高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置和方法与流程

1.本发明涉及油气田开发工程技术领域，具体而言，涉及一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置和方法。


背景技术：

2.我国油田大部分已进入二次采油阶段，地层能量不足，需要注水或注气补充地层能量驱出原油。注气开发工艺较为简单，注入气体易溶解在原油中，地层条件下可以形成混相驱，提高驱油效率。天然气作为油田伴生气，地下埋藏丰富，开采工程中往往直接排空或者烧掉，造成巨大浪费。注天然气开发可以在开采过程中回收利用采出的原油伴生气，目前在吐哈、中原、长庆、涠洲等获得了大量使用。但是由于气体密度小、黏度低，极易发生重力超覆、黏性指进和非均质性气窜，导致注入气体的无效循环。针对注气井气窜治理，聚合物冻胶是有效的调剖手段之一。
3.高温高压环境下，冻胶的长期稳定性是调剖体系重要的评价指标之一。目前主要的评价方法是通过高温环境下安瓿瓶内成胶，老化一定时间后再通过目测代码法以及测定冻胶黏度或黏弹模量来评价冻胶体系稳定性。
4.上述方法虽然可以评价冻胶长期热稳定性，但是对于高温高压注气井冻胶调剖体系性能评价存在明显不足，例如：1)高压环境难以模拟。传统方法中，冻胶在安瓿瓶内高温成胶，虽然可以评价冻胶热稳定性，但是安瓿瓶难以承受较大压力，无法评价高压环境中冻胶稳定性；2)气体耐受性难以评价。对于注气井调剖，在长期注气的条件下，冻胶需要与气体长期共存。但是传统评价方法中，冻胶在密封的安瓿瓶中成胶，难以模拟气体与冻胶的动态共存，无法评价冻胶的气体耐受性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置和方法，其能够解决现有技术中使用传统安瓿瓶内成胶评价冻胶性能的方法难以模拟注气井高温高压以及与气体长期动态共存环境的不足。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置，包括：恒温箱和高温高压容器，恒温箱用于模拟实验所需的环境温度；高温高压容器设置于恒温箱内，高温高压容器的内部设置有容纳样品的空腔，且高温高压容器的两端均设置有可拆卸的密封件；高温高压容器两端的密封件上分别设置有入口阀门和出口阀门，入口阀门、空腔、出口阀门构成供介质通过的通道。
8.在本发明的较佳实施例中，上述高温高压容器包括：装样容器，放置于高温高压容器内，装样容器上设置有介质进入口和介质传出口，样品设置于装样容器内。
9.在本发明的较佳实施例中，上述装样容器包括：进气筛板和出气筛板，进气筛板安装于介质进入口，进气筛板上设置有多个供介质透过的通孔；出气筛板安装于介质传出口，
出气筛板上设置有多个供介质透过的通孔。
10.在本发明的较佳实施例中，上述装样容器和高温高压容器的长度之比为1:2；装样容器和高温高压容器的宽度之比为1:2；装样容器和高温高压容器的高度之比为1:2。
11.在本发明的较佳实施例中，设置于高温高压容器两端的密封件分别为第一法兰接头和第二法兰接头，第一法兰接头设置于高温高压容器的入口阀门一端，第二法兰接头设置于高温高压容器的出口阀门一端。
12.在本发明的较佳实施例中，上述装样容器还包括：连接片，连接片两端分别连接装样容器和第一法兰接头，在拆卸第一法兰接头时，装样容器随第一法兰接头取出。
13.在本发明的较佳实施例中，上述高温高压容器包括：压力监测件，设置于高温高压容器的具有入口阀门的一端。
14.在本发明的较佳实施例中，上述压力监测件包括：压力表缓冲管、压力表和防爆片，压力表缓冲管连接第一法兰接头；压力表连接压力表缓冲管；防爆片连接压力表。
15.在本发明的较佳实施例中，上述高温高压容器还包括：第一观察窗，用于检测样品变化，第一观察窗设置于高温高压容器的外壁。
16.一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价方法，天然气耐受性评价方法包括如下步骤：
17.s1：开启恒温箱，设定实验温度；
18.s2：配制实验所需冻胶体系未成胶溶液，在实验温度下成胶老化24h后，使用流变仪测定冻胶初始弹性模量；
19.s3：开启入口阀门端的密封件并取出装样容器，再将高温成胶后的冻胶样品放入装样容器中，安装密封件，密封评价装置；
20.s4：将高压氮气瓶连接入口阀门处的进气管线，开启入口阀门和出口阀门通入氮气，5min后关闭入口阀门、出口阀门和高压氮气瓶，拆卸进气管线；
21.s5：将进气管线连接至高压天然气瓶，打开入口阀门向高温高压容器通入天然气并持续加压；或将进气管线连接至手摇泵，打开入口阀门向高温高压容器通入模拟水并持续加压；
22.s6：通过压力表监控评价装置的内部压力，当压力到达所需值后，关闭入口阀门，拆卸进气管线；
23.s7：将评价装置放入实验温度下的恒温箱内，老化一定时间后通过观察窗观察冻胶状态，或老化一定时间后取出装样容器测量冻胶样品老化后的弹性模量；
24.s8：完成冻胶弹性模量测定后重复s3
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s7，实现天然气或模拟水的动态更替，获得不同老化时间后的冻胶强度，评价冻胶高温高压下天然气耐受性。
25.本发明实施例的有益效果是：通过设置恒温箱和恒温箱内的高温高压容器，在评价装置模拟高温环境的同时，可以实现高压和富天然气环境，有利于评价高温高压环境冻胶天然气耐受性，对注天然气开发中用于气窜治理的冻胶体系设计有指导意义；可以隔一定时间更换评价装置内的天然气，实现气体的动态更替，更贴合注天然气开发地层实际工况。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1：为本发明实验装置示意图。
28.图2：本发明中使用的高温高压容器本体55内部剖面图。
29.图3：本发明评价的不同实验介质不同实验时间冻胶强度变化。
30.附图标号说明：1
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防爆片；2
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压力表；3
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压力表缓冲管；4
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第一法兰接头；5
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高温高压容器本体；6
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观察窗；7
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第二法兰接头；8
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出气阀门；9
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恒温箱；10
‑
进气阀门；201
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进气筛板；202
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连接板；203
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出气筛板；204
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装样容器本体。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
36.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.现有技术方案一：
38.目前冻胶性能评价主要使用目测代码法。具体的实验方法为：配制好所需成胶溶
液并注入安瓿瓶中后密封，在高温条件下成胶。每隔一定时间观察冻胶形态，根据目测代码法确定冻胶强度等级，评价冻胶相关性能。这种方法较为简便，可以通过目视观察冻胶形态确定冻胶强度，但是在实验过程中仅能模拟高温环境进行冻胶性能评价。然而，对于注天然气井的封窜治理，如何评价高温高压环境和天然气的存在对冻胶性能的影响，是冻胶体系设计的关键之一。因此，注气井冻胶调剖体系性能评价不仅要考虑高温环境的影响，还要考察其天然气耐受性。
39.若采用技术方案一，其会有如下不足：
40.1)安瓿瓶无法承受高压；
41.2)无法评价高温高压环境下天然气对冻胶性能的影响；
42.3)依靠目测手段无法实现冻胶性能定量评价。
43.现有技术方案二：
44.根据行业标准sy
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t 5590
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2004调剖剂性能评价方法，可以采用岩心流动实验方法评价冻胶性能。通过测定冻胶在岩心中的驱替实验，测定阻力系数、突破压力和堵水率等，评价冻胶高温性能。将人造岩心抽真空饱和水以后，先进行第一次水驱，记录注入压力；再注入冻胶体系未成胶溶液，高温成胶后再进行后续水驱，记录注入压力。根据前后注入压力的变化，计算阻力系数和堵水率等评价冻胶性能。对于冻胶热稳定性，则在岩心中冻胶体系未成胶溶液，然后再所需温度下恒温静置一定时间，再取出进行水驱记录注入压力，评价冻胶热稳定性。同时，该方法可以通过回压阀设定冻胶所处环境的压力，模拟高温高压环境，以及采用气驱评价冻胶气体耐受性。
45.该方法虽然可以在一定程度上评价冻胶热稳定性和高温高压环境下气体耐受性，但是装置与操作流程较为复杂，难以评价冻胶长期稳定性。
46.本发明提供一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置与方法，可用于评价高温高压环境注天然气开发封窜治理所使用冻胶的天然气耐受性能，为高温高压注气井封窜用冻胶体系的优化设计提供一种可靠的评价方法。
47.本发明是这样实现的，一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置与方法，实验评价装置主要系统如图1所示，包括恒温箱9和放置在恒温箱9内的高温高压容器、放置在高温高压容器内的装样容器204。
48.恒温箱9，采用市面上常规的恒温箱即可，其用于模拟出实验所需的环境温度。
49.高温高压容器可以承受实验所需高温高压环境，其包括：高温高压容器本体5、设置在高温高压容器本体5两端的密封件、设置在高温高压容器本体5两端的入口阀门和出口阀门、连接高温高压容器本体5的压力监测件以及设置在高温高压容器本体5侧壁的观察窗6。
50.高温高压容器本体5为柱状体，可以承受实验所需高温高压环境。
51.密封件用于密封高温高压容器本体5的两端，密封件可以是密封塞、密封盖、法兰接头等密封件，在本技术方案中采用法兰接头，即两头的第一法兰接头4和第二法兰接头7实现密封，实际使用时需要拆掉密封件后放入成胶后的冻胶。
52.入口阀门和出口阀门分别设置在高温高压容器本体5的两端，在本实施例中选用的是气用阀门，即分别设置在高温高压容器本体5两端的进气阀门10和出气阀门8，进气阀门10和出气阀门8开启时，进气阀门10、高温高压容器本体5放置冻胶样品的空腔和出气阀
门8构成供介质通过的通道，用于气体的通入和排出，确保装置内富天然气高压环境，评价冻胶天然气耐受性能。
53.压力监测件，用于确保实验安全性，具体的，在本实施例中的第一法兰接头4连接压力监测件，压力监测件包括依次连接的防爆片1、压力表2和压力表缓冲管3，压力表缓冲管3连接第一法兰接头4。精密压力表2可以监测装置内部压力，通过压力表2可控制天然气进入量达到实验所需压力值，其中压力表缓冲管3和防爆片1均是用来防止压力过高，确保实验安全。
54.在本实施例中的观察窗6为钢化玻璃观察窗，实验过程中可以通过装样容器204上方的钢化玻璃观察窗6监测样品变化。
55.请参见图2，装样容器用于放置冻胶样品，其包括装样容器本体204、设置在装样容器本体204两端的筛板和连接装样容器本体204一端的连接片202。
56.装样容器本体204用于装填冻胶样品，装样容器本体204为四氟乙烯材质，耐温耐压耐腐蚀；装样容器本体204为立方体，侧面为正方形，在其他实施例中也可以选用其他形状的装样容器本体。本实施例中的样品使用装样容器本体204装填，装样容器204放置于高温高压容器内，装样容器本体204两头贯通，分别为介质进入口和介质传出口。装样容器204上方无盖，可以实现内部样品与气体的直接接触，同时实验过程中可以通过装样容器204上方的钢化玻璃观察窗6监测样品变化。本实施中的介质进入口和介质传出口安装有筛板，进气筛板201安装于介质进入口，进气筛板201上设置有多个供介质透过的通孔；出气筛板203安装于介质传出口，出气筛板203上设置有多个供介质透过的通孔。在进气筛板201和出气筛板203设置许多小孔可以允许气体透过，在注入天然气的过程中有利于气体直接作用于冻胶以及排出。
57.在本实施例中通过连接片202连接装样容器204和第一法兰接头4，使得第一法兰拆除时将装样容器204一并带出，第一法兰接头4和装样容器204可采取可拆卸式连接或固定连接方式。
58.本发明的装置在评价冻胶样品时，样品占据高温高压容器腔体体积的比例对结果是有一定影响的，因此需要对高温高压容器本体5以及装样容器本体204的尺寸进行规定，关键部分尺寸如图2和表1所示，在使用时，冻胶样品需铺满整个装样容器本体204内部。
59.表1评价装置部分尺寸表
60.d/mml1/mml2/mml3/mm4020020100
61.本发明的优势主要在于
①
在模拟高温环境的同时，可以实现高压和富天然气环境，有利于评价冻胶高温高压环境冻胶天然气耐受性；
②
可以隔一定时间更换装置内天然气，实现气体的动态更替；
③
可以通过观察窗6观察冻胶变化，同时也可以在稳定一段时间后取出测量冻胶黏度或弹性模量定量评价。
62.一种高温高压环境下天然气对冻胶耐受性的评价方法，该评价方法包括如下步骤：
63.s1、开启恒温箱9，设置到实验所需温度；
64.s2、配制实验所需冻胶体系未成胶溶液，在实验温度下成胶老化24h后，使用流变仪测定冻胶初始弹性模量；
65.s3、打开第一法兰接头4并取出装样容器，再将高温成胶后的冻胶放入装样容器本体204中，接着安装第一法兰接头4，密封评价装置；
66.s4、连接气路管线，将高压氮气瓶连接进气阀门10处的进气管线，打开进气阀门10和出气阀门8，通过高压氮气瓶通入氮气，用于清除装置内部的氧气及其他气体，5min后关上进气阀门10和出气阀门8以及高压氮气瓶，拆卸进气管线；
67.s5、将进气管线连接至高压天然气瓶，打开进气阀门10向高温高压容器通入天然气并持续加压；或将进气管线连接至手摇泵，打开入口阀门向高温高压容器通入模拟水并持续加压；
68.s6、通过压力表2监控装置内部压力，当压力到达所需值后，关闭进气阀门10，拆卸进气管线；
69.s7、将整个评价装置放置于设定好温度的恒温箱9中，老化一定时间后，通过钢化玻璃观察窗6观察冻胶状态，或老化一定时间后取出装样容器测量冻胶样品老化后的弹性模量；
70.s8、完成冻胶弹性模量测定后重复s3
‑
s7，实现天然气或模拟水的动态更替，获得不同老化时间后的冻胶强度，评价冻胶高温高压下天然气耐受性。
71.本发明技术方案带来的有益效果:
72.1、提供了一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置与方法；
73.2、本评价装置与评价方法可用于评价注天然气井聚合物冻胶封窜体系的天然气耐受性；
74.3、本评价装置可以模拟高温高压环境下注天然气开发地层中天然气对聚合物冻胶长期稳定性的影响；
75.4、本评价方法为后续注气井冻胶封窜体系构筑提供一种区别于传统方法的思路。
76.下面通过具体实施案例对本发明作进一步说明：
77.a.堵剂主要配方：
78.1、聚丙烯酰胺，分子量200～2000万，使用浓度0.1～1％；
79.2、交联剂，使用浓度0.01～1％，包括酚醛树脂，乌洛托品，间苯二酚，有机铬，无机铬等其中之一或组合；
80.3、助剂，使用浓度0.01～1％，包括除氧剂，稳定剂，助交联剂，缓凝剂等其中之一或组合；
81.4、其余为模拟水。
82.b.实验条件：
83.1、恒温箱9设定温度60～180℃；
84.2、冻胶性能测定间隔时间1～30d；
85.3、装置内通入的实验介质为水和天然气之一；
86.4、实验压力0.1～40mpa，通过装置通入气体或液体设定压力。
87.c.实验步骤：
88.s1、开启恒温箱9，设置到实验所需温度；
89.s2、配制实验所需冻胶体系未成胶溶液，在实验温度下成胶老化24h后，使用流变仪测定冻胶初始弹性模量；
90.s3、打开第一法兰接头4并取出装样容器，再将高温成胶后的冻胶放入装样容器本体204中，接着安装第一法兰接头4，密封评价装置；
91.s4、连接气路管线，将高压氮气瓶连接进气阀门10处的进气管线，打开进气阀门10和出气阀门8，通过高压氮气瓶通入氮气，用于清除装置内部的氧气及其他气体，5min后关上进气阀门10和出气阀门8以及高压氮气瓶，拆卸进气管线；
92.s5、将进气管线连接至高压天然气瓶，打开进气阀门10向高温高压容器通入天然气并持续加压；或将进气管线连接至手摇泵，打开入口阀门向高温高压容器通入模拟水并持续加压；
93.s6、通过压力表2监控装置内部压力，当压力到达所需值后，关闭进气阀门10，拆卸进气管线；
94.s7、将整个评价装置放置于设定好温度的恒温箱9中，老化一定时间后，通过钢化玻璃观察窗6观察冻胶状态，或老化一定时间后取出装样容器测量冻胶样品老化后的弹性模量；
95.s8、完成冻胶弹性模量测定后重复s3
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s7，实现天然气或模拟水的动态更替，获得不同老化时间后的冻胶强度，评价冻胶高温高压下天然气耐受性。
96.实施例1：
97.在98.2g模拟海水中边搅拌边依次加入聚丙烯酰胺0.8g、乌洛托品0.3g、间苯二酚0.3g、稳定剂0.4g，持续搅拌至均匀便得到调剖体系成胶溶液。其组成按质量分数计为0.8％的聚丙烯酰胺，0.3％的乌洛托品，0.3％的间苯二酚，0.4％的高温稳定剂和98.2％的模拟海水。在120℃下高温24h成胶后按步骤s1～s8开展评价，评价装置内通入天然气，实验温度为120℃，压力为20mpa，每隔15d测定冻胶性能，并计算冻胶强度保留率为老化不同时间后弹性模量/成胶24h后弹性模量。
98.实施例2：
99.在98.2g模拟海水中边搅拌边依次加入聚丙烯酰胺0.8g、乌洛托品0.3g、间苯二酚0.3g、稳定剂0.4g，持续搅拌至均匀便得到调剖体系成胶溶液。其组成按质量分数计为0.8％的聚丙烯酰胺，0.3％的乌洛托品，0.3％的间苯二酚，0.4％的高温稳定剂和98.2％的模拟海水。在120℃下高温24h成胶后按步骤s1～s8开展评价，但是评价装置内通入模拟水，实验温度为120℃，压力为20mpa，每隔15d测定冻胶性能，并计算冻胶强度保留率为老化不同时间后弹性模量/成胶24h后弹性模量。
100.实施例1、2评价结果如图3所示。
101.本技术方案提供了一种高温高压环境下冻胶天然气耐受性的评价装置与方法，对注天然气开发中用于气窜治理的冻胶体系设计有一定指导意义；该评价装置可以模拟部分注气开发地层高温高压和富天然气环境，可以评价冻胶高温高环境下天然气耐受性；为注天然气开发中用于气窜治理的冻胶体系设计；通过不断更换装置内天然气实现气体的动态更替，更贴合注天然气开发地层实际工况。
102.本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内
的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
103.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。