基于井筒的离子浓度确定方法和装置与流程

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种基于井筒的离子浓度确定方法和装置。

背景技术：

在油田开采过程中，特别是高含水采油期，部分井筒会结垢，井筒结垢会堵塞管道，造成产量下降，井筒结垢已成为困扰油田生产的重要因素之一，其中，碳酸钙垢(caco3)是油田生产中极为常见的水垢。

现有技术中，可以通过检测井筒水中的离子浓度，能够确定出当前是否已经出现结垢现象。

然而，现有技术中，只能实时的去检测井筒是否发生结垢现象，而无法去预测井筒是否会出现结垢现象，也无法预测出导致井筒发生结垢现象的离子的浓度，进而只能在井筒发生结垢现象的时候去清理井筒的结垢，依然会导致井筒的结垢会堵塞管道的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种基于井筒的离子浓度确定方法和装置，能够预测出井筒发生结垢现象的离子的浓度，解决井筒的结垢会堵塞管道的问题。

一方面，本发明提供一种基于井筒的离子浓度确定方法，包括：

重复执行以下所有步骤，直至确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值：

根据预设的所述第一离子的第一浓度值，确定离子强度，其中，所述第一离子为碳酸氢根离子；

根据所述离子强度和预设的饱和指数，确定所述第一离子的第二浓度值，其中，所述饱和指数的值表示所述井筒的结垢状态；

计算所述第一浓度值与所述第二浓度值之间的差值；

若所述差值小于等于预设值，则确定所述第二浓度值为所述井筒中具有结垢时所述第一离子的浓度值；

若所述差值大于预设值，则确定所述第一浓度值和所述第二浓度值的平均值作为新的第一浓度值。

进一步地，当所述井筒中有气相产出时，所述根据所述离子强度和预设的饱和指数，确定所述第一离子的第二浓度值，包括：

获取预设温度和压力条件下，二氧化碳气体在所述气相中的第一含量值并获取在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数

将所述第一含量值所述逸度系数和所述离子强度，代入到饱和指数中，得到所述第二浓度值；其中，所述饱和指数为其中，[ca²⁺]为所述井筒的水中钙离子的浓度值，为所述第二浓度值，p为绝对压力，t为所述井筒的井口温度，u为所述离子强度。

进一步地，当所述井筒中无气相产出时，所述根据所述离子强度和预设的饱和指数，确定所述第一离子的第二浓度值，包括：

获取所述井筒的每日采出液中的二氧化碳气体的第二含量值

将所述第二含量值和所述离子强度，代入到所述饱和指数中，得到所述第二浓度值；其中，所述饱和指数为其中，[ca²⁺]为所述井筒的水中钙离子的浓度值，为所述第二浓度值，p为绝对压力，t为所述井筒的井口温度，u为所述离子强度。

进一步地，所述离子强度为其中，ci为第i种离子的浓度值，zi为第i种离子的价数，其中，c1为所述第一离子的第一浓度值，z1为所述第一离子的价数。

进一步地，在所述确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值之后，还包括：

获取所述井筒中的所述第一离子的实际浓度值；

若所述实际浓度值大于等于所述第二浓度值，则确定对所述井筒进行清垢处理。

另一方面，本发明提供了一种基于井筒的离子浓度确定装置，包括：

第一确定单元，用于根据预设的所述第一离子的第一浓度值，确定离子强度，其中，所述第一离子为碳酸氢根离子；

第二确定单元，用于根据所述离子强度和预设的饱和指数，确定所述第一离子的第二浓度值，其中，所述饱和指数的值表示所述井筒的结垢状态；

计算单元，用于计算所述第一浓度值与所述第二浓度值之间的差值；

第三确定单元，用于若所述差值小于等于预设值，则确定所述第二浓度值为所述井筒中具有结垢时所述第一离子的浓度值；

第四确定单元，用于若所述差值大于预设值，则确定所述第一浓度值和所述第二浓度值的平均值作为新的第一浓度值，并触发所述第一确定单元，直至确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值。

进一步地，当所述井筒中有气相产出时，所述第二确定单元，用于获取预设温度和压力条件下，二氧化碳气体在所述气相中的第一含量值并获取在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数

将所述第一含量值所述逸度系数和所述离子强度，代入到饱和指数中，得到所述第二浓度值；其中，饱和指数为其中，[ca²⁺]为所述井筒的水中钙离子的浓度值，为所述第二浓度值，p为绝对压力，t为所述井筒的井口温度，u为所述离子强度。

进一步地，当所述井筒中无气相产出时，所述第二确定单元，用于获取所述井筒的每日采出液中的二氧化碳气体的第二含量值

将所述第二含量值和所述离子强度，代入到所述饱和指数中，得到所述第二浓度值；其中，所述饱和指数为其中，[ca²⁺]为所述井筒的水中钙离子的浓度值，为所述第二浓度值，p为绝对压力，t为所述井筒的井口温度，u为所述离子强度。

进一步地，所述离子强度为其中，ci为第i种离子的浓度值，zi为第i种离子的价数，其中，c1为所述第一离子的第一浓度值，z1为所述第一离子的价数。

进一步地，所述装置，还包括：

第五确定单元，用于在确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值之后，获取所述井筒中的所述第一离子的实际浓度值；若所述实际浓度值大于等于所述第二浓度值，则确定对所述井筒进行清垢处理。

本发明提供了一种基于井筒的离子浓度确定方法和装置，首先根据预设的第一离子的第一浓度值确定离子强度，其中，第一离子为碳酸氢根离子，之后将确定出的离子强度代入到饱和指数中，饱和指数的值为零时表示井筒处于结垢的临界状态，令饱和指数等于零确定出第一离子的第二浓度值，接下来计算第一浓度值和第二浓度值之间的差值，当差值大于预设值，则需要对第一浓度值进行更新，并重新计算第二浓度值，直至当差值小于等于预设值时，确定该第二浓度值为井筒中具有结垢时的第一离子的浓度值，也即预测出井筒发生结垢现象的离子的浓度，从而能够依据该浓度值对还未结垢的井筒进行预防，进而解决了只能在井筒发生结垢现象的时候去清理井筒的结垢的问题，避免了井筒的结垢会堵塞管道的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明实施例一提供的基于井筒的离子浓度确定方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的有气相产出时基于井筒的离子浓度确定方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的无气相产出时基于井筒的离子浓度确定方法的流程图；

图4为本发明实施例四提供的基于井筒的离子浓度确定装置的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的基于井筒的离子浓度确定装置的结构示意图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

图1为本发明实施例一提供的基于井筒的离子浓度确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

重复执行以下所有步骤，直至确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值：

步骤101：根据预设的所述第一离子的第一浓度值，确定离子强度，其中，所述第一离子为碳酸氢根离子。

在本实施例中，起初预设一个碳酸氢根离子的第一浓度值为0.01毫摩尔每升(mmol/l)，然后根据0.01mmol/l来确定离子强度，若后续对0.01mmol/l进行了更新，例如，将其更新为0.12mmol/l，则接下来再根据0.12mmol/l重新确定新的离子强度，并执行后续操作。

步骤102：根据所述离子强度和预设的饱和指数，确定所述第一离子的第二浓度值，其中，所述饱和指数的值表示所述井筒的结垢状态。

在本实施例中，井筒中有气相产出和无气相产出分别对应着不同的饱和指数，其中，无论是针对哪一个饱和指数，当饱和指数大于0时，表示井筒具有结垢，当饱和指数等于0时，表示井筒处于临界状态，当饱和指数小于0时，表示井筒无结垢。将上述步骤101中计算出的离子强度代入到饱和指数中，并令饱和指数等于0，饱和指数中只存在碳酸氢根离子的浓度为未知量，从而确定出碳酸氢根离子的第二浓度值。

步骤103：计算所述第一浓度值与所述第二浓度值之间的差值，若所述差值小于等于预设值，则执行步骤104，若所述差值大于预设值，则执行步骤105。

在本实施例中，预设值可根据实际需求进行设定，例如，预设值为0.01mmol/l，如果本次上述步骤101中使用的碳酸氢根离子的第一浓度值和上述步骤102中确定出的碳酸氢根离子的第二浓度值之间的差值小于等于0.01mmol/l，则执行步骤104，并不再重新执行所有步骤，若差值大于0.01mmol/l，则需执行步骤105，对上述步骤101中的第一浓度值进行更新。

步骤104：确定所述第二浓度值为所述井筒中具有结垢时所述第一离子的浓度值。

步骤105：确定所述第一浓度值和所述第二浓度值的平均值作为新的第一浓度值。

本发明实施例提供了一种基于井筒的离子浓度确定方法，首先根据预设的第一离子的第一浓度值确定离子强度，其中，第一离子为碳酸氢根离子，之后将确定出的离子强度代入到饱和指数中，饱和指数的值为零时表示井筒处于结垢的临界状态，令饱和指数等于零确定出第一离子的第二浓度值，接下来计算第一浓度值和第二浓度值之间的差值，当差值大于预设值，则需要对第一浓度值进行更新，并重新计算第二浓度值，直至当差值小于等于预设值时，确定该第二浓度值为井筒中具有结垢时的第一离子的浓度值，也即预测出井筒发生结垢现象的离子的浓度，从而能够依据该浓度值对还未结垢的井筒进行预防，进而解决了只能在井筒发生结垢现象的时候去清理井筒的结垢的问题，避免了井筒的结垢会堵塞管道的问题。

图2为本发明实施例二提供的有气相产出时基于井筒的离子浓度确定方法的流程图，如图2所示，该方法可以包括：

步骤201：根据预设的第一离子的第一浓度值，确定离子强度，其中，第一离子为碳酸氢根离子。

在本实施例中，首先记录井筒的井口温度和压力数值，可通过相关软件还原井筒内温度压力条件；其次记录每日采出气量(需换为标准温度和压力条件下，单位为m³)、每日采出油量(单位为m³)和每日采出气量(单位为m³)；以实施二氧化碳气驱为例，接下来在实施二氧化碳气驱的油气井井口(如果是针对二氧化碳段赛驱，则是二氧化碳段赛驱的油气井井口)取水样，一般为油气水分离器水样；然后检测所取的水样的氢离子浓度指数(hydrogenionconcentration，简称ph)、各离子种类和浓度值；之后依靠oddo-tomson饱和指数理论检测是否存在caco3结垢，若存在，则可采用物理方法防垢或者筛选具有针对性的清防垢药剂进行清防垢，若不存在，则根据预设的碳酸氢根离子的第一浓度值确定离子强度，例如第一浓度值为0.01mmol/l，其中，离子强度为其中，ci为第i种离子的浓度值，zi为第i种离子的价数，其中，c1为第一离子的第一浓度值，z1为第一离子的价数，也即，将0.01mmol/l、已经检测到的其它离子的浓度值和各离子的价数代入到u中，从而确定出离子强度。

值得说明的是，当使用到修正系数时，可通过查询不同温度时离子强度u与修正系数k的关系图可得修正系数k。

步骤202：获取预设温度和压力条件下，二氧化碳气体在气相中的第一含量值，并获取在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数。

在本实施例中，在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数可通过公式(1)计算得出，其中，公式(1)为：

其中，p为绝对压力，t为井筒的井口温度。

预设温度和压力条件下，二氧化碳气体在气相中的第一含量值可用百分数表示；可通过公式(2)计算得出，其中，公式(2)为：

其中，为地面条件下，二氧化碳气体在油、气、水混合体系中的第三含量值；p为绝对压力，单位为兆帕(mpa)；t为井筒的井口温度，单位为摄氏度(℃)；为在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数；qg为在标准温度和压力条件下，从井筒中每日采出的气体总量，单位为m³；qw为从井筒中每日采出的水量，单位为m³；qo为从井筒中每日采出的油量，单位为m³。

步骤203：将第一含量值、逸度系数和离子强度，代入到饱和指数中，得到第二浓度值。

在本实施例中，当井筒有气相产出时，饱和指数为其中，[ca²⁺]为井筒的水中钙离子的浓度值，单位为摩尔每升(mol/l)，为第二浓度值，p为绝对压力，t为井筒的井口温度，u为离子强度；为地面条件下，二氧化碳气体在油、气、水混合体系中的第三含量值，用百分数表示；为在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数。

将上述步骤中的第一含量值逸度系数和离子强度代入到饱和指数中，并令饱和指数等于0，求得唯一的未知数也即碳酸氢根离子的第二浓度值。

具体的，可通过matlab程序语言计算得用matlab中的solve函数求解

{＞＞symsx；％定义一个变量x，为

＞＞x＝solve(‘’，‘x’)；％定义一个1×1的数组，存放x

＞＞x}

上述matlab程序中x即为将已知参数代入，直接可得也即碳酸氢根离子的第二浓度值。

步骤204：计算第一浓度值与第二浓度值之间的差值，若差值小于等于预设值，则执行步骤205，若差值大于预设值，则执行步骤206。

在本实施例中，将步骤201中的碳酸氢根离子的第一浓度值和上述步骤203中确定出的碳酸氢根离子的第二浓度值进行差值计算，其中，该差值可以是两者之间相减的绝对值，如果小于等于预设值，如预设值为0.01mmol/l。

步骤205：确定第二浓度值为井筒中具有结垢时第一离子的浓度值，并执行步骤207。

步骤206：确定第一浓度值和第二浓度值的平均值作为新的第一浓度值，并执行步骤201。

当确定出的第二浓度值不是井筒具有结垢时的浓度值时，重新对上述步骤201中的第一浓度值进行更新，并重新返回执行步骤201至步骤204，直至确定出井筒具有结垢时的浓度值。

步骤207：获取井筒中的第一离子的实际浓度值。

步骤208：若实际浓度值大于等于第二浓度值，则确定对井筒进行清垢处理。

本发明实施例通过将井筒的井口水样的实际浓度值与所确定的第二浓度值进行对比，若实际浓度值大于等于第二浓度值，进行实验验证并采取相应的清防垢措施，为含成垢离子，即碳酸氢根离子的未结垢井筒内碳酸钙垢的预防和治理提供理论依据，可以预测二氧化碳气驱、二氧化碳段塞驱、二氧化碳泡沫驱以及地层含二氧化碳的油气井井筒结垢趋势，除此之外，用户只需检测井筒中碳酸氢根离子的实际浓度值，然后跟本发明实施例确定出的第二浓度值进行对比，无需每一次检测很多项信息，从而也为用户带来极大便利，减少了用户的工作量。

图3为本发明实施例三提供的无气相产出时基于井筒的离子浓度确定方法的流程图，如图3所示，该方法可以包括：

步骤301：根据预设的第一离子的第一浓度值，确定离子强度，其中，第一离子为碳酸氢根离子。

在本实施例中，在执行该步骤时，可参考实施例二中的步骤201处的解释，此处不再赘述。

步骤302：获取井筒的每日采出液中的二氧化碳气体的第二含量值。

在本实施例中，井筒的每日采出液中的二氧化碳气体的第二含量值可通过公式(3)计算得出，其中，公式(3)为：

其中，为在标准温度和压力条件下，从井筒中每日采出的二氧化碳气体的第四含量值；qw为从井筒中每日采出的水量；qo为从井筒中每日采出的油量。

其中，第四含量值可通过公式(4)计算得出，其中，公式(4)为：

其中，为地面条件下，二氧化碳气体在油、气、水混合体系中的第五含量值；qg为在标准温度和压力条件下，从井筒中每日采出的气体总量。

步骤303：将第二含量值和离子强度，代入到饱和指数中，得到第二浓度值。

在本实施例中，当井筒无气相产出时，饱和指数为其中，[ca²⁺]为井筒的水中钙离子的浓度值，为第二浓度值，p为绝对压力，t为井筒的井口温度，u为离子强度。

将上述步骤中的第二含量值和离子强度，代入到该饱和指数中，并令饱和指数等于0，求得唯一的未知数也即碳酸氢根离子的第二浓度值。

具体的，通过matlab程序语言计算得用matlab中的solve函数求解

{＞＞symsx；％定义一个变量x，为

＞＞x＝solve(‘’，‘x’)；％定义一个1×1的数组，存放x

＞＞x}

上述matlab程序中x即为浓度，将已知参数带入，直接可得也即碳酸氢根离子的第二浓度值。

步骤304：计算第一浓度值与第二浓度值之间的差值，若差值小于等于预设值，则执行步骤305，若差值大于预设值，则执行步骤306。

步骤305：确定第二浓度值为井筒中具有结垢时第一离子的浓度值，并执行步骤307。

步骤306：确定第一浓度值和第二浓度值的平均值作为新的第一浓度值，并执行步骤301。

步骤307：获取井筒中的第一离子的实际浓度值。

步骤308：若实际浓度值大于等于第二浓度值，则确定对井筒进行清垢处理。

本发明实施例通过将井筒的井口水样的实际浓度值与所确定的第二浓度值进行对比，若实际浓度值大于等于第二浓度值，进行实验验证并采取相应的清防垢措施，为含成垢离子，即碳酸氢根离子的未结垢井筒内碳酸钙垢的预防和治理提供理论依据，可以预测二氧化碳气驱、二氧化碳段塞驱、二氧化碳泡沫驱以及地层含二氧化碳的油气井井筒结垢趋势，除此之外，用户只需检测井筒中碳酸氢根离子的实际浓度值，然后跟本发明实施例确定出的第二浓度值进行对比，无需每一次检测很多项信息，从而也为用户带来极大便利，减少了用户的工作量。

图4为本发明实施例四提供的基于井筒的离子浓度确定装置的结构示意图，包括：

第一确定单元401，用于根据预设的所述第一离子的第一浓度值，确定离子强度，其中，所述第一离子为碳酸氢根离子；

第二确定单元402，用于根据所述离子强度和预设的饱和指数，确定所述第一离子的第二浓度值，其中，所述饱和指数的值表示所述井筒的结垢状态；

计算单元403，用于计算所述第一浓度值与所述第二浓度值之间的差值；

第三确定单元404，用于若所述差值小于等于预设值，则确定所述第二浓度值为所述井筒中具有结垢时所述第一离子的浓度值；

第四确定单元405，用于若所述差值大于预设值，则确定所述第一浓度值和所述第二浓度值的平均值作为新的第一浓度值，并触发所述第一确定单元，直至确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值。

在本实施例中，本实施例的基于井筒的离子浓度确定装置可执行本发明实施例一提供的基于井筒的离子浓度确定方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。

本发明实施例首先根据预设的第一离子的第一浓度值确定离子强度，其中，第一离子为碳酸氢根离子，之后将确定出的离子强度代入到饱和指数中，饱和指数的值为零时表示井筒处于结垢的临界状态，令饱和指数等于零确定出第一离子的第二浓度值，接下来计算第一浓度值和第二浓度值之间的差值，当差值大于预设值，则需要对第一浓度值进行更新，并重新计算第二浓度值，直至当差值小于等于预设值时，确定该第二浓度值为井筒中具有结垢时的第一离子的浓度值，也即预测出井筒发生结垢现象的离子的浓度，从而能够依据该浓度值对还未结垢的井筒进行预防，进而解决了只能在井筒发生结垢现象的时候去清理井筒的结垢的问题，避免了井筒的结垢会堵塞管道的问题。

图5为本发明实施例四提供的基于井筒的离子浓度确定装置的结构示意图，在实施例三的基础上，如图5所示，

当所述井筒中有气相产出时，所述第二确定单元402，用于获取预设温度和压力条件下，二氧化碳气体在所述气相中的第一含量值并获取在甲烷气体和二氧化碳气体的混合气体中二氧化碳气体的逸度系数

将所述第一含量值所述逸度系数和所述离子强度，代入到饱和指数中，得到所述第二浓度值；其中，所述饱和指数为其中，[ca²⁺]为所述井筒的水中钙离子的浓度值，为所述第二浓度值，p为绝对压力，t为所述井筒的井口温度，u为所述离子强度。

当所述井筒中无气相产出时，所述第二确定单元402，用于获取所述井筒的每日采出液中的二氧化碳气体的第二含量值

将所述第二含量值和所述离子强度，代入到所述饱和指数中，得到所述第二浓度值；其中，所述饱和指数为其中，[ca²⁺]为所述井筒的水中钙离子的浓度值，为所述第二浓度值，p为绝对压力，t为所述井筒的井口温度，u为所述离子强度。

进一步地，所述离子强度为其中，ci为第i种离子的浓度值，zi为第i种离子的价数，其中，c1为所述第一离子的第一浓度值，z1为所述第一离子的价数。

所述装置，还包括：

第五确定单元501，用于在确定出井筒中具有结垢时第一离子的浓度值之后，获取所述井筒中的所述第一离子的实际浓度值；若所述实际浓度值大于等于所述第二浓度值，则确定对所述井筒进行清垢处理。

在本实施例中，本实施例的基于井筒的离子浓度确定装置可执行本发明实施例二和本发明实施例三提供的基于井筒的离子浓度确定方法其实现原理相类似，此处不再赘述。

本发明实施例通过将井筒的井口水样的实际浓度值与所确定的第二浓度值进行对比，若实际浓度值大于等于第二浓度值，进行实验验证并采取相应的清防垢措施，为含成垢离子，即碳酸氢根离子的未结垢井筒内碳酸钙垢的预防和治理提供理论依据，可以预测二氧化碳气驱、二氧化碳段塞驱、二氧化碳泡沫驱以及地层含二氧化碳的油气井井筒结垢趋势，除此之外，用户只需检测井筒中碳酸氢根离子的实际浓度值，然后跟本发明实施例确定出的第二浓度值进行对比，无需每一次检测很多项信息，从而也为用户带来极大便利，减少了用户的工作量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。