一种结垢模拟装置及方法与流程

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种结垢模拟装置及方法。

背景技术：

在石油的开采生产过程中，由于离子配伍性和化学热力学不稳定等原因，油田采出水会出现结垢的问题。油田结垢会给生产系统带来重大的安全隐患，例如，管线结垢会引起输送能力下降、动力损耗增加等。

使用阻垢剂防止结垢，是目前油田生产过程中降低结垢风险最有效的方法之一。然而阻垢剂与水的组成有着非常强的针对性，任何阻垢剂的使用，都必须经过科学、准确的预先模拟实验，确保阻垢效果最大化，如果阻垢剂使用不当，会给生产系统带来不可逆转的损害。

因此，需要首先对油田的结垢情况进行模拟，再对阻垢剂的使用效果进行实验。目前的结垢模拟方案，都无法准确地模拟出结垢的实际情况，导致无法准确地实验出阻垢剂的阻垢效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结垢模拟装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种结垢模拟装置，包括：两个以上的气液混合器，管道混合器和恒温模拟箱，其中：

各所述气液混合器分别用于获取初始液体和初始气体，并进行混合，得到实验液体；

所述管道混合器用于获取全部所述实验液体，并进行混合后输送给所述恒温模拟箱；

所述恒温模拟箱内设置有压力控制装置和多个结垢模拟管，所述压力控制装置用于分别控制各所述结垢模拟管内的压力，使混合后的所述实验液体在所述压力的作用下在各所述结垢模拟管内结垢。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种结垢模拟装置，通过对初始液体和初始气体进行混合，能够更加准确地模拟出气体对于结垢的影响，并通过对多个结垢模拟管内的压力进行控制，能够实现模拟实验液体在不同压力区间的结垢趋势，并且能够准确模拟产出液中含有不同气体时，实验液体在结垢模拟管内结垢趋势、结垢量、结垢位置等，从而为阻垢剂的选择、防垢处理工艺提供精准的实验数据，确保阻垢剂的阻垢效果得以充分发挥，防止阻垢不充分导致损坏生产系统的情况发生。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，还包括：密封的结垢液收集罐和成分分析仪，所述结垢液收集罐用于收集混合后的所述实验液体在各所述结垢模拟管内结垢后剩余的结垢液，所述成分分析仪用于对所述结垢液的成分进行分析。

进一步地，在所述结垢液收集罐的进液口处，还设置有过滤器，所述过滤器用于过滤所述结垢液内产生的固体结垢。

进一步地，还包括与所述结垢液收集罐连通的惰性气体储罐，所述惰性气体储罐用于调节各所述结垢模拟管内的压力。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过惰性气体储罐，可以向结垢模拟装置中输送惰性气体，以实现维持系统内的压力，并能够保持模拟伴生气的分压。

进一步地，所述恒温模拟箱内还包括多个传输管，所述压力控制装置包括：多个压力调节阀，全部所述结垢模拟管通过所述传输管依次连通，各所述结垢模拟管还分别通过所述传输管与所述结垢液收集罐连通，各所述压力调节阀分别设置在各所述传输管上，用于控制各所述结垢模拟管内的压力。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个压力调节阀分别独立地控制结垢模拟管的压力，并根据压力调节阀的开关可以控制需要使用的结垢模拟管的数量，可以便于实验液体在多个级别的结垢模拟管内进行结垢，并且在多个结垢模拟管内，可以分别独立地模拟不同压力条件下的结垢情况，可以提高结垢模拟的效率。

进一步地，还包括：两个以上的液体储罐，各所述液体储罐分别与各所述气液混合器连通，各所述液体储罐分别用于存储不同类型的液体，作为所述初始液体。

进一步地，在互相连通的各所述液体储罐与各所述气液混合器之间还设置有计量泵，所述计量泵用于根据预设比例控制所述初始液体的进量。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过计量泵，可以将各述液体储罐内的初始液体按预设比例准确地输送到气液混合器内。

进一步地，还包括：气体混合器，用于根据预设分压值获取两种以上的气体，并将各所述气体进行混合，作为所述初始气体。

进一步地，在各所述气液混合器与所述管道混合器之间，还设置有加热器，所述加热器用于将全部所述实验液体加热至预设温度。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种结垢模拟方法，包括：

分别获取两种以上的初始液体，并将各所述初始液体分别与初始气体进行混合，对应地得到两种以上的实验液体；

将各所述实验液体进行混合，并输送到多个结垢模拟管内；

分别控制各所述结垢模拟管内的压力，使混合后的所述实验液体在所述压力的作用下在各所述结垢模拟管内结垢。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种结垢模拟方法，通过对初始液体和初始气体进行混合，能够更加准确地模拟出气体对于结垢的影响，并通过对多个结垢模拟管内的压力进行控制，能够实现模拟实验液体在不同压力区间的结垢趋势，并且能够准确模拟产出液中含有不同气体时，实验液体在结垢模拟管内结垢趋势、结垢量、结垢位置等，从而为阻垢剂的选择、防垢处理工艺提供精准的实验数据，确保阻垢剂的阻垢效果得以充分发挥，防止阻垢不充分导致损坏生产系统的情况发生。

进一步地，还包括：

收集混合后的所述实验液体在各所述结垢模拟管内结垢后剩余的结垢液；

对所述结垢液的成分进行分析。

进一步地，所述收集混合后的所述实验液体在各所述结垢模拟管内结垢后剩余的结垢液之前，还包括：

过滤所述结垢液内产生的固体结垢。

进一步地，还包括：

调节各所述结垢模拟管内的压力。

进一步地，还包括：

分别控制各所述结垢模拟管内的压力。

进一步地，所述分别获取两种以上的初始液体之前，还包括：

根据预设比例控制所述初始液体的进量。

进一步地，所述分别获取两种以上的初始液体之前，还包括：

根据预设分压值获取两种以上的气体，并将各所述气体进行混合，作为所述初始气体。

进一步地，所述将各所述实验液体进行混合之前，还包括：

将全部所述实验液体加热至预设温度。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明结垢模拟装置的一个实施例的结构框架图；

图2为本发明结垢模拟装置的另一实施例的结构示意图；

图3为本发明结垢模拟方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明结垢模拟装置的一个实施例的结构框架图，在本实施例中，结构模拟装置可以包括两个以上的气液混合器1，管道混合器2和恒温模拟箱3，其中：

各气液混合器1分别用于获取初始液体和初始气体，并进行混合，得到实验液体。

需要说明的是，气液混合器1的数量可以根据实际情况设置。例如，当模拟结垢过程需要用到2种初始液体时，那么气液混合器1可以设置为2个，分别用于将这2种初始液体分别在2个气液混合器1中与初始气体进行混合。又例如，当模拟结垢过程需要用到3种初始液体时，那么气液混合器1可以设置为3个，分别用于将这3种初始液体分别在3个气液混合器1中与初始气体进行混合。

优选地，气液混合器1的数量也可以为1个，当只有1种初始液体在和初始气体进行混合后，输送到结垢模拟管中进行结垢模拟，那么气液混合器1的数量可以相应地设置为1个。

优选地，如果初始液体和初始气体易于混合，那么气液混合器1是可以取消的，如果取消，那么可以将初始气体直接加在将初始液体输送到管道混合器2的传输管中即可。

其中，初始液体和初始气体指的是混合后可以用于模拟油田或其他生产系统中的生成工况水、油田采出水、工业废水、生活废水等，将初始液体和初始气体进行混合，是为了得到组成成分和比例与这些需要模拟的液体相同的实验液体。

例如，对于油田采出水来说，结构物质主要为碳酸钙、硫酸钙等，那么在对于初始液体来说，可以按sy/t5673-1993《油田用防垢剂性能评定方法》规定分别配制a液和b液，a液和b液在混合后，经过在结垢模拟管中结垢，可以用于评价加阻垢剂前后硫酸钙结垢情况。

又例如，还可以分别配制d液、e液，d液和e液在混合后，经过在结垢模拟管中结垢，可以用于评价加阻垢剂前后碳酸钙结垢情况。

按照标准中的规定：

a液组成为：cnacl＝7.50g/l，ccacl2·2h2o＝11.10g/l；

b液组成为：cnacl＝7.50g/l，cna2so4＝10.66g/l；

d液组成为：cnacl＝33.00g/l，ccacl2·2h2o＝12.15g/l，cmgcl2·6h2o＝3.68g/l；

e液组成为：cnacl＝33.00g/l，cnahco3＝7.36g/l，cna2so4＝0.03g/l。

a、b液分别含有钙离子和硫酸根离子，两液混合后会产生硫酸钙沉淀，能够模拟生产系统中硫酸钙的结垢情况；d、e液分别含有钙离子镁离子和碳酸氢根离子，混合后并在规定温度下恒温后产生碳酸钙沉淀，能够模拟生产系统中碳酸钙的结垢情况。

又例如，还可以根据需要评价的特定油田采出水，对采出水的组成进行分析，然后通过计算，将水中结垢阳离子与结垢阴离子分别配制成2种初始液体。

管道混合器2用于获取全部实验液体，并进行混合后输送给恒温模拟箱3。

需要说明的是，实验液体的种类是根据实际需求设置的，在从气液混合器1获取到了各种实验液体后，在管道混合器2内进行充分的混合。

另外，恒温模拟箱3的的温度是恒定可控的，能够模拟生产系统的实际温度，为结垢模拟提供更为精确的环境温度。

恒温模拟箱3内设置有压力控制装置和多个结垢模拟管，压力控制装置用于分别控制各结垢模拟管内的压力，使混合后的实验液体在压力的作用下在各结垢模拟管内结垢。

需要说明的是，压力控制装置可以精确独立地控制每一个结垢模拟管内的压力，可以便于结垢模拟管模拟不同的压力条件下的结垢情况。

优选地，各结垢模拟管可以是依次连通的，第一个结垢模拟管可以与管道混合器2连接，最后一个结垢模拟管可以与用于收集结垢后液体的结垢液收集罐连接。这样做的好处是可以模拟出生产系统中各结垢模拟管的实际情况。

优选地，各结垢模拟管也可以彼此不连通，各个结垢模拟管可以分别与管道混合器2连接，并可以分别与用于收集结垢后液体的结垢液收集罐连接。这样做的好处是便于独立地模拟结垢模拟管中的结构情况。

优选地，为便于模拟多种情况，结垢模拟管可以与水平面平行，也可以与水平面垂直或呈一定的角度，例如，可以呈0°～90°，便于模拟多种情况下结垢模拟管的结垢情况。

本实施例提供的一种结垢模拟装置，通过对初始液体和初始气体进行混合，能够更加准确地模拟出气体对于结垢的影响，并通过对多个结垢模拟管内的压力进行控制，能够实现模拟实验液体在不同压力区间的结垢趋势，并且能够准确模拟产出液中含有不同气体时，实验液体在结垢模拟管内结垢趋势、结垢量、结垢位置等，从而为阻垢剂的选择、防垢处理工艺提供精准的实验数据，确保阻垢剂的阻垢效果得以充分发挥，防止阻垢不充分导致损坏生产系统的情况发生。

如图2所示，为本发明结垢模拟装置的另一实施例的结构示意图，在本实施例中，结构模拟装置可以包括2个液体储罐4、2个气液混合器1、1个管道混合器2、1个恒温模拟箱3、1个结垢液收集罐5，1个成分分析仪6，1个气体混合器7，3个气体储罐8，2个计量泵9和2个加热器10，下面对这些结构进行详细说明。

液体储罐4的数量可以根据实际需求设置，各液体储罐4分别与各气液混合器1连通，各液体储罐4分别用于存储不同类型的液体，作为初始液体。

例如，当初始液体只有1种时，那么液体储罐4可以只设置1个；当初始液体有2种时，那么液体储罐4可以设置2个；液体只有3种时，那么液体储罐4可以只设置3个，以此类推。

优选地，结垢模拟装置还可以包括：气体混合器7，气体混合器7可以和气液混合器1连通，用于根据预设分压值获取两种以上的气体，并将各气体进行混合，作为初始气体。

例如，气体混合器7可以连接有多个气体储罐8，这些气体储罐8可以存储需要用于结垢模拟的气体，例如，在油田生产系统的结垢情况模拟中，就可以在气体储罐8中存储二氧化碳储、硫化氢、天然气等，并通过气体混合器7根据预设分压值将这些气体进行混合，作为初始气体。

气液混合器1的数量也可以根据实际需求设置，气液混合器1的数量可以与液体储罐4的数量一致。各气液混合器1分别用于从液体储罐4获取初始液体，并获取初始气体，并进行混合，得到实验液体。

需要说明的是，可以将初始气体分别与液体储罐4输送的初始液体进行混合，也可以只与部分初始液体进行混合，这是根据实际需求设置的。

例如，当初始液体分别为a、b液时，需要在结垢模拟管32中模拟当含有二氧化碳、硫化氢等气体时，对结垢和阻垢剂的影响，那么可以有以下几种情况：

1.可以将a液中混入二氧化碳，将b液中混入硫化氢，以模拟含二氧化碳和硫化氢的油气井在生产及集输过程中，压力、温度等变化对气体溶解平稳的影响，以便准确判断结垢程度和结垢位置。

2.可以将a液中混入二氧化碳和硫化氢的混合气体。

3.可以将a液中混入二氧化碳和硫化氢的混合气体，并将b液中也混入二氧化碳和硫化氢的混合气体。

4.可以将a液或b液中混入二氧化碳，只模拟二氧化碳的影响。

可以看出，液体储罐4和气液混合器1的数量都可以根据实际情况设置。

优选地，在互相连通的各液体储罐4与各气液混合器1之间还设置有计量泵9，计量泵9用于根据预设比例控制初始液体的进量。

通过计量泵9，可以将各述液体储罐4内的初始液体按预设比例准确地输送到气液混合器1内。

得到将初始液体和初始气体混合后的各实验液体后，通过管道混合器2再次将各实验液体进行充分混合，并输送给恒温模拟箱3，在恒温模拟箱3中进行结垢。

优选地，在各气液混合器1与管道混合器2之间，还设置有加热器10，加热器10用于将全部实验液体加热至预设温度。

优选地，恒温模拟箱3内设置有7个压力调节阀31和4个结垢模拟管32，其中，这些压力调节阀31可以统称为压力控制装置，压力控制装置用于分别控制各结垢模拟管32内的压力，使混合后的实验液体在压力的作用下在各结垢模拟管32内结垢。

下面给出一种结垢模拟管32结构的优选实施方式。

优选地，恒温模拟箱3内还包括多个传输管，全部结垢模拟管32通过传输管依次连通，各结垢模拟管32还分别通过传输管与结垢液收集罐5连通，各压力调节阀31分别设置在各传输管上，用于控制各结垢模拟管32内的压力。

也就是说，每个结垢模拟管32除了和下一级结垢模拟管32连通外，还可以直接与结垢液收集罐5连通，这样做的好处是，假设整个结垢模拟装置有10个结垢模拟管32，现在只想用其中的3个结垢模拟管32来进行模拟，那么只要将这3个结垢模拟管32之间的压力调节阀31打开，并将第3个结垢模拟管32与结垢液收集罐5之间的压力调节阀31打开，其余的压力调节阀31都关闭，那么就可以只用这3个结垢模拟管32进行结垢模拟了，具有使用方便的优点，可以根据实际需求设置需要进行结垢模拟的程度和范围，能够便于得到更为精准的结果。

通过多个压力调节阀31分别独立地控制结垢模拟管32的压力，并根据压力调节阀31的开关可以控制需要使用的结垢模拟管32的数量，可以便于实验液体在多个级别的结垢模拟管32内进行结垢，并且在多个结垢模拟管32内，可以分别独立地模拟不同压力条件下的结垢情况，可以提高结垢模拟的效率。

结垢液收集罐5用于收集混合后的实验液体在各结垢模拟管32内结垢后剩余的结垢液，成分分析仪6用于对结垢液的成分进行分析。

下面给出一种对结垢液的成分进行分析的优选实施方式。

优选地，可以根据sy/t5673-1993《油田用防垢剂性能评定方法》规定的方法，进行钙离子滴定，测定钙离子浓度，以对结垢情况进行评价。

优选地，还可以通过称量不同结垢模拟管32中的结垢质量，计算各对应条件的结垢率和阻垢剂的阻垢率，并结合滴定结果，综合评价结垢趋势和防垢效率。

例如，可以通过以下公式计算阻垢率：

φ＝100×(w1-w2)/w1；

其中，φ为阻垢率，w1为未加阻垢剂时的结垢量，w2为加阻垢剂后的结垢量。

具体地，以一个例子进行说明。测试a水和b水混合后的结垢情况以及阻垢剂c的阻垢率。

在结垢模拟管32中进行结垢模拟后，得到以下数据：

结垢管质量(w0)：380.58g；

未阻垢剂c时，a水与b水结垢实验后，结垢管质量(w0′)：382.67g；

加阻垢剂c后，a水与b水结垢实验后，结垢管质量(w0″)：380.96g。

则：w1＝w0′-w0＝382.67g-380.58g＝2.09g；

w2＝w0″-w0＝380.96g-380.58g＝0.38g；

对a水和b水混合时，药剂c有阻垢率：

φ＝100×(w1-w2)/w1＝100×(2.09-0.38)/2.09＝81.8％。

优选地，在结垢液收集罐5的进液口处，还设置有过滤器33，过滤器33用于过滤结垢液内产生的固体结垢。

优选地，还包括与结垢液收集罐5连通的惰性气体储罐11，惰性气体储罐11用于调节各结垢模拟管32内的压力。

通过惰性气体储罐11，可以向结垢模拟装置中输送惰性气体，以实现维持系统内的压力，并能够保持模拟伴生气的分压。

本实施例提供的一种结垢模拟装置，通过对初始液体和初始气体进行混合，能够更加准确地模拟出气体对于结垢的影响，并通过对多个结垢模拟管32内的压力进行控制，能够实现模拟实验液体在不同压力区间的结垢趋势，并且能够准确模拟产出液中含有不同气体时，实验液体在结垢模拟管32内结垢趋势、结垢量、结垢位置等，从而为阻垢剂的选择、防垢处理工艺提供精准的实验数据，确保阻垢剂的阻垢效果得以充分发挥，防止阻垢不充分导致损坏生产系统的情况发生。

在此基础上，通过对实验液体进行加热，能够使实验液体在混合时混合均匀，并且能够更加准确地还原出需要模拟的实际环境，并且，通过对结垢情况进行分析，能够便捷地分析出阻垢剂的阻垢效果，便于选择合适有效的阻垢剂。

如图3所示，为本发明结垢模拟方法的一个实施例的流程示意图，在本实施例中，该结垢模拟方法可以包括以下步骤：

s1，根据预设分压值获取两种以上的气体，并将各气体进行混合，作为初始气体。

s2，根据预设比例控制初始液体的进量。

s3，分别获取两种以上的初始液体，并将各初始液体分别与初始气体进行混合，对应地得到两种以上的实验液体。

s4，将全部实验液体加热至预设温度，并将各实验液体进行混合，输送到多个结垢模拟管内。

s5，分别控制各结垢模拟管内的压力，使混合后的实验液体在压力的作用下在各结垢模拟管内结垢，并实时分别控制调节各结垢模拟管内的压力。

s6，过滤结垢液内产生的固体结垢，收集混合后的实验液体在各结垢模拟管内结垢后剩余的结垢液。

s7，对结垢液的成分进行分析。

本实施例提供的一种结垢模拟方法，通过对初始液体和初始气体进行混合，能够更加准确地模拟出气体对于结垢的影响，并通过对多个结垢模拟管内的压力进行控制，能够实现模拟实验液体在不同压力区间的结垢趋势，并且能够准确模拟产出液中含有不同气体时，实验液体在结垢模拟管内结垢趋势、结垢量、结垢位置等，从而为阻垢剂的选择、防垢处理工艺提供精准的实验数据，确保阻垢剂的阻垢效果得以充分发挥，防止阻垢不充分导致损坏生产系统的情况发生。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。