一种井筒结垢量动态测定装置及方法与流程

1.本发明涉及油气开采领域，具体来讲，涉及一种井筒结垢量动态测定装置及方法。


背景技术：

2.对于现有的结垢量测定装置与方法而言，现共有四种实验装置，主要包括：一、常压简易装置：常压简易装置是在常温常压的条件下，将金属挂片、不锈钢金属球及石英片等实验材料放入装有地层水的烧杯中，通过称重的方法来计算结垢量与结垢速度。但是常压简易装置只能在常温常压下进行，与现场实际生产状况相差较远；二、流体相态分析装置：在已知地层水中各个离子浓度的前提下，该装置通过与离子色谱仪的联动，利用前后多次不同温度、压力下的离子测试结果中成垢离子浓度差即可计算得到结垢量。流体相态分析装置只能模拟地层温度、压力，无法模拟出真实井筒流动情况，是一种静态实验装置；三、细管式动态结垢装置：细管式动态结垢装置根据管道压降公式，利用细管前后的压差计算得到管径厚度即可换算得到结垢厚度。细管式动态结垢装置只能得到结垢厚度，无法得到结垢量，且结垢厚度为假设的平均均匀厚度，不能反应出结垢厚度的真实情况；四、流动对结垢影响的动态实验装置：流动对结垢影响的动态实验装置是通过图像识别软件与浊度探针的联动对结垢量进行测定。流动对结垢影响的动态实验装置只能在常压条件下进行，且结垢量的准确程度取决于图像软件算法的准确性，具有一定误差。综上所述，现有的结垢量测定装置原理类似，但考虑结垢因素单一。
3.公开号为cn108843314a，名称为“用于产水气井井筒结垢风险评价的实验装置与方法”的中国专利申请公开了一种水气井井筒结垢量的计算方法。该专利中的实验装置分为井筒模拟保温系统及实验流体注入及收集系统。其中，井筒模拟保温系统中模拟井筒的金属管由多根金属管短节构成，在计算结垢量时，也需要分别对多根金属管短节的结垢量进行计算并综合，容易产生误差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的在于提供一种能够能模拟地层温度、压力、真实井筒流动情况的井筒结垢量动态测定装置及方法。
5.为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种井筒结垢量动态测定装置，所述井筒结垢量动态测定装置包括反应釜系统、旋转结垢系统、配样系统及测量系统，其中，所述反应釜系统包括第一阀门、反应釜、温度控制箱、和回压控制及过滤单元，其中，反应釜包括顶盖、底盖和釜体，釜体为竖直设置的中空筒体，顶盖和底盖与釜体的上、下端固定密封连接，顶盖和底盖上分别设置有贯穿的第一通孔和第二通孔，第一阀门通过第一管路与第一通孔连接以向釜体内部供应实验流体，回压控制及过滤单元通过第二管路与第二通孔连接以控制反应釜的回压和收集排出的实验流体中的无机盐垢，反应釜设置在温度控制箱中，温度控制箱能够控制反应釜内部的温度；
6.所述旋转结垢系统包括电动机、支撑架、第一强磁金属块、第二强磁金属块、金属密封轴承和空心沉积杆，其中，支撑架将电动机固定设在顶盖上端且电动机的输出轴竖直向下，第一强磁金属块固定设置在电动机的输出轴上，金属密封轴承、第二强磁金属块和空心沉积杆均设置在釜体内部，第二强磁金属块通过金属密封轴承与顶盖的下端可转动连接，空心沉积杆的上端与第二强磁金属块的下端固定连接；
7.所述配样系统与所述反应釜系统相连，配样系统能够向反应釜中供应预定压力、流量和气液比的实验流体；
8.所述测量系统与所述配样系统相连以测量所述实验流体的气液比。
9.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述回压控制及过滤单元可包括第二阀门、高压过滤芯、回压控制器和集液瓶，其中，所述集液瓶通过第二管路与所述第二通孔连接，所述第二阀门设置在回压控制器和第二通孔之间，所述高压过滤芯设置在第二阀门和集液瓶之间，所述回压控制器设置在高压过滤芯和集液瓶之间。
10.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述反应釜系统还可包括环形阻垢板，所述环形阻垢板设置在所述反应釜内壁上以防止实验流体在反应釜内壁上结垢。
11.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述顶盖和底盖与釜体可通过螺纹实现固定密封连接，所述顶盖和底盖上还设置有装卸孔方便拆卸和安装。
12.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述配样系统可包括第一配样单元、第二配样单元、气液混合管路和第三阀门，所述第一配样单元和第二配样单元分别与气液混合管路的一端连接，所述气液混合管路的另一端与第一管路连通，所述第三阀门设置在所述气液混合管路上，所述第一配样单元。
13.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一配样单元可包括第一高压驱替泵、第一压力表、第四阀门、第一中间容器和第五阀门，其中，所述第一中间容器顶部和底部可分别设置有第三通孔和第四通孔，所述第一高压驱替泵通过第三管路与第四通孔连通，所述第四阀门设置在所述第三管路上，所述第一压力表设置在第三管路上且位于第一高压驱替泵和第四阀门之间，所述第三通孔通过第四管路与气液混合管路连接，所述第五阀门设置在第四管路上；
14.所述第二配样单元可包括第二高压驱替泵、第二压力表、第六阀门、第二中间容器和第七阀门，其中，所述第二中间容器顶部和底部分别设置有第五通孔和第六通孔，所述第二高压驱替泵通过第五管路与第五通孔连通，所述第六阀门设置在所述第五管路上，所述第二压力表设置在第五管路上且位于第二高压驱替泵和第六阀门之间，所述第六通孔通过第六管路与气液混合管路连接，所述第七阀门设置在第六管路上。
15.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述顶盖的顶部和底部均可设置有凹槽，所述第一强磁金属块和第二强磁金属块位于凹槽内部。
16.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述测量系统可包括第七管路、第八阀门、第八管路、气量计、分析天平和带盖集液瓶，其中，所述带盖集液瓶置于分析天平上，第七管路一端与所述气液混合管路相连，另一端伸入所述带盖集液瓶内部，所述第八阀门设置在所述第七管路上，所述气量计通过第八管路与所述带盖集液瓶相连以计量实验流体中的气体。
17.本发明的另一方面提供了一种井筒结垢量动态测定方法，所述测定方法通过如上
述示例性实施例中任意一项所述的井筒结垢量动态测定装置来实现，且所述测定方法包括步骤：
18.开启配样系统将待测实验样品按实际现场气水比配置实验流体，加压至实验设定压力值并保持；
19.将反应釜内部抽真空，向反应釜中泵入实验流体，待反应釜中压力达到实验设定值，停止泵入实验流体；
20.开启回压控制器向反应釜中加载回压，使回压等于实验设定压力；开启温度控制箱使反应釜中的温度等于实验设定温度并恒温；
21.启动旋转结垢系统，使空心沉积杆按照实验设定转速转动，使反应釜中实验流体中的无机盐垢充分沉积在空心沉积杆上；
22.关闭旋转结垢系统和温度控制箱，降低回压使反应釜中的全部实验流体进入集液瓶中；
23.取出空心沉积杆和高压过滤芯，烘干后称量，计算实验流体的结垢量。
24.在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述方法还可包括利用检测系统检测配样系统配置的实验流体的气水比是否合格；若合格，进行继续进行实验，若不合格，则重新配样。
25.在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述方法还可包括清洗反应釜，改变实验条件，重复进行实验，测量不同实验条件下的结垢量，绘制不同实验条件下的结垢量变化曲线，其中，所述改变实验条件包括改变实验温度、实验测试压力、电动机的转速、空心沉积杆的粗糙度、以及实验流体气水比中至少一种。
26.在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述结垢量可通过式1计算，式1为：
[0027][0028]
其中，ws为结垢量，mg/l；m1为空心沉积杆的初始质量，mg；m2为高压过滤芯的初始质量，mg；m3为空心沉积杆实验后的质量，mg；m4为高压过滤芯实验后的质量，mg；v为反应釜的容积，l。
[0029]
在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述还包括对实验数据进行拟合，得到综合考虑温度、压力、流体流速、表面粗糙度以及气水比因素的井筒结垢量经验公式。
[0030]
在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述实验设定温度可为室温～200℃，实验设定压力可为0.1～100mpa，所述实验流体的气水比可为1000～20000m3/m3。
[0031]
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0032]
(1)在反应釜内设置环形阻垢板，避免无机盐垢在反应釜内壁及釜底沉积；
[0033]
(2)采用电磁搅拌原理，创造动态实验条件，利用外部步进电动机带动强磁的转动，使得空心沉积杆能够与金属密封轴承一起做近似无阻转动，从而对实验流体进行剪切搅拌，模拟井筒中流体流动情况。
附图说明
[0034]
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
[0035]
图1示出了本发明一个示例性实施例的井筒结垢量动态测定装置的结构示意图；
[0036]
图2示出了图1中顶盖结构示意图；
[0037]
图3示出了图2的俯视图；
[0038]
图4示出了图2的左视图；
[0039]
图5示出了本发明一个示例性实施例的空心沉积杆结构示意图；
[0040]
图6示出了图5俯视图；
[0041]
图7示出了本发明一个示例性实施例的环形阻垢板结构示意图；
[0042]
图8示出了图7的俯视图；
[0043]
图9示出了本发明一个示例性实施例的结垢量曲线图。
[0044]
主要附图标记说明：
[0045]
1-第一阀门，2-装卸孔，3-电动机，4-第一强磁金属块，5-支撑架，6-顶盖，7-橡胶软垫，8-金属密封轴承，9-第二强磁金属块，10-空心沉积杆，11-温度传感器，12-环形阻垢板，13-釜体，14-温度控制箱，15-底盖，16-第二阀门，17-高压过滤芯，18-高压法兰，19-回压控制器，20-集液瓶，21-气量计，22-分析天平，23-带盖集液瓶，24-第十阀门，25-第六阀门，26-第二压力表27-第二高压驱替泵，28-第四阀门，29-第一高压驱替泵，30-第一压力表，31-第九阀门，32-第一中间容器，33-第五阀门，34-第二中间容器，35-第七阀门，36-第一三通，37-第三阀门，38-第八阀门，39-第二三通，40-第一管路，41-第二管路，42-第三管路，43第四管路，44-第五管路，45-第六管路，46-第七管路，47-第八管路，48-气液混合管路，49-第一通孔，50-第二通孔，51-第三通孔，52-第四通孔，53-第五通孔，54-第六通孔。
具体实施方式
[0046]
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的井筒结垢量动态测定装置及方法。
[0047]
需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。
[0048]
在本发明的第一示例性实施例中，井筒结垢量动态测定装置可包括反应釜系统、旋转结垢系统、配样系统和测量系统。
[0049]
其中，反应釜系统包括第一阀门、反应釜、温度控制箱、和回压控制及过滤单元。其中，反应釜包括顶盖、底盖和釜体。釜体为竖直设置的中空筒体，顶盖和底盖与釜体的上、下端形成固定密封连接。在顶盖和底盖上分别设置有贯穿的第一通孔和第二通孔。第一阀门通过第一管路与第一通孔连接以向釜体内部供应实验流体。回压控制及过滤单元通过第二管路与第二通孔连接以控制反应釜的回压和收集排出的实验流体中的无机盐垢。反应釜整体设置在温度控制箱中，温度控制箱能够控制反应釜内部的温度。
[0050]
在本实施例中，旋转结垢系统包括电动机、支撑架、第一强磁金属块、第二强磁金属块、金属密封轴承和空心沉积杆。其中，支撑架用于固定电动机，电动机竖直设置且其输出轴朝下。第一强磁金属块固定设置在电动机的输出轴上。金属密封轴承、第二强磁金属块和空心沉积杆均设置在釜体内部。其中，第二强磁金属块通过金属密封轴承与顶盖的下端
可转动连接，空心沉积杆的上端与第二强磁金属块的下端固定连接。
[0051]
在本实施例中，配样系统与反应釜系统相连，配样系统能够向反应釜中供应预定压力、流量和气液比的实验流体。测量系统与配样系统相连以测量实验流体的气液比。
[0052]
在本示例性实施例中，回压控制及过滤单元可包括第二阀门、高压过滤芯、回压控制器和集液瓶。其中，集液瓶通过第二管路与第二通孔连接。第二阀门设置在回压控制器和第二通孔之间。高压过滤芯设置在第二阀门和集液瓶之间。回压控制器设置在高压过滤芯和集液瓶之间。
[0053]
在本示例性实施例中，反应釜系统还可包括环形阻垢板，环形阻垢板设置在反应釜内壁上以防止实验流体在反应釜内壁上结垢。当然，这里也可通过在反应釜内壁上涂覆涂层的方式来防止实验流体在反应釜内部上结垢。
[0054]
在本示例性实施例中，顶盖和底盖与釜体可通过螺纹的方式来实现固定密封连接。此外，在顶盖和底盖上还设置有装卸孔方便将顶盖和底盖与釜体进行拆卸和安装。
[0055]
在本示例性实施例中，配样系统可包括第一配样单元、第二配样单元、气液混合管路和第三阀门。其中，第一配样单元和第二配样单元分别与气液混合管路的一端连接，气液混合管路的另一端与第一管路连通，所述第三阀门设置在所述气液混合管路上。
[0056]
在本示例性实施例中，进一步地，第一配样单元可包括第一高压驱替泵、第一压力表、第四阀门、第一中间容器和第五阀门。其中，第一中间容器顶部和底部可分别设置有第三通孔和第四通孔。第一高压驱替泵通过第三管路与第四通孔连通。第四阀门设置在所述第三管路上，第一压力表设置在第三管路上且位于第一高压驱替泵和第四阀门之间。第三通孔通过第四管路与气液混合管路连接，第五阀门设置在第四管路上。第二配样单元可包括第二高压驱替泵、第二压力表、第六阀门、第二中间容器和第七阀门。其中，第二中间容器顶部和底部分别设置有第五通孔和第六通孔。第二高压驱替泵通过第五管路与第五通孔连通，第六阀门设置在所述第五管路上。第二压力表设置在第五管路上且位于第二高压驱替泵和第六阀门之间。述第六通孔通过第六管路与气液混合管路连接，第七阀门设置在第六管路上。
[0057]
在本示例性实施例中，顶盖的顶部和底部均可设置有凹槽，第一强磁金属块位于顶盖顶部的凹槽中，第二强磁金属块位于顶盖底部的凹槽内部。这里，在顶盖顶部及底部上设置凹槽的目的在于减小强磁金属块之间的距离，增大强磁金属块之间磁力，使得步进电机的钻速与空心沉积杆的钻速形同，同时底部凹槽能够固定金属轴承。
[0058]
在本示例性实施例中，测量系统可包括第七管路、第八阀门、第八管路、气量计、分析天平和带盖集液瓶。其中，带盖集液瓶置于分析天平上，第七管路一端与所述气液混合管路相连，另一端伸入所述带盖集液瓶内部。第八阀门设置在第七管路上。气量计通过第八管路与所述带盖集液瓶相连以计量实验流体中的气体。
[0059]
图1示出了本发明一个示例性实施例的井筒结垢量动态测定装置的结构示意图；图2示出了图1中顶盖结构示意图；图3示出了图2的俯视图；图4示出了图2的左视图；图5示出了本发明一个示例性实施例的空心沉积杆结构示意图；图6示出了图5俯视图；图7示出了本发明一个示例性实施例的环形阻垢板结构示意图；图8示出了图7的俯视图；图9示出了本发明一个示例性实施例的结垢量曲线图。
[0060]
在本发明的第二示例性实施例中，如图1中所示，井筒结垢量动态测定装置包括反
应釜系统、旋转结垢系统、配样系统及测量系统。
[0061]
其中，反应釜系统可包括反应釜、温度控制箱14、第一阀门1和回压控制及过滤单元。反应釜竖直设置于温度控制箱内，温度控制箱能够控制反应釜内部温度也即实验流体的温度。
[0062]
反应釜包括顶盖6、釜体13及底盖15。如图1、图2、图4中所示，顶盖6上设置有装卸孔2，通过装卸孔方便将顶盖与釜体进行拆卸和安装。相应的，如图1所示，底盖上也可设置有装卸孔方便底盖与釜体进行拆卸和安装。此外，如图2和图3中所示，顶盖上还设置有贯穿的第一通孔49，相应的，如图1所示，底盖上也设置有贯穿的第二通孔50。第一通孔及第二通孔分别连接第一管路40及第二管路41，第一阀门1设置在第一管路40上，通过第一阀门控制第一管路向反应釜内输送实验流体。
[0063]
釜体为内壁光滑的中空筒体。如图1中所示，环形阻垢板12固定设置于反应釜内壁表面以使反应釜的内壁保持光滑，避免反应釜内壁表面与釜底生成无机盐垢。如图7和8中所示，环形阻垢板12于反应釜内壁相应的位置上开设有与第二通孔相应的通孔连接第二管路。这里，所述环形阻垢板可为表面光滑的无机非金属材料制作，不会与成垢离子产生吸附作用，使得无机盐垢的晶核无法在反应釜壁面与釜底生成，只会在空心沉积杆上生成。
[0064]
在本实施例中，如图1中所示，回压控制及过滤单元包括第二阀门16、高压过滤芯17、回压控制器19及集液瓶20。具体来讲，回压控制及过滤单元通过第二管路41与底盖上的第二通孔连接。其中，集液瓶设置于第二管路末端。回压控制器设置于高压过滤芯与集液瓶之间。第二阀门设置在高压滤芯和第二通孔之间。进一步的，高压过滤芯的前后端通过高压法兰18设置在第二管路上。
[0065]
在本实施例中，如图1中所示，旋转结垢系统包括电动机3、支撑架5、第一强磁金属块4、第二强磁金属块9、金属密封轴承8和空心沉积杆10。支撑架固定设置在顶盖的上端面上，电动机3设置在支撑架上且输出端朝下。第一强磁金属块与电动机输出轴固定连接。这里，电动机可为步进电动机。进一步地，顶盖上端开设有凹槽，支撑架固定在凹槽上方。第一强磁金属块位于顶盖上端的凹槽中。金属密封轴承、第二强磁金属块位于顶盖下端的凹槽中，空心沉积杆与电动机同轴设置。具体的，金属密封轴承与顶盖下端固定连接。第二强磁金属块上端与金属轴承密封固定连接。如图5和图6中所示，空心沉积杆10为内部中空的筒体，其上端与第二强磁金属块的下端固定连接，空心沉积杆与电动机同轴设置。在旋转结垢系统工作过程中，电动机带动第一强磁金属块旋转。第一强磁金属块带动第二强磁金属块旋转。第二强磁金属块带动空心沉积杆转动轴旋转，空心沉积杆搅拌块对反应釜内的实验流体进行搅拌剪切以模拟井筒中流体流动的情况。特别的，空心沉积杆的质量轻，其表面的粗糙程度可由选用材料决定。此外，当旋转结垢装置缺少电动机，无法产生流动条件时，可以通过手动转动第一金属块使空心沉积杆旋转。也可将反应釜置于旋转支架上，用手动的方式使反应釜上下翻转，从而实验流体上下流动，以达到动态实验的目的。
[0066]
进一步的，如图1中所示，所述旋转结垢系统还可包括橡胶软垫7及温度传感器11。其中，橡胶软垫设置在顶盖与金属密封轴承之间以起到减振的作用。温度传感器可固定设置于反应釜釜体上以测量反应釜内部的温度。
[0067]
在本实施例中，如图1所示，配样系统与反应釜系统相连接以向反应釜中供应实验流体。其中，配样系统包括第一配样单元、第二配样单元、气液混合管路48及第三阀门37。配
样系统用于向反应釜中提供预定压力、流量和气液比的实验流体。第三阀门设置于气液混合管路上对气液混合管路进行开关控制。第一配样单元及第二配样单元分别与气液混合管路的一端相连接，气液混合管路的另一端与第一管路相连接。这里，第一配样单元及第二配样单元可通过第一三通36与气液混合管路相连接。
[0068]
进一步的，如图1中所示，第一配样单元包括第一高压驱替泵29、第一压力表30、第四阀门28、第一中间容器32和第五阀门33。第一中间容器顶端设置第三通孔51，相应的，第一中间容器底端设置有第四通孔52。第三通孔通过第四管路43与气液混合管路连通，第四管路上设置第五阀门33。第四通孔通过第三管路42与第一高压驱替泵连通，第四阀门设置在在第四通孔与第一高压驱替泵之间。第一压力表30设置在在第一高压驱替泵与第四阀门之间。此外，在第四通孔与第四阀门之间还可设置有第九阀门31。这里，在第一高压驱替泵使用过程中，由于其于其活塞运动的范围是有限的，在高压实验中，存在单次加压不能达到实验压力的情况，这时需要关闭第九阀门与第四阀门，让第一高压驱替泵活塞复位，第一高压驱替泵压力归零。在二次加压过程中，为避免第一中间容器32中压力降低，需要首先打开第四阀门，使得第三管路42中与第一中间容器32中的压力相等后，再打开第九阀门，进行加压，使得第一中间容器32中压力达到实验压力。
[0069]
第二配样单元包括第二高压驱替泵27、第二压力表26、第六阀门25、第二中间容器34和第七阀门35。如图1中所示，第二中间容器34的顶端设置有第六通孔54，相应的，第二中间容器的底端设置第五通孔53。进一步的，第六通孔54通过第六管路45与气液混合管路48连通，第六管路上设置第七阀门。第五通孔53通过第五管路44与第二高压驱替泵27连通，第六阀门设置在第五通孔与第二高压驱替泵之间，第二压力表设置在第二高压驱替泵与第六阀门之间。此外，在第五通孔与第六阀门之间还设置有第十阀门24。这里，在高压实验中，如出现单次加压不能达到实验压力的情况，这时需要关闭第十阀门与第六阀门，让第二高压驱替泵活塞复位，使第二高压驱替泵压力归零。在第二次加压过程中，为避免第二中间容器34中压力降低，需要首先打开第四阀门，使得第五管路44中与第二中间容器34中的压力相等后，再打开第九阀门，进行加压，使得第二中间容器34中压力达到实验压力。
[0070]
在本实施例中，如图1中所示，测量系统包括第七管路46、第八阀门38、第八管路47、气量计21、分析天平22和带盖集液瓶23。其中，第七管路与气液混合管路相连接，也即与配样系统相连接。这里，第七管路与气液混合管路可通过第二三通39实现连接。第八阀门设置与第七管路上，第七管路的另一端与带盖集液瓶连接，第七管路伸入带盖集液瓶中。带盖集液瓶的下端设置分析天平以称量实验流体中液体的量。第八管路连接带盖集液瓶与气量计。特别的，第八管路设置在带盖集液瓶的一端少许伸入带盖集液瓶内。气量计能够测量实验流体中的气体含量。
[0071]
在本发明的第三示例性实施例中，所述井筒结垢量动态方法使用第一或第二示例性实施例中任意一项井筒结垢量动态测定装置来实现。具体的，所述测定步骤包括：
[0072]
利用配样系统按照现场实际气水配置实验流体，对实验流体进行加压至预定压力，保持恒压。
[0073]
将反应釜内部抽至真空。这里，抽真空通过连接外部真空泵来实现。
[0074]
将配样系统中的实验流体恒压泵入反应釜内，当实验设定压力pi到预定值时，停止转样。
[0075]
回压控制器在反应釜内加载回压ph，使回压ph等于实验设定压力pi；开启温度控制箱，将实验设定温度ti调整至预定温度并保持恒温。
[0076]
启动旋转结垢系统，调控空心沉积杆按照预定转速v转动，使反应釜内的实验流体中的无机盐垢充分沉积在空心沉积杆上。
[0077]
关闭温度控制箱及旋转结垢系统，降低回压ph，将反应釜中的全部的实验流体排放至集液瓶中。取出空心沉积杆及高压过滤芯并进行干燥称重，计算结垢量。
[0078]
在本实施例中，所述第一中间容器中存放油或气，第二中间容器中存放地层水。在第一中间容器中进行实验流体的配样，并由第一配样单元对反应釜进行转样。特别的，所述地层水包括产水油气井的、存在结垢风险的地层水。
[0079]
在本实施例中，当实验流体配样完成后，打开第一配样单元与测量系统的相应阀门，向测量系统排出小部分的实验流体，利用分析天平及气量计对实验流体的气体体积进行测量并计算实验流体的气水比。将实验流体的气水比与现场气水比进行对比，如相差较大，则重新配置实验流体，如相差较小，则进行下一步骤的操作。
[0080]
在本实施例中，通过设置外部真空泵将反应釜内部抽至真空。
[0081]
在本实施例中，所述实验步骤还包括清洗反应釜，改变实验条件，重复上述实验步骤，得到在不同实验条件下的结垢量变化曲线。其中，所述改变的实验条件包括实验设定温度ti、实验设定压力pi、电动机转速v、空心沉积杆粗糙程度μ、实验流体气水比中的一种或多种。进一步的，影响井筒结垢量还有气体组分影响，例如co2，但在具体单井中气体组分相对保证恒定，故不考虑。
[0082]
在本实施例中，所述结垢量的计算式为：
[0083][0084]
其中，ws为结垢量，mg/l；m1为空心沉积杆的初始质量，mg；m2为高压过滤芯的初始质量，mg；m3为空心沉积杆实验后的质量，mg；m4为高压过滤芯实验后的质量，mg；v为反应釜的容积，l。
[0085]
进一步的，综合相应的温度、压力、流体流速、空心沉积杆表面粗糙度以及气水比得到井筒结垢量经验公式。
[0086]
得到综合考虑温度、压力、流体流速、表面粗糙度以及气水比因素的井筒结垢量经验公式。
[0087]
在本实施例中，所述实验设定温度为室温～200℃，实验设定压力为0.1～100mpa，所述实验流体的气水比为1000～20000m3/m3。
[0088]
在本实施例中，所述井筒结垢量动态方法还包括实验装置的运转步骤，所述运转步骤包括：
[0089]
将第一中间容器中的油或气与第二中间容器中的地层水在第二中间容器中进行配样并加压至实验设定压力。然而本发明不限于此，也可将第一中间容器中的油或气与第二中间容器中的地层水同时泵入密闭容器中进行混合。例如，可在气液混合管路上设置混合容器。
[0090]
将第二中间容器中的实验流体保压转样至反应釜内。启动温度控制箱及空心沉积杆，在实验设定的温度及转速下进行结垢实验。
[0091]
排放出反应釜内的全部实验流体。取出空心沉积杆及高压过滤芯，并烘干称重，计算得到结垢量。
[0092]
如图9中所示，分别在实验设定13.87mpa、33.87mpa及53.87mpa三个压力条件，实验温度为；实验设定温度为108.15℃、123.15℃及138.15℃条件下对井筒结垢量进行测量。由图9可知，在相同温度下，压力越低结垢量越高。在相同压力下，温度越高结垢量越高。结果表明本发明能够对高压高温条件下井筒结垢量进行准确测量。
[0093]
综上所述，本发明提出的优点包括以下至少一点：
[0094]
(1)本发明提能够准确地测定不同温度、压力、流速以及表面粗糙度下产水气井的结垢量，对实验数据拟合，得到综合考虑温度、压力、流体流速、表面粗糙度以及气水比因素的井筒结垢量经验公式，也为本发明提能够准确地测定，对指导现场生产更加有效；
[0095]
(2)本发明基于电磁搅拌器原理所设计的旋转结垢系统能够进行动态实验，同时也避免了密封失效的发生；
[0096]
(3)本发明的环形阻垢板能够有效避免无机盐垢在反应釜壁面与釜底上沉积，确保了结垢量测定的准确性。
[0097]
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明的井筒结垢量动态测定装置及方法，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

技术特征：
1.一种井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述动态测定装置包括反应釜系统、旋转结垢系统、配样系统和测量系统，其中，所述反应釜系统包括第一阀门、反应釜、温度控制箱、和回压控制及过滤单元，其中，反应釜包括顶盖、底盖和釜体，釜体为竖直设置的中空筒体，顶盖和底盖与釜体的上、下端固定密封连接，顶盖和底盖上分别设置有贯穿的第一通孔和第二通孔，第一阀门通过第一管路与第一通孔连接以向釜体内部供应实验流体，回压控制及过滤单元通过第二管路与第二通孔连接以控制反应釜的回压和收集排出的实验流体中的无机盐垢，反应釜设置在温度控制箱中，温度控制箱能够控制反应釜内部的温度；所述旋转结垢系统包括电动机、支撑架、第一强磁金属块、第二强磁金属块、金属密封轴承和空心沉积杆，其中，支撑架将电动机固定设在顶盖上端且电动机的输出轴竖直向下，第一强磁金属块固定设置在电动机的输出轴上，金属密封轴承、第二强磁金属块和空心沉积杆均设置在釜体内部，第二强磁金属块通过金属密封轴承与顶盖的下端可转动连接，空心沉积杆的上端与第二强磁金属块的下端固定连接；所述配样系统与所述反应釜系统相连，配样系统能够向反应釜中供应预定压力、流量和气液比的实验流体；所述测量系统与所述配样系统相连以测量所述实验流体的气液比。2.根据权利要求1所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述回压控制及过滤单元包括第二阀门、高压过滤芯、回压控制器和集液瓶，其中，所述集液瓶通过第二管路与所述第二通孔连接，所述第二阀门设置在回压控制器和第二通孔之间，所述高压过滤芯设置在第二阀门和集液瓶之间，所述回压控制器设置在高压过滤芯和集液瓶之间。3.根据权利要求1所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述反应釜系统还包括环形阻垢板，所述环形阻垢板设置在所述反应釜内壁上以防止实验流体在反应釜内壁上结垢。4.根据权利要求1所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述顶盖和底盖与釜体通过螺纹实现固定密封连接，所述顶盖和底盖上还设置有装卸孔方便拆卸和安装。5.根据权利要求1所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述配样系统包括第一配样单元、第二配样单元、气液混合管路和第三阀门，所述第一配样单元和第二配样单元分别与气液混合管路的一端连接，所述气液混合管路的另一端与第一管路连通，所述第三阀门设置在所述气液混合管路上。6.根据权利要求5所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述第一配样单元包括第一高压驱替泵、第一压力表、第四阀门、第一中间容器和第五阀门，其中，所述第一中间容器顶部和底部分别设置有第三通孔和第四通孔，所述第一高压驱替泵通过第三管路与第四通孔连通，所述第四阀门设置在所述第三管路上，所述第一压力表设置在第三管路上且位于第一高压驱替泵和第四阀门之间，所述第三通孔通过第四管路与气液混合管路连接，所述第五阀门设置在第四管路上；所述第二配样单元包括第二高压驱替泵、第二压力表、第六阀门、第二中间容器和第七阀门，其中，所述第二中间容器顶部和底部分别设置有第五通孔和第六通孔，所述第二高压驱替泵通过第五管路与第五通孔连通，所述第六阀门设置在所述第五管路上，所述第二压力表设置在第五管路上且位于第二高压驱替泵和第六阀门之间，所述第六通孔通过第六管
路与气液混合管路连接，所述第七阀门设置在第六管路上。7.根据权利要求1所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述顶盖的顶部和底部均设置有凹槽，所述第一强磁金属块和第二强磁金属块位于凹槽内部。8.根据权利要求1所述的井筒结垢量动态测定装置，其特征在于，所述测量系统包括第七管路、第八阀门、第八管路、气量计、分析天平和带盖集液瓶，其中，所述带盖集液瓶置于分析天平上，第七管路一端与所述气液混合管路相连，另一端伸入所述带盖集液瓶内部，所述第八阀门设置在所述第七管路上，所述气量计通过第八管路与所述带盖集液瓶相连以计量实验流体中的气体。9.一种井筒结垢量动态测定方法，其特征在于，所述测定方法通过如权利要求1～8中任意一项所述的井筒结垢量动态测定装置来实现，且所述测定方法包括步骤：开启配样系统将待测实验样品按实际现场气水比配置实验流体，加压至实验设定压力值并保持；将反应釜内部抽真空，向反应釜中泵入实验流体，待反应釜中压力达到实验设定值，停止泵入实验流体；开启回压控制器向反应釜中加载回压，使回压等于实验设定压力；开启温度控制箱使反应釜中的温度等于实验设定温度并恒温；启动旋转结垢系统，使空心沉积杆按照实验设定转速转动，使反应釜中实验流体中的无机盐垢充分沉积在空心沉积杆上；关闭旋转结垢系统和温度控制箱，降低回压使反应釜中的全部实验流体进入集液瓶中；取出空心沉积杆和高压过滤芯，烘干后称量，计算实验流体的结垢量。10.根据权利要求9所述的井筒结垢量动态测定方法，其特征在于，所述方法还包括利用检测系统检测配样系统配置的实验流体的气水比是否合格；若合格，进行继续进行实验，若不合格，则重新配样。11.根据权利要求9所述的井筒结垢量动态测定方法，其特征在于，所述方法还包括清洗反应釜，改变实验条件，重复进行实验，测量不同实验条件下的结垢量，绘制不同实验条件下的结垢量变化曲线，其中，所述改变实验条件包括改变实验温度、实验测试压力、电动机的转速、空心沉积杆的粗糙度、以及实验流体气水比中至少一种。12.根据权利要求9所述的井筒结垢量动态测定方法，其特征在于，所述结垢量通过式1计算，式1为：其中，w
s
为结垢量，mg/l；m1为空心沉积杆的初始质量，mg；m2为高压过滤芯的初始质量，mg；m3为空心沉积杆实验后的质量，mg；m4为高压过滤芯实验后的质量，mg；v为反应釜的容积，l。13.根据权利要求9所述的井筒结垢量动态测定方法，其特征在于，所述方法还包括对实验数据进行拟合，得到综合考虑温度、压力、流体流速、表面粗糙度以及气水比因素的井筒结垢量经验公式。14.根据权利要求9所述的井筒结垢量动态测定方法，其特征在于，所述实验设定温度
为室温～200℃，实验设定压力为0.1～100mpa，所述实验流体的气水比为1000～2000m3/m3。

技术总结
本发明提供了一种井筒结垢量动态测定装置及方法，其中，所述井筒结垢量动态测定装置包括反应釜系统、旋转结垢系统、配样系统及测量系统，其中，反应釜系统分为顶盖、釜体及底盖，顶盖及底盖上设置通孔与其他部件连接；旋转结垢系统包括电动机及空心沉积杆，空心沉积杆由强磁金属块固定在顶盖上，电动机带动空心沉积杆转动；配样系统包括高压驱替泵、中间容器，配样系统与反应釜系统相接，在中间容器配置实验流体后由高压驱替泵泵入反应釜釜体中；测量装置通过管线与配样系统相连接，对实验流体的气液比进行检测。本发明的有益之处在于，可在不同条件下对结垢量进行测试；利用电磁原理驱动旋转结垢系统，在保证反应釜密封性同时又可进行动态实验。又可进行动态实验。又可进行动态实验。


技术研发人员：汪春浦 谢泱 陈杰 孙丽 辛军 肖高棉 刘金库 余佳 杨赤宸 唐华佳 胡杨
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2023/9/22