酸压施工返排残酸在线处理工艺探讨
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摘要：油、气井在进行酸化、酸压增产措施后，返排液体具有一定酸性，并带有大量酸反应物及杂质。目前采用人工抛撒碱片，使其与残酸发生中和反应的处理方法过于简单、粗放。在现场常出现大量烧碱粉末堆积在废液池周边而局部残酸未能被中和的现象，使得残酸处理效果不佳并造成大量的物料浪费。为解决上诉问题，我们提出一套残酸在线处理工艺。根据实时监测到的返排液酸浓度和pH度，定量的注入液碱，达到充分酸碱中和的目的。
关键词：酸压返排;残酸浓度;pH度;在线监测;流量控制
1技术现状
目前国内油田酸压后残酸的处理在实际操作中，存在两个问题：一是酸碱中和方式过于简单、粗放。二是碱的用量难以准确计算。残酸在返排过程中，酸度逐渐降低，实时酸度无法监测，平均酸度计算不准确，导致烧碱用量无法较准确给出。
2 解决方案
2.1 残酸浓度、pH值在线监测系统
由于残酸返排时酸液浓度波动大，初期酸液浓度达到5%以上，随着反应时间的延长，后期残酸pH值只有4-5，因此在线监测酸度仪的配置要兼顾较宽范围的酸度，必须配备测量量程不同的酸度计和pH计。
酸度、pH度在线监测系统由酸浓度传感器、pH传感器、酸浓度计、pH计、截止阀、减压阀、散热器及传感器电缆組成。具体方案为：在放喷管线的出口处开一小口取样，在经过两级减压阀将压力降至0.6MPa之内，经过一级散热器将温度降至常温之后，返排液流经酸浓度传感器和pH传感器，将酸度数值显示于酸度计仪表上，将pH值显示于pH计仪表上，并将两个信号以4-20VAC的信号输出。
2.2加碱装置
当返排液以一定速度流入管线中，经过节流位置后，流道变窄、流速变快，在节流位置之后与管壁的相邻区域形成负压区。立式液罐中的碱液在负压吸力和自身重力的作用下，经电磁流量控制阀流入放喷管中。电磁流量控制阀的开度由酸浓度传感器与pH传感器输出的交流电信号决定。
在气井完成大规模酸压改造开始返排的初期，残酸浓度最高可达5%（质量浓度），残酸最大排量接近50m3/h。随时间推移，返排残酸的酸浓度和排量逐渐下降。为了使设计装置满足返排全阶段的工作要求。将最大残酸浓度和最大返排排量作为边际条件，对加减装置的相关参数进行设计。
根据HCl与NaOH反应式可计算5%浓度的HCl与不同浓度的NaOH溶液中和至中性的量。当返排液体连续流出时，液碱在节流位置产生稳定的负压吸力，吸力的大小与负压的大小和连通部分的横截面积有关。液碱受自身重力和负压吸力的双重作用下流入放喷管线。
计算得出，10%、20%、30%、40%四种浓度的NaOH溶液，中和排量为50m3/h的残酸，所需的流速分别为7.08m/s、3.34m/s、2.1m/s、1.4m/s。此流速小于装置所能提供的最小速度（v'0=√2gh=10m/s）。所以液碱在返排的全过程中能足量的流入放喷管线中，保证充分的酸碱中和。
3 适应性分析
3.1 现场返排情况
为了较为准确的计算液碱用量，对箭竹1井长一段酸压施工的返排过程进行了跟踪。箭竹1井长一段酸压液体配方为18%HCL+胶凝剂的酸液体系，入井总酸量511.5m3。
酸压施工结束后关井反应半小时，针阀控制油管敞放，油压18.8-0.2MPa，出液约20分钟后返排液开始见酸，通过取样化验得，返排液量、残酸浓度随时间变化曲线图，在残酸排出的最初1小时中，酸浓度由5%降到了2%，两小时后酸浓度则稳定在1%附近。
在自喷排液阶段累计排液180m3，6小时内油压从18MPa迅速下降到0.2MPa，在返排的前两个小时内，出口排量约为54m3/h，之后两个小时出口排量约为25m3/h。后两个小时排量明显下降，两个小时排液22m3。自喷排液阶段结束后建立气举排液流程，每次气举时间约为1.5小时，液量7～9m3。
3.2 数据分析
根据箭竹1井酸液返排情况来看，在排液的初期，特别是自喷排量阶段的前期排量、酸度均处于整个返排阶段的最大值阶段。此时用于中和的碱液用量也达到最大，约为5.9m3/h。由上文加碱装置中计算结果来看，加碱装置的供液能力为45m3/h，远大于需要的液碱用量。
通过对不同时间残酸浓度及累计排液量的连续监测得知，对510m3残酸进行中和，仅需要5t碱片或40%液碱13吨。按液碱密度1.43g/cm3计算，仅需9m3浓度为40%的液碱，即可满足整个返排阶段的酸碱中和的需要。
4 结论及建议
1残酸在线处理工艺能将液碱适时、定量的加入残酸返排管线中，实现充分的酸碱中和，为废液回注提供保障;2本工艺仅靠负压吸力和液体自身重力作为液碱添加的动力，不需要外加动力，不仅节省空间、减少能耗还拓宽了该装置的使用范围;3酸度、pH度在线监测系统的实时监测和电磁流量控制阀的精确控制，可做到液碱用量的精确控制，避免了物料浪费。
参考文献：
[1]杨文波.流体流过油嘴的流量方程推导[J].内蒙古石油化工，2010（24）：206-207.
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