[发明专利]CO2注气井泄压对封隔器胶件性能的影响测试方法

说明书

 

一、     技术领域：

本发明涉及的是CO₂驱油与地质埋存技术，具体涉及的是CO₂注气井泄压对封隔器胶件性能的影响测试方法。

二、背景技术：  

CO₂驱油技术是近年来提高低渗及超低渗油藏采收率的有效手段，CO₂驱油在提高油田采收率的同时还可以实现地质埋存，具有广阔的应用前景。为了保证CO₂驱油技术的安全有效，防止CO₂泄露对驱油效果以及地面环境的危害，需要CO₂注入井具有良好的密封性，气体不能沿井筒窜入到上部地层以及地面，因此需要将注入层段油管与套管之间的环形空间进行有效封隔。目前CO₂注气井通常采用封隔器进行封隔的方法，注气井封隔器在井下长期的高温、高压以及酸性条件下，自身会发生老化现象，降低其弹性密封能力。同时注气井在生产过程中不可避免的会进行泄压，而在泄压过程中，由于泄压速度过快，造成封隔器胶件内外压差过大，使封隔器胶件胀破而失效，造成井内油气窜层，或者一部分气体直接从环空中返到地面。

因此为了保证封隔器胶件密封质量，防止井眼内CO₂气体泄露，必须对泄压过程中泄压速度对封隔器胶件性能的影响进行测试，从而得出合理的CO₂注气井泄压速度，防止封隔器早期损坏降低密封性能。通过检索国内外文献目前关于CO₂对封隔器胶件性能的影响主要认为是由于高温高压老化以及酸性气体腐蚀引起的，因此提出的测试方法主要是针对CO₂腐蚀对封隔器胶件性能的影响，并没有考虑CO₂泄压速度对封隔器胶件性能的影响。

（1）CO₂腐蚀对封隔器胶件性能影响测试方法

现有CO₂对封隔器胶件性能影响测试主要关注CO₂对封隔器胶件的腐蚀，即测试CO₂腐蚀对封隔器胶件性能的影响。实验通常采用高温高压反应釜，首先设定反应釜内的实验温度，将样品称重并挂在高温高压釜内，根据现场实际情况向高温高压釜内加入一定比例的水、石油，然后向反应釜内注入一定压力的CO₂，待反应釜温度稳定以后记录反应釜内的压力，此压力即为实验最终压力。保持反应釜内压力和温度不变的条件下静置一段时间以后（通常为3-7天），将反应釜内的CO₂气体放掉即进行泄压，取出封隔器橡胶试样干燥称重以后再进行相应的拉伸压缩实验，分析不同的腐蚀条件（包括压力、温度、腐蚀时间、油气水比例等）对封隔器胶件性能的影响。

（2）CO₂腐蚀对封隔器胶件性能影响测试方法的不合理之处

通过现有测试方法取出腐蚀以后的封隔器胶件，在实验压力较低时（10MPa以下），封隔器表面通常会出现明显的气泡；而在压力较高时，封隔器胶件表面出现明显的龟裂，甚至形成很大的断裂面。由于室内实验时间较短（现场封隔器使用时间一般为几年甚至十几年），封隔器胶件表面的龟裂及断裂肯定不是由于CO₂腐蚀引起的，而是在实验过程中部分高压CO₂气体进入封隔器胶件中，泄压的短时间内气泡由于内外压差较大导致胶件破裂，因此现有测试方法所得到的CO₂腐蚀对封隔器胶件性能的影响并不完全是由于腐蚀所引起的，更主要是由于实验过程中突然泄压导致的封隔器胶件胀破，现有实验方法既不能得出CO₂腐蚀对封隔器胶件性能的影响，也不能得出CO₂泄压速度对封隔器胶件性能的影响。

（3）CO₂泄压对封隔器胶件性能的影响测试方法难点

在标准状况下，CO₂为无色无味的气体，其水溶性呈弱酸性，CO₂气体不能燃烧但易被液化。CO₂的临界温度为31.1℃，临界压力为7.38MPa，当温度和压力大于临界点温度和压力时，二氧化碳达到超临界状态，超临界状态的二氧化碳具有许多不同于气体也不同于液体的独特性质，其密度接近于液体，且随着温度的升高而减小，随着压力的升高而非线性的增加，其气体状态方程不在符合理想气体状态方程，如图1所示。