным интервалом, включающем заданную конечную температуру рассматриваемого промышленного, технологического или природного процесса, в ходе которого происходит изучаемое образование осадка. В данном случае были определены следующие три пары точек
a. 43,2°С -> 37,0°С
b. 39,0°С -> 35,1°С
c. 38,0°С -> 34,0°С
Согласно изобретению, на пятом этапе при атмосферном давлении осуществляют приготовление насыщенных по осадку флюидов, температура которых соответствует начальной температуре для каждой выбранной пары значений температур, а химический состав соответствует равновесному химическому составу исследуемого флюида при начальной температуре пар, определенных на четвертом этапе. В данном примере образец 1 был получен путем помещения в емкость 159900 мг NaCl и 186826 мг СаСl2 и наполнения емкости до одного литра дистиллированной водой, и термостатировании системы при 43,2°С в течение суток при помешивании, образец 2 был получен путем помещения в емкость 158800 мг NaCl и 186826 мг СаСl2 и наполнения емкости до одного литра дистиллированной водой, и термостатировании системы при 39,0°С в течение суток при помешивании, образец 3 был получен путем помещения в емкость 158500 мг NaCl и 186826 мг СаСl2 и наполнения емкости до одного литра дистиллированной водой, и термостатировании системы при 38,0°С в течение суток при помешивании.
Согласно изобретению, на шестом этапе образцы переводились из состояний, термодинамически эквивалентных начальному состоянию исходной системы, в состояния, термодинамически эквивалентные конечным состояниям исходной системы. Время перевода составляло 10 минут (совпадало с исходным процессом). Охлаждение растворов производилось при помощи льда, с помещением раствора в темостатируемый шкаф по достижении целевого значения температуры. Измерение количества выпавшего осадка производилось путем измерения концентрации NaCl в растворе (образцы проб раствора отбирались каждую минуту) до тех пор, пока масса образовавшегося осадка не переставала изменяться с течением времени (в данном случае этот момент соответствовал 20 мин, см. Фиг. 3). В результате были получены зависимости скорости образования галита при изменении температуры от времени
Figure 00000012
представленные на Фиг. 3. Поскольку измерения проводились для трех пар точек, (см. Фиг. 2), конечный вид зависимости (см. Фиг. 4) определялся как среднее арифметическое от трех зависимостей, полученных для каждой из пар точек.

Claims (11)

1. Способ оценки скорости образования осадка во флюиде, в соответствии с которым:
- при заданных начальных значениях температуры флюида и давления определяют равновесный химический состав исследуемого флюида, химический состав и начальную растворимость осадка, образующегося во флюиде при изменении термобарических условий за заданный промежуток времени;
- на траектории изменений термобарических условий определяют значения температуры флюида и давления, соответствующие точке насыщения исследуемого флюида по осадку, определяют растворимость осадка в этой точке и время, затраченное на достижение этой точки;
- определяют разность между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления;
- при выбранном произвольном давлении определяют по меньшей мере одну пару значений температур, для которой разность между растворимостями осадка при начальной и конечной температурах пары равна разности между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка, при этом температурный интервал между начальной и конечной температурой в каждой паре включает заданное конечное значение температуры флюида и не включает ни одной точки фазовых переходов, а фазовое состояние флюида в данных точках совпадает с исходным;
- при том же выбранном давлении приготавливают насыщенные по осадку флюиды, температура которых соответствует начальной температуре каждой выбранной пары значений температур, а химический состав соответствует равновесному химическому составу исследуемого флюида при начальной температуре пары и выбранном давлении;
- при том же выбранном давлении изменяют температуру приготовленных флюидов до конечных температур каждой выбранной пары в течение времени, которое соответствует времени изменения термобарических условий от момента насыщения флюида по осадку до конечных значений температуры флюида и давления;
- в процессе изменения температуры приготовленных флюидов осуществляют измерения количества образующегося осадка и по полученным зависимостям количества образующегося осадка от времени судят о скорости образования осадка в исследуемом флюиде в процессе изменения термобарических условий.
2. Способ по п. 1, в соответствии с которым после определения разности между растворимостью осадка в точке насыщения флюида по осадку и конечной растворимостью осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления определяют два значения температуры флюида при выбранном произвольном давлении, при одной из которых растворимость осадка соответствует растворимости осадка в точке насыщения флюида по осадку, а при другой растворимость осадка соответствует конечной растворимости осадка при заданных конечных значениях температуры флюида и давления, и определяют химический состав флюида при этих температурах.
3. Способ по п. 1, в соответствии с которым выбранное произвольное давление представляет собой атмосферное давление.
4. Способ по п. 1, в соответствии с которым исследуемый флюид является газом.
RU2021103017A 2021-02-09 2021-02-09 Способ оценки скорости образования осадка во флюиде RU2755623C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103017A RU2755623C1 (ru) 2021-02-09 2021-02-09 Способ оценки скорости образования осадка во флюиде

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103017A RU2755623C1 (ru) 2021-02-09 2021-02-09 Способ оценки скорости образования осадка во флюиде

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755623C1 true RU2755623C1 (ru) 2021-09-17

Family

ID=77745817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021103017A RU2755623C1 (ru) 2021-02-09 2021-02-09 Способ оценки скорости образования осадка во флюиде

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755623C1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA005707B1 (ru) * 2001-10-11 2005-04-28 Бэйкер Хьюз Инкорпорейтед Интерактивный сбор данных и управление в режиме реального времени осаждением минеральных отложений из пластовых флюидов
CN103323377A (zh) * 2013-05-29 2013-09-25 武汉理工大学 导热率法测试固液两相混合物的沉降速率和沉降状态的方法和装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA005707B1 (ru) * 2001-10-11 2005-04-28 Бэйкер Хьюз Инкорпорейтед Интерактивный сбор данных и управление в режиме реального времени осаждением минеральных отложений из пластовых флюидов
CN103323377A (zh) * 2013-05-29 2013-09-25 武汉理工大学 导热率法测试固液两相混合物的沉降速率和沉降状态的方法和装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SV Zimin et al. Problems of salt deposition in the pore space of rocks in reservoir conditions on the example of fields in Eastern Siberia / Oil Industry, 2020, N9, abstract. *
С.В.Зимин и др. Проблемы выпадения солей в поровом пространстве пород в пластовых условиях на примере месторождений Восточной Сибири / Нефтяное хозяйство, 2020, N9, реферат. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kan et al. Scale prediction for oil and gas production
US10571384B2 (en) Methods and systems for determining gas permeability of a subsurface formation
Zhang et al. The kinetics of carbonate scaling—application for the prediction of downhole carbonate scaling
Zhao et al. Carbon dioxide solubility in aqueous solutions of sodium chloride at geological conditions: Experimental results at 323.15, 373.15, and 423.15 K and 150 bar and modeling up to 573.15 K and 2000 bar
Bodnar Introduction to aqueous-electrolyte fluid inclusions
Ning et al. A thermodynamic model for the prediction of mild steel corrosion products in an aqueous hydrogen sulfide environment
Tenthorey et al. Precipitation sealing and diagenesis: 1. Experimental results
Jacques et al. A study of solubility of strontium sulfate
Messabeb et al. Experimental measurement of CO2 solubility in aqueous CaCl2 solution at temperature from 323.15 to 423.15 K and pressure up to 20 MPa using the conductometric titration
EA029719B1 (ru) Система и компьютерно-реализуемый способ определения свойств смачиваемости флюидсодержащей пористой среды
Singer et al. Experimental study of sour top-of-the-line corrosion using a novel experimental setup
Ping et al. Effects of oil cracking on fluorescence color, homogenization temperature and trapping pressure reconstruction of oil inclusions from deeply buried reservoirs in the northern Dongying Depression, Bohai Bay Basin, China
Lu et al. Preliminary experimental results of the stable PT conditions of methane hydrate in a nannofossil-rich claystone column
Wilkinson Metastable freezing: A new method for the estimation of salinity in aqueous fluid inclusions
RU2755623C1 (ru) Способ оценки скорости образования осадка во флюиде
Stamatakis et al. An improved predictive correlation for the induction time of CaCO3 scale formation during flow in porous media
Milsch et al. Effect of the water–steam phase transition on the electrical conductivity of porous rocks
Wang et al. Field method for determination of bicarbonate alkalinity
Al Helal et al. Measurement of mono ethylene glycol volume fraction at varying ionic strengths and temperatures
da Silva et al. High pressure phase equilibria of carbon dioxide+ n-alkanes mixtures: Experimental data and modeling
Talybov et al. High-temperature and high-pressure PVT measurements and derived thermodynamic properties of geothermal fluids from East Turkey
Jenkins A simplification of gas clathrate hydrate thermochemistry using the Thermodynamic Difference Rule (TDR). Part 1. Generation of particularly simple forms for standard thermodynamic parameters for specific hydrates
Zhao Phase equilibria in CO2-brine system for CO 2 storage
Singer et al. Corrosion assessment in Karan gas field development
Menendez et al. Development of new high temperature scale and corrosion inhibitor combination product for capillary injection