CN102720466B - 特种合金防蜡工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了特种合金防蜡工具，该防蜡工具是通过电化学作用改变蜡分子的电子结构进而改变蜡晶的团聚行为，有效抑制和减缓蜡的凝结成块，促使析出的蜡以微小晶体形态悬浮在液体中并随液体流动，因此有效防止和延缓蜡在管壁、抽油杆上的凝结，从而延长油井的洗井作业周期。特种合金防蜡工具作为一种原油生产清防蜡新技术的应用，除提高原油生产效率外，还避免了热洗/化学洗井导致的污染，具有明显的社会和经济价值。

Description

特种合金防蜡工具
技术领域
本发明涉及石油开采井下机械，特别提供了特种合金防蜡工具。
背景技术
原油中一般都含有蜡，我国有许多含蜡量很高的油田。在采油作业时，原油从地下到地面的过程中由于温度不断降低，原油中的蜡在温度达到析蜡点（一般在40℃左右）后会析出并在抽油杆和管壁上凝结，最终导致抽油作业停止，必须通过“洗井”除去凝固的蜡才能继续抽油，清防蜡成为原油生产的重要技术环节。洗井最常用的方法是热洗或化学清蜡，这固然有效，但必需停止采油作业并经历数天的排水期后才能重新开始抽油作业，同时有大量化学物质的排放，严重影响原油生产效率和污染环境。在原油生产的地面***（输油管道和原油处理***）中也存在清防蜡问题。
发明内容
本发明的目的在于提供具有抑制原油中蜡的析出和团聚功能的新型特种合金防蜡工具，该防蜡工具所用的特种合金具有特殊的电化学活性，可有效抑制原油中蜡的析出、沉淀和团聚，因此可用于油田井下的防蜡处理。
本发明提供了特种合金防蜡工具，具体包括：
一种管路式特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡工具由合金管、外套管和凸形组合器组成；
——其中，外套管套在合金管的外部，然后使用凸形组合器进行固定连接，外套管与组合器的连接方式优选为螺纹连接；
——所述的合金管由防蜡合金A制成，分为上段和下段两段，中间部位有封堵，且合金管上段和下段的外壁有多条连通的沟槽，沟槽底部开有大量小孔；
——所述的防蜡合金A具体为包含有以下组成元素（重量百分比wt％）：Ni5～30，Cu30～70，Zn5.0～30，Sn1.0～7.0，Pb1.0～5.0，Co0.5～2.0，RE0.1～1.0其中，RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
使用时，将该管路式特种合金防蜡工具串接在油井管路中，原油从组合器下端进入合金管下段，在压力下从管壁小孔喷射到外套管与合金管之间的沟槽，沿沟槽向上流动，从上段沟槽底部小孔喷射到合金管上段内，流向抽油管路，由于合金A具有防蜡的功能，因此能够确保管路的畅通，从而有效地延长了清蜡的周期。
一种涂层式特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡工具由内管、外管和凸形组合器组成；
——其中，外管套在内管的外部，然后使用凸形组合器进行固定相连，外套管与组合器的连接方式优选为螺纹连接；
——所述的内管为金属材料基体，且管壁上有大量的小孔，内管的内壁与外壁以及外管的内壁上喷涂有防蜡合金B表面层；
——所述的防蜡合金B的化学组成为（按重量百分比计）：Cu65～95，Ni3～30，Co1.0～5.0，RE0.1～0.5；其中RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
使用该种涂层式特种合金防蜡工具时，原油从该涂层式特种合金防蜡工具的内管下端孔进入内管，在压力下从内管壁小孔喷射到内管与外管之间的空间区域向上流动，再通过连接头进入抽油管路，在此期间，原油形成紊流与防蜡合金B表面层充分接触。
所述的金属材料基体优选为不锈钢、也可为低合金钢或碳钢。外管的内壁和内管的内、外壁上喷涂有防蜡合金B表面层，该表面层可以使用火焰喷涂或等离子体喷涂法将合金B喷涂到基体表面，厚度0.10－30微米。内管管壁上有大量小孔，原油从组合器下端进入内管，在压力下从内管壁小孔喷射到内管与外管之间的空间区域向上流动，进入抽油管路，在此期间，原油形成紊流与防蜡合金B表面层充分接触。
一种组合式特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡工具由管路式特种合金防蜡工具与涂层式特种合金防蜡工具串联而成；
其中，所述的管路式特种合金防蜡工具由合金管、外套管和凸形组合器组成，外套管与组合器的连接方式优选螺纹连接；
——外套管套在合金管的外部，然后使用凸形组合器进行固定连接；
——所述的合金管由防蜡合金A制成，分为上段和下段两段，中间部位有封堵，且合金管上段和下段的外壁有多条连通的沟槽，沟槽底部开有大量小孔；
——所述的防蜡合金A具体为包含有以下组成元素（重量百分比wt％）：Ni5～30，Cu30～70，Zn5.0～30，Sn1.0～7.0，Pb1.0～5.0，Co0.5～2.0，RE0.1～1.0其中，RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
所述的涂层式特种合金防蜡工具由内管、外管和凸形组合器组成，外套管与组合器的连接方式优选螺纹连接；
——外管套在内管的外部，然后使用凸形组合器进行固定相连；
——所述的内管为金属材料基体，且管壁上有大量的小孔，内管的内壁与外壁以及外管的内壁上喷涂有防蜡合金B表面层，其中防蜡合金B表面层的厚度优选为0.10～30微米；
——所述的防蜡合金B的化学组成为（按重量百分比计）：Cu65～95，Ni3～30，Co1.0～5.0，RE0.1～0.5；其中RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
上述的防蜡合金A中还可以含有下述组成元素的一种或多种（重量百分比wt％）：Ti0.5～1.0，Fe0.1～1.0、B0.05～0.15。
上述防蜡合金B中还含有下述组成元素之一或多种（重量百分比wt％）：Ti0.2～0.5，B0.03～0.10。
其中，所述防蜡合金A可以采用常压感应炉或真空感应炉制备，冶炼过程中按元素的平衡压和稳定性确定添加顺序以准确控制合金组成，采用常压或真空浇注，锭模充分预热至适当温度以确保合金有均匀的宏观组织和微观结构。
所述防蜡合金B可以采用真空感应炉在常压、真空或Ar气氛保护下熔炼，采用常压或真空浇注，锭模充分预热至适当温度以确保合金有均匀的宏观组织和微观结构；然后经锻造、轧制、拔丝后制成丝材；或在熔炼制成母合金后采用雾化制粉技术制成颗粒度为微米级的合金粉。
本发明提供的管路式特种合金防蜡工具与涂层式特种合金防蜡工具的机械结构和几何形状为任何满足合金表面与原油充分接触并且对原油流动不产生显著阻力的其它结构和形状，而且所述的特种合金防蜡工具适用于抽油井、自喷井以及地面原油输运***。
本发明提供的特种合金防蜡工具，是通过电化学作用改变蜡分子的电子结构进而改变蜡晶的团聚行为，有效抑制和减缓蜡的凝结成块，促使析出的蜡以微小晶体形态悬浮在液体中并随液体流动，因此有效防止和延缓蜡在管壁、抽油杆上的凝结，从而延长油井的洗井作业周期。特种合金防蜡工具作为一种原油生产清防蜡新技术的应用，除提高原油生产效率外，还避免了热洗/化学洗井导致的污染，具有明显的社会和经济价值。
本发明提供的特种合金防蜡工具，其优点如下：
（1）防蜡：原油与防蜡合金作用后，原油中的蜡在温度降低时的析出速率显著降低，抑制和减缓蜡在管壁和抽油杆上凝结成坚硬的固体堵塞管路；（2）提高原油生产效率：与使用机械的或物理的清防蜡方法相比，特种合金防蜡工具用于油井防蜡，可以大幅延长清蜡周期，大幅减少停止抽油作业的时间；
（3）环保：与常用的化学除蜡方法相比，油井使用特种合金防蜡工具，避免了有害物质的排放；
（4）价廉：特种合金防蜡工具只起催化作用，可以长期使用。
附图说明
图1为管路式特种合金防蜡工具的剖面结构示意图；
图2为涂层式特种合金防蜡工具的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步解释本发明，但其并不限制本发明。
实施例1
一种管路式特种合金防蜡工具（见图1），由合金管11、外套管12和凸形组合器13组成；外套管12套在合金管11的外部，然后使用凸形组合器13进行固定连接；合金管11由防蜡合金A制成，分为上段111和下段112两段，中间部位有封堵113，且合金管上段111和下段112的外壁有多条连通的沟槽114，沟槽114底部开有大量小孔115。
实施例2
一种涂层式特种合金防蜡工具（见图2），由内管21、外管22和凸形组合器23组成；外管22套在内管21外部，然后使用凸形组合器23进行固定相连；内管21为金属材料基体，且管壁上有大量的小孔，内管21的内壁与外壁以及外管22的内壁上喷涂有防蜡合金B表面层。
实施例3
一种组合式特种合金防蜡工具，将管路式特种合金防蜡工具（具体结构与实施例1相同）与涂层式特种合金防蜡工具（具体结构与实施例2相同）分别通过连接头串接在油井管路中，位于抽油泵下10米和20米处，其中，管路式特种合金防蜡工具中防蜡合金A的具体成分为（按重量百分比）：Ni23.3、Cu54.7、Zn15.1、Sn1.3、Pb3.1、Co1.4、Gd0.5、Ti0.5、B0.10；涂层式特种合金防蜡工具中金属材料基体为不锈钢基体，而且用火焰喷涂法在基体上形成的防蜡合金B表面层，表面层厚度为30微米，合金B的具体成分为（按重量百分比）：Cu88.0、Ni10.5、Co1.0、Gd0.5；油井深度2100米，油井产液量3.4吨/天，产油量1.8吨/天，含水率47％，蜡含量20.5％，原采用电热清蜡，清蜡周期35天，采用合金工具后清蜡周期延长至344天，防蜡效果显著。
实施例4
一种组合式特种合金防蜡工具，将管路式特种合金防蜡工具（具体结构与实施例1相同）与涂层式特种合金防蜡工具（具体结构与实施例2相同）分别通过连接头串接在油井管路中，位于抽油泵下10米和20米处，其中，管路式特种合金防蜡工具中防蜡合金A的具体成分为（按重量百分比）：Ni18.5、Cu65.7、Zn7.8、Sn3.8、Pb1.5、Co2.0、La+Ce0.7；涂层式特种合金防蜡工具中金属材料基体为低合金钢，而且用等离子体喷涂法在基体上形成防蜡合金B表面层，表面层厚度19微米，合金B的具体成分为（按重量百分比）：Cu71.0、Ni25.4、Co2.8、Ti0.3、Pr+Nd0.4、B0.1；油井深度1450米，油井产液量6.7吨/天，产油量2.8吨/天，含水率53％，蜡含量16.7％，原采用热洗清蜡，热洗周期30天，采用特种合金防蜡工具后清蜡周期延长至319天，防蜡效果显著。
实施例5
一种管路式特种合金防蜡工具，具体结构与实施例1中的相同，其中制备合金管的防蜡合金A的具体成分为（按重量百分比）：Ni14.6、Cu45.9、Zn27.0、Sn5.6、Pb3.5、Co1.4、La+Nd1.0、Ti0.9、B0.10；管路式特种合金防蜡工具通过连接头串接在管路中，位于抽油泵下10米处。
油井深度1900米，油井产液量4.5吨/天，产油量1.7吨/天，含水率62％，蜡含量15.5％，原采用电热清蜡，清蜡周期40天，采用合金工具后清蜡周期延长至254天，防蜡效果显著。
实施例6
一种涂层式特种合金防蜡工具，具体结构与实施例2中的相同，其中，金属材料基体为碳钢，且使用离子体喷涂法在基体上形成防蜡合金B表面层，防蜡合金B表面层厚度16微米，合金B的具体成分为（按重量百分比）：Cu91.0、Ni7.0、Co1.1、Ti0.4、La+Ce0.5；合金防蜡工具过连接头串接在管路中，位于抽油泵下10米。
油井深度约1500米，油井产液量7.8吨/天，产油1.7吨/天，含水率78％，含蜡量21.1％，原采用热洗清蜡，热洗周期35天，采用防蜡合金制成的油田井下防蜡工具后清蜡周期延长至234天，防蜡效果显著。

Claims (9)

1.一种管路式特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡工具由合金管（11）、外套管（12）和凸形组合器（13）组成；
——其中，外套管（12）套在合金管（11）的外部，然后使用凸形组合器（13）进行固定连接；
——所述的合金管（11）由防蜡合金A制成，分为上段（111）和下段（112）两段，中间部位有封堵（113），且合金管上段（111）和下段（112）的外壁有多条连通的沟槽（114），沟槽（114）底部开有大量小孔（115）；
——所述的防蜡合金A的化学组成为按重量百分比计：Ni5～30，Cu30～70，Zn5.0～30，Sn1.0～7.0，Pb1.0～5.0，Co0.5～2.0，RE0.1～1.0；其中RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
2.一种涂层式特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡工具由内管（21）、外管（22）和凸形组合器（23）组成；
——其中，外管（22）套在内管（21）的外部，然后使用凸形组合器（23）进行固定相连；
——所述的内管（21）为金属材料基体，且管壁上有大量的小孔，内管（21）的内壁与外壁以及外管（22）的内壁上喷涂有防蜡合金B表面层；
——所述的防蜡合金B具体为包含有以下组成元素，其重量百分比为：Cu65～95，Ni3～30，Co1.0～5.0，RE0.1～0.5，其中，RE为稀土元素。
3.一种组合式特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡工具由管路式特种合金防蜡工具与涂层式特种合金防蜡工具串联而成；
其中，所述的管路式特种合金防蜡工具由合金管（11）、外套管（12）和凸形组合器（13）组成；
——外套管（12）套在合金管（11）的外部，然后使用凸形组合器（13）进行固定连接；
——所述的合金管（11）由防蜡合金A制成，分为上段（111）和下段（112）两段，中间部位有封堵（113），且合金管上段（111）和下段（112）的外壁有多条连通的沟槽（114），沟槽（114）底部开有大量小孔（115）；
——所述的防蜡合金A的化学组成为按重量百分比计：Ni5～30，Cu30～70，Zn5.0～30，Sn1.0～7.0，Pb1.0～5.0，Co0.5～2.0，RE0.1～1.0；其中RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
所述的涂层式特种合金防蜡工具由内管（21）、外管（22）和凸形组合器（23）组成；
——外管（22）套在内管（21）的外部，然后使用凸形组合器（23）进行固定相连；
——所述的内管（21）为金属材料基体，且管壁上有大量的小孔，内管（21）的内壁与外壁以及外管（22）的内壁上喷涂有防蜡合金B表面层；
——所述的防蜡合金B的化学组成为按重量百分比计：Cu65～95，Ni3～30，Co1.0～5.0，RE0.1～0.5，其中，RE为稀土元素，选自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其组合。
4.按照权利要求1所述的特种合金防蜡工具，其特征在于：外套管与组合器的连接方式为螺纹连接。
5.按照权利要求2或3所述的特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡合金B表面层的厚度为0.10～30微米。
6.按照权利要求2所述的特种合金防蜡工具，其特征在于：防蜡合金B表面层的喷涂方式为火焰喷涂或等离子体喷涂。
7.按照权利要求2或3所述的特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的金属材料基体为不锈钢、低合金钢或碳钢。
8.按照权利要求1或3所述的特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡合金A中还含有下述组成元素之一或多种，其重量百分比为：Ti0.5～1.0，Fe0.1～1.0、B0.05～0.15。
9.按照权利要求2或3所述的特种合金防蜡工具，其特征在于：所述的防蜡合金B中还含有下述组成元素之一或多种，其重量百分比为：Ti0.2～0.5，B0.03～0.10。
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Contract record no.: 2012210000142

Denomination of invention: Special alloy wax-proofing tool

License type: Exclusive License

Record date: 20121116

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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
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Assignee: NAIR ENERGY EQUIPMENT CO., LTD.

Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2012210000142

Date of cancellation: 20140217

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20121010

Assignee: Jiangsu Nair Metallurgy & Electric Power Group Co., Ltd.

Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2014210000009

Denomination of invention: Special alloy wax-proofing tool

Granted publication date: 20130410

License type: Exclusive License

Record date: 20140217

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: JIANGSU NAIR GROUP CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: METALLIC INSTITUTE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Effective date: 20140724

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Effective date of registration: 20140724

Address after: 214500 No. 28 River Road, Xinqiao Town, Jiangsu, Jingjiang

Patentee after: Jiangsu Nair Metallurgy & Electric Power Group Co., Ltd.

Address before: 110015 Shenyang, Liaoning Province Cultural Road, No. 72, Shenhe

Patentee before: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: Jiangsu Nair Metallurgy & Electric Power Group Co., Ltd.

Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2014210000009

Date of cancellation: 20150813

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20121010

Assignee: NAIR ENERGY EQUIPMENT CO., LTD.

Assignor: Jiangsu Nair Metallurgy & Electric Power Group Co., Ltd.

Contract record no.: 2015320000583

Denomination of invention: Special alloy wax-proofing tool

Granted publication date: 20130410

License type: Exclusive License

Record date: 20150908

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: NAIR ENERGY EQUIPMENT CO., LTD.

Assignor: Jiangsu Nair Metallurgy & Electric Power Group Co., Ltd.

Contract record no.: 2015320000583

Date of cancellation: 20160120

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20180904

Address after: 214500 28 River Road, Xinqiao Town, Jingjiang, Jiangsu

Patentee after: NAIR ENERGY EQUIPMENT CO., LTD.

Address before: 214500 28 River Road, Xinqiao Town, Jingjiang, Jiangsu

Patentee before: Jiangsu Nair Metallurgy & Electric Power Group Co., Ltd.