本發(fā)明屬于石油工程腐蝕防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油氣井油套環(huán)空緩蝕劑噴淋式加注工藝及裝置。

背景技術(shù)：

油套管是油氣從地下開采到地面的重要運(yùn)輸通道。在油氣開采過程中，油套管柱會受到CO₂、H₂S等有害腐蝕性介質(zhì)和離子的破壞，使油套管的防腐涂層發(fā)生破壞和脫落而對管柱基體發(fā)生腐蝕所傷，從而會大大降低井筒管柱的服役壽命。目前，油套環(huán)空保護(hù)的方法主要有注緩蝕劑、加環(huán)空保護(hù)液等手段。一般地，油套環(huán)空通過緩蝕劑預(yù)膜和連續(xù)加注的方法來對其進(jìn)行防護(hù)。通常緩蝕劑由油套管環(huán)空注入從油管返出，使緩蝕劑吸附在套管內(nèi)壁和油管內(nèi)外壁形成一層保護(hù)膜，用來隔絕腐蝕介質(zhì)與井下管柱的接觸，從而達(dá)到保護(hù)井下管柱的目的。

但是，目前這種緩蝕劑加注的方法存在如下缺點(diǎn)：一、緩蝕劑對套管內(nèi)壁和油管外壁不能完全覆蓋，并且緩蝕劑不涂抹均勻，其膜的完整性較差；二、該方法對緩蝕劑的用量較大，會造成較大的浪費(fèi)，使得井下管柱腐蝕防護(hù)的成本增加。

為解決上述問題本發(fā)明提供了一種油氣井油套環(huán)空緩蝕劑噴淋式加注工藝及裝置，該工藝采用本發(fā)明所提供的公式可對緩蝕劑的用量進(jìn)行較為準(zhǔn)確地計算，將所需的緩蝕劑在計量泵的傳輸下由環(huán)形體的分給六個人字形噴頭，六個人字形噴頭以噴淋的方式把緩蝕劑均勻地灑在套管內(nèi)壁和油管外壁，使緩蝕劑在重力的作用下延套管內(nèi)壁和油管外壁向下流動，再隨生產(chǎn)從油管返出，從而可實(shí)現(xiàn)對油套環(huán)空緩蝕劑的預(yù)膜和修復(fù)。因此，本發(fā)明能夠很好地解決油套環(huán)空緩蝕劑加注的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是針對油氣井油套環(huán)空緩蝕劑加注的問題，而提供一種能夠?qū)μ坠軆?nèi)壁和油管外壁能完全覆蓋，以及能夠減少緩蝕劑的用量和經(jīng)濟(jì)成本的緩蝕劑噴淋式加注工藝及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種油氣井油套環(huán)空緩蝕劑噴淋式加注工藝，其特征在于：該工藝根據(jù)完井管柱結(jié)構(gòu)、緩蝕劑有效預(yù)膜厚度、緩蝕劑加注的濃度、單井日產(chǎn)量以及緩蝕劑連續(xù)加注周期，對施工時加注緩蝕劑的用量采用如下公式(#)進(jìn)行計算：

Q＝Q₁+Q₂ (#)

Q₁＝kπμhρ(d₁+d₂+d₃)×10^-9 (％)

Q₂＝GCQ_e×10^-3 (&)

式中，Q為所需緩蝕劑的加注總量，kg；Q₁為緩蝕劑預(yù)膜所需的用量，kg；Q₂為緩蝕劑連續(xù)加注所需的用量，kg；k為緩蝕劑預(yù)膜的加注系數(shù)，取1.5～2.5；μ為緩蝕劑有效預(yù)膜厚度，μm；h為井深，m；ρ為緩蝕劑的密度，kg/m³；d₁為套管的內(nèi)徑，mm；d₂為油管的外徑，mm；d₃為油管的內(nèi)徑，mm；G為緩蝕劑連續(xù)加注周期，取30～90d；C為緩蝕劑濃度，mg/L；Q_e為單井日產(chǎn)量，m³；

施工時將計算所需的緩蝕劑由計量泵輸送給環(huán)形體，通過環(huán)形體的分流作用分給六個人字形噴頭，每個人字形噴頭的大噴嘴指向套管內(nèi)壁，小噴嘴指向油管外壁，六個人字形噴頭的緩蝕劑噴射面積徑向上覆蓋了整個套管內(nèi)壁和油管外壁，并且每相鄰的兩個人字形噴頭分別在套管的內(nèi)壁和油管的外壁上的緩蝕劑噴射面積存在交叉，緩蝕劑在重力的作用下沿套管內(nèi)壁和油管外壁向下流動，最后隨著生產(chǎn)從油管返出。

本發(fā)明還提供一種油氣井油套環(huán)空緩蝕劑噴淋式加注工藝的裝置：通過閥門將儲液罐與計量泵連接，計量泵的另一端與連接桿連接，連接桿的另一端與環(huán)形體之間通過O型密封圈密封連接，六個人字形噴頭固定在環(huán)形體的下表面并且沿環(huán)形體的環(huán)形流道均勻分布；所述的環(huán)形體裝在套管頭和油管頭之間，裝在環(huán)形體下表面上的六個人字形噴頭位于油管和套管環(huán)空的環(huán)形中線上；所述的人字形噴頭通過噴頭安裝孔、墊圈和固定螺母安裝在環(huán)形體下表面并且人字形噴頭的接頭與環(huán)形體內(nèi)部環(huán)形流道的下底面齊平，人字形噴頭大噴嘴的噴口傾斜指向套管內(nèi)壁，小噴嘴的噴口傾斜指向油管外壁，噴口和噴口在同一徑向上平行排列，兩噴口的中點(diǎn)距套管內(nèi)壁和油管外壁的距離相等并且有足夠的噴射距離。

進(jìn)一步的，所述的環(huán)形體的內(nèi)部環(huán)形中線上設(shè)有環(huán)形流道并且環(huán)形流道的截面呈正方形，環(huán)形體的下表面上設(shè)有六個噴頭安裝孔，六個噴頭安裝孔沿環(huán)形流道均勻分布并都與環(huán)形流道相連通，相鄰兩噴頭安裝孔之間的圓心角為60°。

進(jìn)一步的，所述的人字形噴頭由大噴嘴、小噴嘴、大噴嘴接頭A、小噴嘴接頭B、三通接頭、固定螺母和墊圈構(gòu)成；所述的三通接頭的一支上設(shè)有墊圈和固定螺母，另外兩支上設(shè)有大噴嘴接頭A和小噴嘴接頭B，其中一支通過大噴嘴接頭A與大噴嘴連接，另一支通過小噴嘴接頭B與小噴嘴連接，大噴嘴的噴口和小噴嘴噴口相互平行且在同一水平面上；所述的大噴嘴和小噴嘴的噴口張角為60°～80°，兩者都為由不銹鋼材質(zhì)制作的扁平噴嘴并且兩者的長度相同，兩者噴口的寬度為0.5～1mm，大噴嘴的噴口長度是小噴嘴的噴口長度的1.5～3倍。

進(jìn)一步的，所述的計量泵的工作壓力為0.1MPa左右，所述的六個人字形噴頭的噴淋特征均勻、穩(wěn)定。

進(jìn)一步的，所述的油氣井為直井，油管采用無接箍油管。

利用本發(fā)明對油套環(huán)空緩蝕劑噴淋式加注的步驟如下：

A、準(zhǔn)備足量的緩蝕劑加入儲液罐中，采用如權(quán)利要求1所述的公式(％)對緩蝕劑的預(yù)膜量進(jìn)行估算；

B、打開閥門，通過計量泵輸送緩蝕劑，然后通過環(huán)形體進(jìn)行分流，最后通過六個人字形噴頭將緩蝕劑噴淋至油套環(huán)空；

C、將計量泵調(diào)到指定的工作壓力，使六個人字形噴頭向套管內(nèi)壁和油管外壁持續(xù)噴淋，緩蝕劑流入井底后再隨油氣從油管(7)返出；

D、當(dāng)計量泵達(dá)到預(yù)膜指定的劑量時，關(guān)閉閥門(2)和計量泵(3)，完成緩蝕劑的預(yù)膜施工；

E、對一個緩蝕劑連續(xù)加注周期內(nèi)緩蝕劑的用量采用如權(quán)利要求1所述的公式(&)進(jìn)行估算，再根據(jù)所需的緩蝕劑用量和指定的緩蝕劑濃度，準(zhǔn)備足量的緩蝕劑溶液加入儲液罐中；

F、重復(fù)步驟B～C進(jìn)行緩蝕劑連續(xù)加注，一個連續(xù)加注周期后關(guān)閉閥門和計量泵；

G、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況每個周期重復(fù)步驟A～F一次。

本發(fā)明與常規(guī)緩蝕劑加注方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明中，安裝了人字形噴頭，它可使緩蝕劑對套管內(nèi)壁和油管外壁完全覆蓋，并且緩蝕劑涂抹均勻，緩蝕劑膜的完整性較好。

(2)本發(fā)明中，該工藝可有效地減少對緩蝕劑的用量，從而節(jié)約了井下管柱腐蝕防護(hù)的成本。

(3)本發(fā)明中，提供了針對緩蝕劑噴淋式預(yù)膜和連續(xù)加注用量的計算公式，可對緩蝕劑的加量進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計算。

附圖說明

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要裝置結(jié)構(gòu)流程圖。

圖2是本裝置油套環(huán)空中六個人字形噴頭的緩蝕劑噴射覆蓋面積示意圖。

圖3是本裝置環(huán)形體及連接桿的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本裝置環(huán)形體內(nèi)部流道及噴頭安裝孔分布的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本裝置環(huán)形體與連接桿之間的連接示意圖。

圖6是本裝置環(huán)形體沿A1-A2方向的橫向截面示意圖。

圖7是本裝置人字形噴頭的三通接頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本裝置大小扁平噴嘴的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本裝置大小扁平噴嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本裝置大小扁平噴嘴的噴口形狀示意圖。

圖中：1-儲液罐，2-閥門，3-計量泵，4-連接桿，5-環(huán)形體，6-人字形噴頭，7-油管，8-套管，9-技術(shù)套管，10-表層套管，11-套管頭，12-油管頭，13-采油樹，14-噴頭安裝孔，15-環(huán)形流道，16-O型密封圈，17-噴嘴接頭B，18-噴嘴接頭A，19-三通接頭，20-螺母，21-墊圈，22A-大噴嘴，22B-小噴嘴，23A-大噴嘴噴口，23B-小噴嘴噴口，24-緩蝕劑噴射面積。

具體實(shí)施方式

結(jié)合本發(fā)明附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

(a)安裝

如圖1、圖2和圖5所示，通過閥門(2)將儲液罐(1)與計量泵(3)連接，計量泵(3)的另一端與連接桿(4)連接，連接桿(4)的另一端與環(huán)形體(5)之間通過O型密封圈(16)密封連接，六個人字形噴頭(6)固定在環(huán)形體(5)的下表面并且沿環(huán)形體(5)的環(huán)形流道(15)均勻分布；所述的環(huán)形體(5)裝在套管頭(11)和油管頭(12)之間，裝在環(huán)形體(5)下表面上的六個人字形噴頭(6)位于油管(7)和套管(8)環(huán)空的環(huán)形中線上；所述的人字形噴頭(6)通過噴頭安裝孔(14)、墊圈(21)和固定螺母(20)安裝在環(huán)形體(5)下表面并且人字形噴頭(6)的接頭與環(huán)形體(5)內(nèi)部環(huán)形流道(15)的下底面齊平，人字形噴頭(6)大噴嘴(22A)的噴口(23A)傾斜指向套管(8)內(nèi)壁，小噴嘴(22B)的噴口(23B)傾斜指向油管(7)外壁，噴口(23A)和噴口(23B)在同一徑向上平行排列，兩噴口的中點(diǎn)距套管(8)內(nèi)壁和油管(7)外壁的距離相等并且有足夠的噴射距離。

如圖3、圖4和圖6所示，所述的環(huán)形體(5)的內(nèi)部環(huán)形中線上設(shè)有環(huán)形流道(15)并且環(huán)形流道(15)的截面呈正方形，環(huán)形體(5)的下表面上設(shè)有六個噴頭安裝孔(14)，六個噴頭安裝孔(14)沿環(huán)形流道(15)均勻分布并都與環(huán)形流道(15)相連通，相鄰兩噴頭安裝孔(14)之間的圓心角為60°。

如圖1、圖7和圖8所示，所述的人字形噴頭(6)由大噴嘴(22A)、小噴嘴(22B)、大噴嘴接頭A(18)、小噴嘴接頭B(17)、三通接頭(19)、固定螺母(20)和墊圈(21)構(gòu)成；所述的三通接頭(19)上端設(shè)有墊圈(21)和固定螺母(20)，下端一枝通過大噴嘴接頭A(18)與大噴嘴(22A)連接，另一枝通過小噴嘴接頭B(17)與小噴嘴(22B)連接，大噴嘴(22A)的噴口(23A)和小噴嘴(22B)噴口(23B)相互平行且在同一水平面上；所述的大噴嘴(22A)和小噴嘴(22B)的噴口張角為60°～80°，兩者都為由不銹鋼材質(zhì)制作的扁平噴嘴并且噴嘴長度相同，兩者噴口(23)的寬度為0.5～1mm，大噴嘴(22A)的噴口(23A)長度是小噴嘴(22B)的噴口(23B)長度的1.5～3倍。進(jìn)一步的，所述的計量泵(3)的工作壓力為0.1MPa左右；所述的六個人字形噴頭(6)的噴淋特征均勻、穩(wěn)定。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中的油氣井為直井，油管(7)采用無接箍油管。

(b)加注工藝

根據(jù)完井管柱結(jié)構(gòu)、緩蝕劑有效預(yù)膜厚度、緩蝕劑加注的濃度、單井日產(chǎn)量以及緩蝕劑連續(xù)加注周期，對施工時加注緩蝕劑的用量采用如下公式(#)進(jìn)行計算：

Q＝Q₁+Q₂ (#)

Q₁＝kπμhρ(d₁+d₂+d₃)×10^-9 (％)

Q₂＝GCQ_e×10^-3 (&)

式中，Q為所需緩蝕劑的加注總量，kg；Q₁為緩蝕劑預(yù)膜所需的用量，kg；Q₂為緩蝕劑連續(xù)加注所需的用量，kg；k為緩蝕劑預(yù)膜的加注系數(shù)，取1.5～2.5；μ為緩蝕劑有效預(yù)膜厚度，μm；h為井深，m；ρ為緩蝕劑的密度，kg/m³；d₁為套管(8)的內(nèi)徑，mm；d₂為油管(7)的外徑，mm；d₃為油管(7)的內(nèi)徑，mm；G為緩蝕劑連續(xù)加注周期，取30～90d；C為緩蝕劑濃度，mg/L；Q_e為單井日產(chǎn)量，m³；

施工時將計算所需的緩蝕劑由計量泵(3)輸送給環(huán)形體(5)，通過環(huán)形體(5)的分流作用分給六個人字形噴頭(6)，每個人字形噴頭(6)的大噴嘴(22A)指向套管(8)內(nèi)壁，小噴嘴(22B)指向油管(7)外壁，六個人字形噴頭(6)的緩蝕劑噴射面積(24)徑向上覆蓋了整個套管(8)內(nèi)壁和油管(7)外壁，并且每相鄰的兩個人字形噴頭(6)分別在套管(8)的內(nèi)壁和油管(7)的外壁上的緩蝕劑噴射面積(24)存在交叉，緩蝕劑在重力的作用下沿套管(8)內(nèi)壁和油管(7)外壁向下流動，最后隨著生產(chǎn)從油管(7)返出。

利用本發(fā)明對油套環(huán)空緩蝕劑噴淋式加注的步驟如下：

A、準(zhǔn)備足量的緩蝕劑加入儲液罐(1)中，采用如權(quán)利要求1所述的公式(％)對緩蝕劑的預(yù)膜量進(jìn)行估算；

B、打開閥門(2)，通過計量泵(3)輸送緩蝕劑，然后通過環(huán)形體(5)進(jìn)行分流，最后通過六個人字形噴頭(6)將緩蝕劑噴淋至油套環(huán)空；

C、將計量泵(3)調(diào)到指定的工作壓力，使六個人字形噴頭(6)向套管(8)內(nèi)壁和油管(7)外壁持續(xù)噴淋，緩蝕劑流入井底后再隨油氣從油管(7)返出；

D、當(dāng)計量泵(3)達(dá)到預(yù)膜指定的劑量時，關(guān)閉閥門(2)和計量泵(3)，完成緩蝕劑的預(yù)膜施工；

E、對一個緩蝕劑連續(xù)加注周期內(nèi)緩蝕劑的用量采用如權(quán)利要求1所述的公式(&)進(jìn)行估算，再根據(jù)所需的緩蝕劑用量和指定的緩蝕劑濃度，準(zhǔn)備足量的緩蝕劑溶液加入儲液罐(1)中；

F、重復(fù)步驟B～C進(jìn)行緩蝕劑連續(xù)加注，一個連續(xù)加注周期后關(guān)閉閥門(2)和計量泵(3)；

G、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況每個周期重復(fù)步驟A～F一次。