專利名稱：一種油田油水井套管外防腐工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用環(huán)氧冷纏帶和鋅陽極相結合的油田油水井套管外防腐工藝。
背景技術：
針對油田油水井套管的外腐蝕，目前國內(nèi)外油田采取的套管外防腐技術主要有3種1、使用13Cr以上不銹鋼合金套管；2、實施陰極保護技術；3、采用水泥上返分級固井技術。
其中13Cr以上不銹鋼合金套管耐蝕性較好，但價格昂貴，不適應低產(chǎn)油水井低成本開發(fā)要求；陰極保護技術成熟，國內(nèi)外應用較普遍，主要問題是保護效果依賴管理、參數(shù)控制，維護工作量大，加上操作運行費綜合投資大，并且邊遠井、無電源井難以實施，保護深度有限；分級固井技術存在水泥一次上返難以封固大水量厚流動性水層，分級固井單井費用高的問題。
根據(jù)科技查新結果，目前國外有關油水井套管防腐技術方面的文獻報道較多，研究論述的套管防腐技術有使用犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)，防腐涂層保護法，防腐帶保護法，犧牲陽極結合防腐涂層保護法(但未見投入應用)等，使用的犧牲陽極有鋅陽極、鎂陽極、鋁陽極等，但對采用高純鋅陽極和環(huán)氧冷纏帶聯(lián)合防腐保護套管的工藝技術尚無先例。
國內(nèi)行業(yè)的套管外防腐工藝技術狀況是除采用外加電流陰極保護套管外，還采用了犧牲陽極保護法。目前國內(nèi)尚沒有采用將環(huán)氧冷纏帶和鋅陽極聯(lián)合使用進行套管外防腐保護。
并且，通常論述的犧牲陽極保護法是在距地面一定距離、在一定土壤深度埋入鎂犧牲陽極，本發(fā)明采用的是犧牲陽極與套管直接聯(lián)接下入油井，裸眼直接對應于腐蝕層段。
同時，本發(fā)明的技術原型是，在1993年試驗的套管手鐲式鋁犧牲陽極加環(huán)氧煤瀝青涂層外防腐工藝，曾在《石油鉆采工藝》1996(第18卷)第2期P43～P45進行公開發(fā)表，但該技術存在1、采用的鋁陽極成本高；2、液體環(huán)氧煤瀝青防腐層絕緣性能、機械性能偏低。鋁陽極導致單井投資偏高(8～9萬元/口)，因此進行工業(yè)化推廣受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用防腐涂層隔絕套管外部腐蝕介質(zhì)與犧牲陽極極化給套管提供保護電流這兩種防腐技術的結合，針對油田地下易漏失、滲透率高、水層厚、水量大的套管嚴重外腐蝕損壞情況，以及邊遠地區(qū)、沙漠地區(qū)、環(huán)境惡劣人員難管理等地區(qū)，解決此類環(huán)境條件下低產(chǎn)量低效油水井套管的外防腐技術難題，達到在目前技術條件下單井工藝實施的成本更低、防腐性能更可靠和易實施的目標。
本發(fā)明采用以下技術方案1、采用特殊鎖緊裝置(圖1～圖5)由套管卡子和絲帽二部分組成，其中套管卡子由外螺紋1(指圖中1，以下同)、卡牙2和陽極固定圓孔3組成，開口槽4沿圓周分布，起緊縮彈性作用，外螺紋起著與絲帽的連接作用，卡牙結構呈錐形，具有彈簧功能，起卡住套管外壁作用，陽極固定圓孔是通過該孔由鎖緊螺釘固定住陽極端部；絲帽是一個帶內(nèi)螺紋5的圓柱環(huán)，其作用是通過絲帽內(nèi)螺紋與套管卡子外螺紋連接，達到壓迫卡牙吃緊套管的目的。組裝時先將套管卡子裝入套管，通過卡子二側的圓孔用固定螺釘將套管卡子與陽極固定好，然后上絲帽，絲帽內(nèi)螺紋與套管卡子的外螺紋連接，隨著絲帽不停旋進套管卡子，套管卡子上的錐形卡牙彈性收縮咬緊套管，從而實現(xiàn)鎖緊裝置與套管緊固，進而保證鋅陽極能夠與套管外壁產(chǎn)生很好的電性連接，并且具有較高的機械鎖緊強度以滿足井下套管與井壁的側向受力作用，在不改變原8″井徑及斜井情況下，順利下入多組陽極，而陽極不在套管上產(chǎn)生移動，保證鋅陽極與套管長期穩(wěn)定的連接可靠性。
2、采用套管防腐涂層，包括環(huán)氧煤瀝青防腐層和環(huán)氧冷纏帶防腐層，環(huán)氧煤瀝青涂料分底漆、面漆，均為分罐包裝的雙組份涂料，甲組份以環(huán)氧樹脂為基料，加入煤瀝青、防銹顏料、增韌劑、流平劑、防沉劑等制成，乙組份為固化劑，施工時按比例調(diào)配，國內(nèi)市場有售；環(huán)氧煤瀝青冷纏帶是國家專利(ZL 98205622.2)技術產(chǎn)品，它由冷纏帶和定型膠兩部分組成。定型膠由分裝的甲、乙組份組成，按使用溫度分為常溫型和低溫型兩種。施工時將定型膠甲、乙組份等量混合，再按定型膠—冷纏帶—定型膠的結構涂敷在被保護物表面，靜置自然固化后形成防腐層，該產(chǎn)品由東化防腐工程有限公司生產(chǎn)供應。
3、為適應油田腐蝕介質(zhì)溫度環(huán)境，采用高純鋅陽極，控制有害元素雜質(zhì)(Fe、Cu、Pb、Si)含量，比目前國標GB49-85鋅合金雜質(zhì)含量進一步降低(表1)，保證了在Na2SO4水介質(zhì)中50℃下不產(chǎn)生晶間腐蝕及提高實際電容量；其次通過鋅陽極電化學及套管使用壽命計算驗證，提出了油田套管外防腐的保護模型，即非漏失下段套管采用普通套管，采用純水泥上返封固，腐蝕水層段采用預制環(huán)氧冷纏帶防腐套管，防腐套管中陽極基本分布為每100m一組，每組5支，規(guī)格Φ168×Φ142×500，根據(jù)不同油水井井深及腐蝕層段可具體確定分布的陽極組數(shù)。
表1鋅陽極的雜質(zhì)元素成分含量(wt％)

環(huán)氧冷纏帶加鋅犧牲陽極聯(lián)合防腐，環(huán)氧冷纏帶可隔絕腐蝕介質(zhì)，具有耐酸堿鹽腐蝕性，同時兼有良好機械性能，大大降低了裸露金屬面積，鋅合金犧牲陽極穩(wěn)定提供保護電流，補充保護防腐層針孔、大鉗咬傷和地層磨損等施工中造成的損傷。兩種防腐技術的結合產(chǎn)生互補效應，實現(xiàn)延長高腐蝕環(huán)境下套管服役壽命。
本發(fā)明實現(xiàn)的工藝流程分防腐套管加工工藝和防腐套管入井技術兩部分，具體如下1.對套管表面處理對套管外表進行噴砂除銹或拋丸除銹，達到Sa2.5的表面處理等級；2.環(huán)氧冷纏帶施工對表面處理后的套管先涂底膠，厚度＞2mm，均勻在支架上旋轉，拉緊冷纏帶，壓邊一定寬度纏繞，再涂表面定型膠，壓邊處邊壓邊涂膠；3.防腐套管檢測環(huán)氧冷纏帶施工完成完全固化后，采用高壓電火花儀在一定電壓等級下逐根檢測每根套管均不得有漏電，如發(fā)現(xiàn)漏電位置應予返工，檢測合格后套管進行防紫外線損傷貯存；4.陽極安裝將裝陽極的套管先表面處理，再涂液體環(huán)氧煤瀝青底漆200μm，待套管實干后裝入陽極，定位后，緊固，陽極圓周設置輔助接線點，用平頭鉆頭打磨，再上緊頂絲，而后用固化劑密封全部接線點，其余未安裝陽極管部位再涂環(huán)氧煤瀝青面漆，其厚度＞200μm，裝陽極的套管采用環(huán)氧煤瀝青防腐層，未裝鋅陽極的套管采用環(huán)氧冷纏帶防腐層。
5.陽極安裝檢測用數(shù)字萬用表測試陽極接線點與管體之間電阻小于規(guī)定電阻(＜0.01Ω)為合格。
6.防腐套管吊裝、運輸及存儲防腐套管裝車時，套管層之間，盡量減少損傷，安裝有陽極套管不得與防腐套管混裝，需與無涂層套管一起裝車；7.井場套管補口井場套管排列后，破損處用TDK-01快速修補劑進行補口；8.下井補口每根套管上扣下井時，要用水下固化修補劑修補大鉗咬傷套管處，TDK-01修補劑由甲、乙組份混合攪拌，當套管緊扣完成后，用棉紗擦去表面泥漿，再將修補劑刷在大鉗咬傷的母扣、接箍和管體處，在井上操作時只需45秒到1分鐘的時間就可實現(xiàn)。
經(jīng)以上八個步驟完成防腐套管加工入井等全部流程，套管一次下入井中經(jīng)環(huán)氧冷纏帶和鋅陽極聯(lián)合作用實現(xiàn)了套管有效防腐，其壽命達到＞22年。
本發(fā)明的技術特點及優(yōu)點在于1、防腐可靠性高，在油水井套管上首次實現(xiàn)了環(huán)氧冷纏帶和鋅陽極兩種防腐技術的結合進行防腐，充分發(fā)揮了兩防腐技術的互補效應，大大提高了套管防腐可靠性。根據(jù)2003年在長慶西峰油田起出的4口井(董79-52、西30-25、西28-14和西25-19)的防腐套管驗證，實際防腐層完好無破損，鋅陽極與套管連接緊固無松動，鉆井大鉗咬傷處的固化修補劑密封完好。2、一次施工完成防腐，無須人員后期管理維護，外加電流陰極保護工藝需定員日常運行維護，定期檢修儀器設備。3、經(jīng)濟性好。單井投資僅6～7萬元(防腐段長度達1000～1200米，井深1700～2200米油水井)，采用13Cr以上不銹鋼合金套管價格是普通采用碳鋼套管的5倍；外加電流陰極保護工藝的初期投資加上后期管理維護費用單井綜合費用可達13萬元；水泥上返分級固井技術要鉆水泥塞、換鉆具，延長完井時間，總體增加費用30萬元/井；多下一層套管，要增加35萬元投資(以上測算以長慶油田同等地區(qū)同等井為標準)。4、適應范圍廣。特別適應于油田地下易漏失、滲透率高、水層厚、水量大的套管嚴重外腐蝕損壞情況，以及邊遠地區(qū)、沙漠地區(qū)、環(huán)境惡劣人員難管理等地區(qū)，克服了外加電流陰極保護工藝需電源供應的問題。


圖1套管卡子主剖視圖。
圖2套管卡子左視圖。
圖3卡牙局部放大圖。
圖4絲帽主剖視圖。
圖5絲帽左視圖。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明針對長慶西峰油田井深情況，設計了滿足該地區(qū)防腐要求的環(huán)氧冷纏帶鋅陽極套管防腐工藝方案，2003年在長慶西峰油田推廣應用了315口井，具體實施方案包括以下7個步驟1、防腐原料檢驗根據(jù)環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧冷纏帶和鋅陽極的技術標準，對購入的這三種產(chǎn)品進行檢驗，以滿足產(chǎn)品技術指標(環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧冷纏帶由廠家生產(chǎn)完成，鋅犧牲陽極的雜質(zhì)元素成分含量按

2、套管檢驗對油田質(zhì)檢后合格的套管，在防腐施工前逐根檢查管材有無變形、彎曲，表面有無坑、微孔等缺陷，有缺陷管不得使用。
3、套管環(huán)氧冷纏帶施工先在套管母接箍和公扣端面至管體各預留500mm不纏繞，作為吊裝、大鉗施工用，預留段采用液體環(huán)氧煤瀝青底漆與面漆二層，厚度300μm處理。首先對采用噴砂除銹裝置進行套管表面處理達到Sa2.5級。然后采用專用配套冷纏帶纏繞時先涂底膠，厚度＞2mm，均勻在支架上旋轉，拉緊冷纏帶，壓邊寬度≥8mm，均勻、勻速進行，再涂表面定型膠，不得有漏涂點。壓邊處邊壓邊涂膠(采用液體環(huán)氧煤瀝青時先涂底漆，待實干后，再涂面漆200μm，用丙綸帶0.4mm厚纏繞，表面再涂一次面漆，方法同環(huán)氧冷纏帶)。
4、套管環(huán)氧冷纏帶防腐層檢測冷纏帶纏繞完成24小時后，采用高壓電火儀在2500V電壓等級下逐根檢測每根均不得有漏電，如發(fā)現(xiàn)漏電位置應予返工；5、陽極安裝與檢測經(jīng)表面處理后的套管，涂液體環(huán)氧煤瀝青底漆200μm，待實干后裝入陽極，防腐套管中陽極基本分布為每100m一組，每組5支，規(guī)格Φ168×Φ142×500mm，定位后，將鎖緊卡牙面位置用砂紙打磨，在陽極的鎖緊卡子上好后，再上絲帽，而后緊固，在陽極接線點用TDK-01水下固化修補劑密封，其余未安裝陽極管部位再涂環(huán)氧煤瀝青面漆200μm，最后用TD-830數(shù)字萬用表測試陽極接線點與管體之間電阻＜0.01Ω為合格；6、防腐套管存貯、吊裝和運輸將防腐套管完全實干后堆放貯存(夏季要避免紫外線損傷)；防腐套管吊裝要求采用3/4″鋼絲繩，穿高壓膠管制作的專用吊帶進行吊裝；防腐套管裝車時，套管層之間要用草袋墊保護，盡量減少損傷，車輛要求大型車平裝，安裝有陽極套管不得與防腐套管混裝，需與無涂層套管一起裝車，必須使用專用吊帶用吊車進行吊卸，嚴禁人工撬、滾，野蠻卸車；7、防腐套管下井套管拉到井場后在井場排列整齊，逐根檢查，破損處用TDK-01快速修補劑進行二次補口，在下套管前必須通井，然后套管上鉆臺，最后每根套管上扣后，在大鉗咬傷處迅速用TDK-01水下修補劑補口后下套管。
至此油水井套管防腐過程全部完成。
通過對套管保護電位的檢測，全部防腐油水井在防腐電位達到國際防腐蝕電位標準(即小于-0.85V)，同時采用井下電位剖面測井儀檢測環(huán)氧冷纏帶鋅陽極套管防腐井，試驗結果表明套管井下剖面電位差趨近于0mV，這說明套管腐蝕電流很小(接近于零)，該防腐工藝效果較好。
實施例2本技術發(fā)明原型在1993年試驗的套管手鐲式鋁犧牲陽極加環(huán)氧煤瀝青涂層外防腐工藝，當時采用的防腐材料是鋁陽極和環(huán)氧煤瀝青，而隨著材料技術的進步，現(xiàn)在采用的環(huán)氧冷纏帶防腐層的機械、耐蝕性能已有很大提高，鋅陽極更適合長慶洛河水腐蝕介質(zhì)的環(huán)境，1993年7月采用鋁陽極材料加環(huán)氧煤瀝青涂層外防腐工藝，分別在長慶采油二廠華池和嶺南作業(yè)區(qū)施工了2口井(新華38-13距原華38-13井平面4米、新南29-22井距原南29-22井10米)，10年來這兩口井仍正常生產(chǎn)(設計壽命27-34年)。原井與更新井對比新華38-13井已超過原井壽命2倍(見表2)。
表2 2口井防腐效果指標參數(shù)表

權利要求
1.一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于采用防腐涂層隔絕套管外部腐蝕介質(zhì)與犧牲陽極極化給套管提供保護電流相結合的工藝。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于防腐涂層采用環(huán)氧煤瀝青和環(huán)氧冷纏帶。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于犧牲陽極為鋅合金，各成分含量按重量百分比為Fe0.0023％、Cu0.005％、Pb0.0044％、Si＜0.01％、Al0.55％、Cd0.072％、其余為Zn。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于犧牲陽極規(guī)格為Φ168×Φ142×500。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于犧牲陽極基本分布為每100m一組，每組5支。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于裝犧牲陽極的套管采用環(huán)氧煤瀝青防腐層，未裝犧牲陽極的套管采用環(huán)氧冷纏帶防腐層。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于犧牲陽極采用由套管卡子和絲帽組成的鎖緊裝置固定在套管上。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于鎖緊裝置的套管卡子由外螺紋1、卡牙2和陽極固定圓孔3組成，開口槽4沿圓周分布，起緊縮彈性作用，外螺紋起著與絲帽的連接作用，卡牙結構呈錐形，具有彈簧功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用環(huán)氧冷纏帶和鋅陽極相結合的油田油水井套管外防腐工藝，其特征在于采用防腐涂層和環(huán)氧冷纏帶隔絕套管外部腐蝕介質(zhì)與犧牲陽極極化給套管提供保護電流相結合的工藝，防腐涂層采用環(huán)氧煤瀝青和環(huán)氧冷纏帶，犧牲陽極為鋅合金，各成分含量按重量百分比為Fe0.0023％、Cu0.005％、Pb0.0044％、Si＜0.01％、Al0.55％、Cd0.072％、其余為Zn，規(guī)格為Φ168×Φ142×500，分布為每100m一組，每組5支，由鎖緊裝置固定在套管上，該工藝適應于油田地下易漏失、滲透率高、水層厚、水量大的套管嚴重外腐蝕損壞情況，以及邊遠地區(qū)、沙漠地區(qū)、環(huán)境惡劣人員難管理地區(qū)，克服了外加電流陰極保護工藝需電源供應的問題。
文檔編號C23F15/00GK1786278SQ20041009710
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權日2004年12月9日
發(fā)明者楊全安, 楊海恩, 王林平, 任建科, 程碧海, 李瓊偉, 崔占江, 裴潤有, 吳宗福 申請人:中國石油天然氣股份有限公司