[发明专利]用于产水气井井筒结垢风险评价的实验装置与方法

权利要求书

1.一种用于产水气井井筒结垢风险评价的实验装置，包括：井筒模拟及保温系统和流体注入及收集系统，其特征在于：井筒模拟及保温系统用于模拟地层中的井筒，为气水两相流提供流动通道，并将井筒保持在地层温度；流体注入及收集系统用于地层水和气体的注入以及产出地层水的收集；

所述井筒模拟及保温系统，包括模拟井筒金属管和温箱；

所述模拟井筒金属管由金属管短节构成，金属管短节分为四种类型，包括直短节、90度转弯短节、地层水注入短节、气体注入短节，为不锈钢材质；金属管短节长10cm，内径0.5cm，外径1.2cm，一端为公螺纹，一端为母螺纹，相邻金属管连接并采用橡胶圈密封，可模拟直井或水平井井筒，连接总长度视温箱空间而定；气体注入短节在最前端的入口端，连接气体预热盘管和注气管线；地层水注入短节在气体注入短节之后，连接用于注入地层水结垢阴阳离子溶液的两个预热盘管，保证注入的地层水结垢阴阳离子溶液在金属管短节内有效混合并结垢，以及地层水和结垢颗粒能够受到入口端注入气体的吹扫作用；连接起来的金属管的入口端和出口端均位于温箱外部，金属管主体位于温箱内，使金属管处于地层温度环境；

所述流体注入及收集系统，包括气源、常压气体缓冲罐、气泵、注气管线、气体预热盘管、地层水结垢阴阳离子溶液、地层水盛放烧杯、蠕动泵、地层水预热盘管、地层水收集软管、地层水收集烧杯。

2.根据权利要求1所述的用于产水气井井筒结垢风险评价的实验装置，其特征在于，气泵将气源气体通过注气管线和预热盘管泵送进入模拟井筒的金属管中，注入的气体包括但不限于空气、氮气、CO₂，注气速度在0～10L/min，预热盘管长3m，内径4mm，外径6mm；蠕动泵将地层水阴阳离子溶液按照1∶1体积比注入到模拟井筒的金属管中，在地层水阴阳离子溶液进入金属管混合前分别经金属盘管预热至地层温度，金属盘管长3m，内径1mm，外径3mm，地层水阳离子溶液中根据设计要求加入5～50ppm防垢剂和缓蚀剂，地层水总注入速度在0～300ml/min；产出的地层水经安装在金属管出口端的透明塑料软管冷凝后收集于烧杯中，塑料软管没入烧杯中水面以下，提前在烧杯中倒入一定量蒸馏水，观察产出气泡，通过气泡大小判断金属管中的堵塞情况。

3.根据权利要求1-2任一项所述的用于产水气井井筒结垢风险评价的实验装置，其特征在于，金属管在常压下工作，金属管主体位于温箱中，最大工作温度不低于150℃。

4.用于产水气井井筒结垢风险评价的实验方法，采用权利要求1-3任一项的实验装置，其特征在于，进行产水气井井筒结垢风险评价时，将气泵与气源连通，将地层水结垢阴阳离子溶液分别盛放于两个烧杯中，将金属管末端的塑料软管没入地层水收集烧杯的液面之下，然后打开气泵和蠕动泵，将气体和地层水预热后按照一定比例注入到金属管中形成气液两相流动并结垢，一定时间或判断结垢物完全堵塞金属管后，拆开金属管，观察各金属管短节堵塞以及管壁结垢情况，收集管内未附着的颗粒垢，根据结垢前后金属管短节重量变化计算附着垢量以及平均结垢厚度，收集随地层水产出的颗粒垢，并对产出地层水的结垢离子进行滴定，计算总结垢量，综合评价金属管内的结垢风险。

5.根据权利要求4所述用于产水气井井筒结垢风险评价的实验方法，其特征在于，具体方法如下：

(1)将各金属管短节编号并称重，并按照模拟井筒形状连接起来，从流体注入端至产出端各金属管短节的重量依次记为m_p1、m_p2、...、m_pn，单位为mg；将设备按照示意图连接起来；

(2)开启温箱，将金属管、地层水和气体预热盘管加热至设定温度并保温；

(3)开启气泵和蠕动泵，将气体以及地层水结垢阴阳离子溶液按照设计速度以一定比例注入到金属管内，使地层水在金属管内结垢，产出地层水和结垢颗粒收集于烧杯中；

(4)持续注气注水2-24h后或金属管末端无气体产出、判断金属管被结垢物堵塞时，停止注入气体和地层水结垢离子溶液；

(5)将随地层水产出的结垢颗粒过滤烘干称重记为m_sp，单位为mg；将金属管全部拆开，观察各金属管短节内结垢情况，收集滞留于管内的未附着结垢颗粒，烘干后称重记为m_sr，单位为mg，将各金属管短节烘干后称重记为m_p1’、m_p2’、...、m_pn’，单位为mg；

(6)计算各金属管短节内壁上的附着垢量m_ssi，单位为mg、平均结垢厚度h_ssi，单位为mm以及金属管内的总附着垢量m_ss，单位为mg，分别为：

m_ssi＝m_pi′-m_pi

h_ssi＝m_ssi/ρ_s/(3.14×5×100)

式中，i为金属管短节编号；ρ_s为结垢物密度，mg/mm³；

(7)计算总结垢量m_s，单位为mg及不同类型垢的占比：

m_s＝m_sp+m_sr+m_ss

f_sp＝m_sp/m_s

f_sr＝m_sr/m_s

f_ss＝m_ss/m_s

式中，f_sp为随地层水产出颗粒垢占总结垢量的比例；f_sr为滞留在金属管内但未附着在管壁上的结垢量占总结垢量的比例；f_ss为附着在金属管内壁上的结垢量占总结垢量比例；

(8)根据计算的结垢量和结垢厚度，分析结垢物在金属管中滞留、附着以及随地层水产出的比例关系，分析金属管内壁上结垢厚度分布，判断金属管内结垢造成堵塞的风险位置，综合评价模拟井筒内的结垢风险。