酸壓施工返排殘酸在線處理工藝探討
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摘要：油、氣井在進行酸化、酸壓增產措施后，返排液體具有一定酸性，并帶有大量酸反應物及雜質。目前采用人工拋撒堿片，使其與殘酸發生中和反應的處理方法過于簡單、粗放。在現場常出現大量燒堿粉末堆積在廢液池周邊而局部殘酸未能被中和的現象，使得殘酸處理效果不佳并造成大量的物料浪費。為解決上訴問題，我們提出一套殘酸在線處理工藝。根據實時監測到的返排液酸濃度和pH度，定量的注入液堿，達到充分酸堿中和的目的。
關鍵詞：酸壓返排;殘酸濃度;pH度;在線監測;流量控制
1技術現狀
目前國內油田酸壓后殘酸的處理在實際操作中，存在兩個問題：一是酸堿中和方式過于簡單、粗放。二是堿的用量難以準確計算。殘酸在返排過程中，酸度逐漸降低，實時酸度無法監測，平均酸度計算不準確，導致燒堿用量無法較準確給出。
2 解決方案
2.1 殘酸濃度、pH值在線監測系統
由于殘酸返排時酸液濃度波動大，初期酸液濃度達到5%以上，隨著反應時間的延長，后期殘酸pH值只有4-5，因此在線監測酸度儀的配置要兼顧較寬范圍的酸度，必須配備測量量程不同的酸度計和pH計。
酸度、pH度在線監測系統由酸濃度傳感器、pH傳感器、酸濃度計、pH計、截止閥、減壓閥、散熱器及傳感器電纜組成。具體方案為：在放噴管線的出口處開一小口取樣，在經過兩級減壓閥將壓力降至0.6MPa之內，經過一級散熱器將溫度降至常溫之后，返排液流經酸濃度傳感器和pH傳感器，將酸度數值顯示于酸度計儀表上，將pH值顯示于pH計儀表上，并將兩個信號以4-20VAC的信號輸出。
2.2加堿裝置
當返排液以一定速度流入管線中，經過節流位置后，流道變窄、流速變快，在節流位置之后與管壁的相鄰區域形成負壓區。立式液罐中的堿液在負壓吸力和自身重力的作用下，經電磁流量控制閥流入放噴管中。電磁流量控制閥的開度由酸濃度傳感器與pH傳感器輸出的交流電信號決定。
在氣井完成大規模酸壓改造開始返排的初期，殘酸濃度最高可達5%（質量濃度），殘酸最大排量接近50m3/h。隨時間推移，返排殘酸的酸濃度和排量逐漸下降。為了使設計裝置滿足返排全階段的工作要求。將最大殘酸濃度和最大返排排量作為邊際條件，對加減裝置的相關參數進行設計。
根據HCl與NaOH反應式可計算5%濃度的HCl與不同濃度的NaOH溶液中和至中性的量。當返排液體連續流出時，液堿在節流位置產生穩定的負壓吸力，吸力的大小與負壓的大小和連通部分的橫截面積有關。液堿受自身重力和負壓吸力的雙重作用下流入放噴管線。
計算得出，10%、20%、30%、40%四種濃度的NaOH溶液，中和排量為50m3/h的殘酸，所需的流速分別為7.08m/s、3.34m/s、2.1m/s、1.4m/s。此流速小于裝置所能提供的最小速度（v'0=√2gh=10m/s）。所以液堿在返排的全過程中能足量的流入放噴管線中，保證充分的酸堿中和。
3 適應性分析
3.1 現場返排情況
為了較為準確的計算液堿用量，對箭竹1井長一段酸壓施工的返排過程進行了跟蹤。箭竹1井長一段酸壓液體配方為18%HCL+膠凝劑的酸液體系，入井總酸量511.5m3。
酸壓施工結束后關井反應半小時，針閥控制油管敞放，油壓18.8-0.2MPa，出液約20分鐘后返排液開始見酸，通過取樣化驗得，返排液量、殘酸濃度隨時間變化曲線圖，在殘酸排出的最初1小時中，酸濃度由5%降到了2%，兩小時后酸濃度則穩定在1%附近。
在自噴排液階段累計排液180m3，6小時內油壓從18MPa迅速下降到0.2MPa，在返排的前兩個小時內，出口排量約為54m3/h，之后兩個小時出口排量約為25m3/h。后兩個小時排量明顯下降，兩個小時排液22m3。自噴排液階段結束后建立氣舉排液流程，每次氣舉時間約為1.5小時，液量7～9m3。
3.2 數據分析
根據箭竹1井酸液返排情況來看，在排液的初期，特別是自噴排量階段的前期排量、酸度均處于整個返排階段的最大值階段。此時用于中和的堿液用量也達到最大，約為5.9m3/h。由上文加堿裝置中計算結果來看，加堿裝置的供液能力為45m3/h，遠大于需要的液堿用量。
通過對不同時間殘酸濃度及累計排液量的連續監測得知，對510m3殘酸進行中和，僅需要5t堿片或40%液堿13噸。按液堿密度1.43g/cm3計算，僅需9m3濃度為40%的液堿，即可滿足整個返排階段的酸堿中和的需要。
4 結論及建議
1殘酸在線處理工藝能將液堿適時、定量的加入殘酸返排管線中，實現充分的酸堿中和，為廢液回注提供保障;2本工藝僅靠負壓吸力和液體自身重力作為液堿添加的動力，不需要外加動力，不僅節省空間、減少能耗還拓寬了該裝置的使用范圍;3酸度、pH度在線監測系統的實時監測和電磁流量控制閥的精確控制，可做到液堿用量的精確控制，避免了物料浪費。
參考文獻：
[1]楊文波.流體流過油嘴的流量方程推導[J].內蒙古石油化工，2010（24）：206-207.
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