申请日2016.08.29
公开(公告)日2016.11.16
IPC分类号G01N17/02
摘要
本发明公开了一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，包括以下步骤：(1)测试管线材料在现场油田污水下的电化学阻抗图谱;(2)设计模拟管线，用CFD软件模拟出在不同进管口流速下该管线模型内的流态信息，并确定实验测试片的安放位置;(3)将实验测试片安放在动态管线上，进行水循环开始动态模拟实验，并在不同的实验时长下测量不同安放位置处的测试片的垢层厚度;(4)数据整合分析步骤：得出垢层厚度与各变量之间的关系，从而得出该油田污水的腐蚀结垢特性。本发明能够有效的对油田污水腐蚀性、以及结垢性进行测试，可针对每个具体注水油田其不同的水质和管线情况，能很好的反应每个现场不同的情况。
摘要附图
权利要求书
1.一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)静态电化学分析步骤：
在不同温度下，以现场油田污水为溶液采用3电极系统通过交流阻抗法分别测试管线材料在所述现场油田污水下的电化学阻抗图谱，并根据不同温度下得到的所述电化学阻抗图谱得出所述管线材料的相位角临界转变温度;
所述管线材料为现场油田输送油田污水的管线所采用的材料;
(2)CFD软件模拟步骤：
以所述现场油田输送油田污水的管线为参考，设计模拟管线;接着，运用建模网格划分软件对该模拟管线进行计算机建模得到管线模型;然后，运用CFD软件模拟出在不同进管口流速下该管线模型内的流态信息，得出湍流强度以及壁面剪切应力随距进管口距离的分布情况;并根据所述湍流强度以及所述壁面剪切应力随距进管口距离的的分布情况确定实验测试片的安放位置;
接着，根据在不同所述进管口流速下所述湍流强度以及所述壁面剪切应力随距进管口距离的分布情况得出壁面剪切应力与进管口流速、以及距进管口距离三者的函数关系，湍流动能与进管口流速、以及距离进管口距离三者的函数关系;
(3)动态管线模拟步骤：
根据所述步骤(2)中的所述模拟管线、以及所述实验测试片的安放位置，设置动态管线，该动态管线用于安放实验测试片;接着，将所述实验测试片安放在所述动态管线上，在不同温度、以及不同进管口流速下进行水循环开始动态模拟实验，并在不同的实验时长下测量不同安放位置处的所述测试片的垢层厚度，所述不同安放位置对应不同的所述距进管口距离;
所述实验测试片与所述现场油田输送油田污水的管线所采用的材料相同;所述水循环采用所述现场油田污水;所述动态管线与所述步骤(2)中的所述模拟管线为等比例关系;
(4)数据整合分析步骤：
根据所述步骤(2)中得到的壁面剪切应力与进管口流速、以及距进管口距离三者的函数关系，湍流动能与进管口流速、以及距离进管口距离三者的函数关系，所述步骤(3)中得到的在不同温度、不同进管口流速、以及不同实验时长下的不同安放位置处的垢层厚度，得出垢层厚度与变量之间的关系，从而得出该油田污水的腐蚀结垢特性;所述变量为湍流动能、壁面剪切应力、温度、进管口流速、实验时长和距进管口距离中的至少一个。
2.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在测量得到所述垢层厚度后，还包括：
将所述实验测试片干燥，测重后得到最终结垢量;接着再将所述实验测试片酸洗干燥，测重后得到最终腐蚀程度。
3.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所述水循环以是添加有添加剂的所述现场油田污水进行的;所述添加剂为缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂中的至少一种。
4.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过交流阻抗法测试管线材料的电化学阻抗图谱的测试时间为至少7天;所述3电极系统是以所述管线材料作为工作电极，以甘汞电极作为参比电极，以铂电极作为对电极。
5.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的温度包括所述步骤(1)中得到的所述相位角临界转变温度;优选的，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的温度与所述步骤(1)中进行静态电化学分析所采用的温度一一对应，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的进管口流速与所述步骤(2)中运用CFD软件模拟所采用的进管口流速一一对应;
优选的，所述步骤(1)中进行静态电化学分析所采用的温度为40℃～60℃，所述步骤(2)中运用CFD软件模拟所采用的进管口流速为0.41m/s～1.54m/s;所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的温度为40℃～60℃，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的进管口流速为0.41m/s～1.54m/s。
6.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述建模网格划分软件优选为Gambit软件;所述CFD软件优选为Fluent软件。
7.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中测量所述测试片的垢层厚度是将所述测试片在超景深显微镜观察得出该测试片的垢层平均厚度。
8.如权利要求1所述油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，所述步骤(2)中得到的所述实验测试片的安放位置对应所述湍流强度的极值位置、以及所述壁面剪切应力的极值位置中的至少一种。
说明书
一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法
技术领域
本发明属于油田注水开发应用技术领域，更具体地，涉及一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，该测试方法尤其适用于在实验室内快速、有针对性的预测油田现场注水系统腐蚀和结垢情况，并可依此提出防治措施，可针对具体的现场油田污水(如注水油田所用注水)，是一种快速测试方法。
背景技术
随着油田的开采进入中后期油压下降，注水驱替提高采收率是大多数陆地油田的主要手段之一。在油田注水的过程中，外来水与油田内地层岩石的接触，会发生各种物理变化和化学变化，极大的造成了地层的损害。同时，在注水过程中，注水管线中的流体由于地层温度和压力的变化，有些情况下造成严重的管线腐蚀甚至穿孔，还有某些成分容易析出，在注水管线中形成垢层，堵塞注水管线，对油田开采作业产生十分不利的影响。
国内外已经有众多油田注水过程中已出现了不同程度的腐蚀和结垢现象，由于各地水质和地层性质的差异，很难有统一而有效的解决方法，因此，开发一套有针对性、能快速预测并提出有效解决方案的方法十分有实际意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其中通过对关键的各测试步骤的设置方式以及具体的参数设置等进行改进，与现有技术相比能够有效解决油田污水腐蚀性、以及结垢性的评价测试问题，并且该测试方法可根据每个具体注水油田其不同的水质和管线情况灵活调整，能很好的反应每个现场不同的情况，使得通过本方法在实验室内测试得出的测试结论与实际油田现场的实际情况匹配度高。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)静态电化学分析步骤：
在不同温度下，以现场油田污水为溶液采用3电极系统通过交流阻抗法分别测试管线材料在所述现场油田污水下的电化学阻抗图谱，并根据不同温度下得到的所述电化学阻抗图谱得出所述管线材料的相位角临界转变温度;
所述管线材料为现场油田输送油田污水的管线所采用的材料;
(2)CFD软件模拟步骤：
以所述现场油田输送油田污水的管线为参考，设计模拟管线;接着，运用建模网格划分软件对该模拟管线进行计算机建模得到管线模型;然后，运用CFD软件模拟出在不同进管口流速下该管线模型内的流态信息，得出湍流强度以及壁面剪切应力随距进管口距离的分布情况;并根据所述湍流强度以及所述壁面剪切应力随距进管口距离的的分布情况确定实验测试片的安放位置;
接着，根据在不同所述进管口流速下所述湍流强度以及所述壁面剪切应力随距进管口距离的分布情况得出壁面剪切应力与进管口流速、以及距进管口距离三者的函数关系，湍流动能与进管口流速、以及距离进管口距离三者的函数关系;
(3)动态管线模拟步骤：
根据所述步骤(2)中的所述模拟管线、以及所述实验测试片的安放位置，设置动态管线，该动态管线用于安放实验测试片;接着，将所述实验测试片安放在所述动态管线上，在不同温度、以及不同进管口流速下进行水循环开始动态模拟实验，并在不同的实验时长下测量不同安放位置处的所述测试片的垢层厚度，所述不同安放位置对应不同的所述距进管口距离;
所述实验测试片与所述现场油田输送油田污水的管线所采用的材料相同;所述水循环采用所述现场油田污水;所述动态管线与所述步骤(2)中的所述模拟管线为等比例关系;
(4)数据整合分析步骤：
根据所述步骤(2)中得到的壁面剪切应力与进管口流速、以及距进管口距离三者的函数关系，湍流动能与进管口流速、以及距离进管口距离三者的函数关系，所述步骤(3)中得到的在不同温度、不同进管口流速、以及不同实验时长下的不同安放位置处的垢层厚度，得出垢层厚度与变量之间的关系，从而得出该油田污水的腐蚀结垢特性;所述变量为湍流动能、壁面剪切应力、温度、进管口流速、实验时长和距进管口距离中的至少一个。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，在测量得到所述垢层厚度后，还包括：
将所述实验测试片干燥，测重后得到最终结垢量;接着再将所述实验测试片酸洗干燥，测重后得到最终腐蚀程度。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中的所述水循环以是添加有添加剂的所述现场油田污水进行的;所述添加剂为缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂中的至少一种。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中通过交流阻抗法测试管线材料的电化学阻抗图谱的测试时间为至少7天;所述3电极系统是以所述管线材料作为工作电极，以甘汞电极作为参比电极，以铂电极作为对电极。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的温度包括所述步骤(1)中得到的所述相位角临界转变温度;优选的，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的温度与所述步骤(1)中进行静态电化学分析所采用的温度一一对应，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的进管口流速与所述步骤(2)中运用CFD软件模拟所采用的进管口流速一一对应;
优选的，所述步骤(1)中进行静态电化学分析所采用的温度为40℃～60℃，所述步骤(2)中运用CFD软件模拟所采用的进管口流速为0.41m/s～1.54m/s;所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的温度为40℃～60℃，所述步骤(3)中进行所述动态模拟实验的进管口流速为0.41m/s～1.54m/s。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中的所述建模网格划分软件为Gambit软件;所述CFD软件为Fluent软件。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中测量所述测试片的垢层厚度是将所述测试片在超景深显微镜观察得出该测试片的垢层平均厚度。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中得到的所述实验测试片的安放位置对应所述湍流强度的极值位置、以及所述壁面剪切应力的极值位置中的至少一种。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于综合了静态电化学测试、CFD软件模拟、动态管线模拟、数据整合分析这四个相对独立而又相互关联的测试步骤作为油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，能够对油田污水腐蚀与结垢特性进行快速的综合测量评价，测量结论与实际情况匹配度高，对实际的油田注水生产具有大的指导作用。
本发明中的动态管线模拟步骤是依照现场注水管线按比例缩小制作动态模拟管线模型，根据静态电化学分析结果确定模拟实验最佳实验条件，根据CFD软件模拟结果在流态信息变化较大的各个区域安装测试片，应用3D超景深显微镜观察测试钢片表面形貌，用3D统计分析法测定垢层厚度。该步骤可对实验温度、使用的流速进行控制，可进行在线垢层厚度测量(垢层厚度测量可借助3D超景深显微镜观察，再利用统计分析法计算，垢样的平均厚度=体积/采样面积)。利用该动态管线模拟步骤，可得出管道不同位置处(即，管道上距离进管口距离不同的位置处)电极表面垢层厚度分布。
静态电化学分析步骤是采用3电极系统，测试管线材料的电化学阻抗、极化曲线等，分析在静态条件下油田现场污水中管线材料的腐蚀与结垢趋势;根据电化学阻抗谱BODE图，在高频区(频率高于100Hz的区间为高频区)出现相位角峰对应于材料表面垢层膜厚和膜的致密性信息，在低频区(频率低于100Hz的区间为低频区，即，以100Hz为分界点区分高频区和低频区)出现相位角峰对应于材料表面膜下腐蚀相关信息。
CFD软件模拟步骤，是根据实际油田现场运用的管径和流速特征，计算出管壁剪切应力;是先通过GAMBIT软件的建模和划分网格及检测后，再使用Fluent软件进行流体动力学模拟，实验模拟管线GAMBIT建模;统计管线不同位置截面的最大湍流能和不同位置壁面的最大剪切应力。
本发明中的油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，能够快速测试，预测、评价油田注水腐蚀性和结垢性;另一方面，通过向油田污水中添加添加剂(如缓蚀剂、阻垢剂等)对水质进行调节，并再次测试，可以对各种添加剂(包括各种不同种类的添加剂、以及不同配比的添加剂)的添加效果(即，添加有添加剂的污水的腐蚀性和结垢性等)进行评价，具有良好的针对性和实际应用价值。
本发明中的油田污水腐蚀结垢特性的测试方法通过静态电化学分析、CFD软件模拟、动态管线模拟、数据整合分析四大部分，能快速有效的在实验室内还原油田现场，以油田现场不同的实际状况(如温度，压力，管线材料种类，表面粗糙度，管线内部湍流强度，壁面剪切应力等)为基础，系统的分析注水管线的腐蚀与结垢趋势，可建立有效的函数模型对注入水腐蚀和结垢规律进行预测，并对提出的解决方案(如向注水中添加添加剂等)进行评价，测试评价的结论与生产现场实际情况符合较好。
本发明中的油田污水腐蚀结垢特性的测试方法能够快速对油田污水腐蚀结垢特性作出评价，具有简单，准确性高，针对性强等优点，是一种实验室内预测油田现场注水系统腐蚀和结垢情况，并能够预先评价防治措施，具体具有以下优点：
(1)本发明的CFD软件模拟，动态管线模拟等方法有针对性，可以评价不同油田的不同情况，能较好的解决不同油田的实际问题;其中3D统计分析法能很好的获得垢层厚度信息，准确快速。
(2)本发明提出的数据拟合将各个因素对管线结垢和腐蚀的影响关联了起来，能对现场的腐蚀和结垢情况进行较为准确的预测，为现场的防治提供相关信息。
(3)本发明的动态管线模拟还可以对提出的解决方案进行验证，能在实验室中找到最佳的解决方案和相关的技术指标，注意事项，为现场实际生产提供指导，节约人力物力。
本发明油田污水腐蚀结垢特性的测试方法，可快速预测油田注水的结垢和腐蚀特性，并对相应的解决方案(如向油田注水中添加添加剂、改变管线材料等)进行评价，对每个注水油田不同的水质和管线情况都有针对性，能很好的反应每个现场不同的情况，进一步的，可得到最佳的添加剂使用组合。本发明中的测试评价方法以油田现场水为介质，能够实况反应油田现场情况;静态电化学分析步骤通过交流阻抗、电化学极化等分析手段，能够找出管线所用材料在现场水中的腐蚀和结垢趋势;CFD软件模拟步骤通过CFD软件模拟生产现场的情况，模拟出管线的流态、湍流强度、壁面剪切力等相关信息;动态管线模拟步骤则根据现场实际比例建立模拟管线，基于静态电化学分析部分得到的最适宜实验条件进行实验，并可同时检验提出的解决方案在实际应用情况下的效用;数据整合分析步骤则是整合前三个步骤的数据，建立相关的简单函数模型，对生产现场管线结垢和腐蚀的程度进行大致预测，讨论腐蚀和结垢程度与温度、流速、湍流强度、壁面剪切应力等相关因素之间的变化关系，同时评价所提出的解决方案的好坏以及现场可行性。