CN110578495A - 井下药剂自动加注装置及其自动加注方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气井腐蚀与防护领域，公开了一种井下药剂自动加注装置及其自动加注方法，该装置包括依次连接的多个加注单元(100)，每个加注单元内都设有由侧壁和连接在侧壁的一端的隔板(120)围设而成的容置空间，容置空腔内用于容置待添加的井下药剂(200)，隔板的至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，位于该装置的最末一节加注单元，其侧壁的另一端设有盖板(400)。本发明实现对井下药剂定时定量的准确投放，结构简单紧凑、操作方便有效。
Description
技术领域
本发明涉及油气井腐蚀与防护领域，具体地涉及井下药剂自动加注装置及其自动加注方法。
背景技术
井下管柱的腐蚀，是油气井腐蚀与防护技术领域一直面临的一个重要的问题，在现有技术中，只能通过向井下加注缓蚀剂的方式，抑制或减缓井下管柱的腐蚀。目前主要包括有连续加注、固体缓蚀棒加注和井下点滴加注三种方法，但在上述三种现有技术中都存在着各自难以克服的缺陷。比如：连续加注在井下套管压力过高、伴生气量大的情况下，缓蚀剂难以注入；固体缓蚀棒加注一次性投放量过大，而冲刷和溶解的速度无法准确控制，容易造成井下堵塞、管壁缓蚀剂分布不均等问题；而井下点滴则存在成本高，无法广泛的推广的问题。针对上述诸多问题，亟待开发一种更有效的井下缓蚀剂加注装置及方法。
除了上述提到的缓蚀剂之外，还有其他具有各自相应作用的化学药剂，比如：阻垢剂等等，也存在着与上述缓蚀剂同样的不易添加，不易缓释释放的问题。采用何种手段、通过何种装置来实现对上述化学药剂合理有效地井下释放，是个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的注入困难、注入量难以控制和成本高的问题，提供一种井下药剂自动加注装置及其自动加注方法，通过设置多节依次连接的加注单元，且设置在加注单元底部的隔板至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，实现对井下药剂定时定量的准确投放，结构简单紧凑、操作方便有效。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种井下药剂自动加注装置，包括依次连接的多个加注单元，每个所述加注单元内都设有容置空间，所述容置空间由侧壁和连接在所述侧壁的一端的隔板围设而成，所述容置空腔内用于容置待添加的井下药剂，所述隔板的至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，位于所述井下药剂自动加注装置的最末一节所述加注单元的所述侧壁的另一端设有盖板。
优选地，设置在多节所述加注单元中的所述隔板按照易腐蚀合金的腐蚀速率被腐蚀后依次从所述加注单元脱落，使设置在所述容置空腔内的井下药剂依次自动释放到井下环境中；最初一节所述加注单元中的所述隔板的厚度与其他各节所述加注单元中的所述隔板的厚度相比最小。
优选地，所述加注单元包括钢管和固定在所述钢管的底部的所述隔板，所述钢管的管壁形成所述侧壁。
优选地，所述钢管的端部内壁上设有第一内螺纹，所述隔板的外缘上对应设有与所述第一内螺纹螺合连接的第一外螺纹。
优选地，相邻的两个所述钢管的外部还套设有接箍，所述钢管的外壁上设有第二外螺纹，所述接箍的内壁上对应设有与所述第二外螺纹螺合连接的第二内螺纹；相邻的两个所述钢管分别从所述接箍的两端旋入固定连接。
优选地，所述隔板的板面整体为易腐蚀合金板面。
优选地，所述隔板的板面包括设置在中部的耐腐蚀板面和环绕设置在所述耐腐蚀板面***的易腐蚀合金板面。
优选地，所述井下药剂为液态药剂。
优选地，所述井下药剂为固态药剂，且所述隔板上开设有便于井下环境液体渗入所述加注单元的多个通孔。
优选地，所述易腐蚀合金板面包括镁合金板面、铝合金板面和锌合金板面中的至少一个。
本发明另一方面提供一种如上所述的井下药剂自动加注装置的井下药剂自动加注方法，所述方法包括如下步骤：
步骤100：测试井下腐蚀环境对易腐蚀合金的腐蚀速率，并根据所述腐蚀速率计算所述井下药剂自动加注装置中的所述加注单元中的所述隔板的厚度，根据加注周期设置所述加注单元的数量；
步骤200：依次在每一节所述加注单元的容置空腔内装入井下药剂；
步骤300：将所述井下药剂自动加注装置投入井下环境。
通过上述技术方案，本发明通过设置多节依次连接的加注单元，且设置在加注单元底部的隔板至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，实现对井下药剂定时定量的准确投放，结构简单紧凑、操作方便有效。
附图说明
图1为井下药剂自动加注装置一个实施例的整体结构示意图；
图2为图1井下药剂自动加注装置中的一个加注单元的结构示意图；
图3为图1井下药剂自动加注装置中的接箍的结构示意图；
图4为图1中第一节加注单元的隔板脱落后的结构示意图；
图5为另一个实施例中的隔板结构示意图；
图6为开设有通孔的隔板结构示意图。
附图标记说明
100加注单元 110钢管 111第一内螺纹
112第二外螺纹 120隔板 121第一外螺纹
1201耐腐蚀板面 1202易腐蚀合金板面 200井下药剂
300接箍 310第二内螺纹 400盖板
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”通常是指相对于各部件本身的轮廓的内外；“远、近”通常是指相对于各部件本身的轮廓的远近。
如图1并结合图2、图3所示，本发明提供一种井下药剂自动加注装置，包括依次连接的多个加注单元100，每个所述加注单元内都设有容置空间，所述容置空间由侧壁和连接在所述侧壁底部的隔板120围设而成，所述容置空腔内用于容置待添加的井下药剂200，为了方便设置在容置空间中的井下药剂200的释放，所述隔板120的至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，位于所述井下药剂自动加注装置的最末一节所述加注单元100的所述侧壁的另一端设有盖板400，为了方便选材，盖板400的材质可以与侧壁的材质一致，均为耐腐蚀材质。在如图2所示的实施例中，具体来说，所述加注单元100包括钢管110和固定在所述钢管110的底部的所述隔板120，所述钢管110的管壁为加注单元100的侧壁。为了方便连接固定，所述钢管110的端部内壁上设有第一内螺纹111，所述隔板120的外缘上对应设有与所述第一内螺纹111螺合连接的第一外螺纹121。隔板120通过设置在外缘上的第一外螺纹121与对应设置在钢管110内壁上的第一内螺纹111旋紧固定。同时，为了方便相邻的两个加注单元100的连接，在相邻的两个所述钢管110的外部还套设有接箍300，所述钢管110的外壁上设有第二外螺纹112，所述接箍300的内壁上对应设有与所述第二外螺纹112螺合连接的第二内螺纹310，相邻的两根所述钢管110分别从所述接箍300的两端旋入，两根钢管110在接箍300内旋紧并相对固定连接。设置在容置空间中的井下药剂200既可以为液态药剂，也可以为固态药剂。在图1所示的实施例中，井下药剂200为液态药剂，因此，所述隔板120的板面整体为易腐蚀合金板面，且没有隔板120上没有设置其他任何贯通板体的结构。但为了让位于第一节的加注单元100底部的隔板120首先快速被腐蚀溶解，先将第一节的井下药剂200释放出去，而后面几节的加注单元100逐渐缓释释放，通过对井下环境腐蚀能力的测试，并根据测试结果进行详细地计算后，可以将第一节的加注单元100中的隔板120厚度设置得较薄，而随后几节的加注单元100中的隔板120的厚度稍厚。而当井下药剂200为固态药剂时，如图6所示，可以在隔板120的板体上开设多个通孔122，由于井下药剂200为固态药剂，也不会因通孔的结构设置而发生任何泄漏，但井下环境水可以通过通孔122快速渗入加注单元100的内部，隔板120的内外两侧一起腐蚀。当为固体缓蚀剂时，作为上述结构的变形方式，设置在加注单元100底部的隔板120也可以为带孔的不锈钢板，比如：孔的直径为2mm，钢板的厚度为4mm。根据井下环境的实际情况，所述易腐蚀合金板面可以采用多种合金板面，比如，可以包括镁合金板面、铝合金板面和锌合金板面。而井下药剂200也可以包括多种药剂，比如，可以包括缓蚀剂和阻垢剂，只要是不会对井下的合金腐蚀环境造成影响的井下药剂，都可以采用本发明所提供的井下药剂自动加注装置进行进下释放。
如图1并结合图4所示，本发明还提供一种如上所述的井下药剂自动加注装置的井下药剂自动加注方法，从总体上来说，所述方法包括如下步骤：
步骤100：测试井下腐蚀环境对易腐蚀合金的腐蚀速率，并根据所述腐蚀速率计算所述井下药剂自动加注装置中的所述加注单元中的所述隔板的厚度，根据加注周期设置所述加注单元的数量；
步骤200：依次在每一节所述加注单元100的容置空腔内装入井下药剂200；
步骤300：将所述井下药剂自动加注装置投入井下环境。
更进一步地，设置在多节所述加注单元100中的所述隔板120按照易腐蚀合金的腐蚀速率被腐蚀后，依次从所述加注单元100上脱落，使设置在所述容置空腔内的井下药剂200依次自动释放到井下环境中。
需要说明的是，隔板120除了上述板面整体为易腐蚀合金板面之外，在如图5所示的实施例中，隔板120的板面还可以包括设置在中部的耐腐蚀板面1201和环绕设置在所述耐腐蚀板面1201***的易腐蚀合金板面1202。其中，中部的耐腐蚀板面1201可以由不锈钢薄板制成。同样地，易腐蚀合金板面可以采用多种合金板面，比如，可以包括镁合金板面、铝合金板面和锌合金板面。和前述实施例相比，隔板120如果采用本实施例中的这种环形的易腐蚀合金板面结构，上述步骤100中加注单元100的设置数量的计算方式也会有些差异。在本实施例中，只要隔板120最***的易腐蚀金属合金板面1202被腐蚀掉，中部的耐腐蚀板面1201就会自动脱落，从而使封闭在加注单元100内的井下药剂200获得释放。另外，在本实施例中，也可以根据井下药剂200为固体或液体的不同形态，在设置在中部的不锈钢薄板上开设通孔。
以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
实施例1
经过井下实验测试，在待添加缓蚀剂的井下环境中，地层水中盐的含量为：
NaCl：17.24g/L
KCl：0.54g/L
CaCl2：0.43g/L
Na2SO4：0.37g/L
MgCl2·6H2O：0.50g/L
NaHCO3：3.98g/L。
在上述井下环境中，通常地层水对镁合金的腐蚀速率为0.8-1.2mm/天，在本实施例中，按照1mm/天的腐蚀速率计算。根据实验测得井下实际腐蚀环境中镁合金腐蚀速率，镁合金的腐蚀速度约为1毫米每天，根据对加注周期的需要并结合腐蚀速度设置所述加注单元的设置数量，在本实施例中，井下药剂自动加注装置中加注单元也即：隔板120的设置数量为3个。在本实施例中，钢管110的材质为不锈钢，构成每节加注单元100的钢管110的直径为40mm，总长度为1200mm。需要在井下环境中释放的缓蚀剂为常规厂商的井下作业CO2碳钢缓蚀剂，缓蚀剂可以是固体缓蚀剂，也可以是液体缓蚀剂。在本实施例中，缓蚀剂为液体缓蚀剂，设置在位于第一节的加注单元100的底部的隔板120为镁合金面板，厚度为2mm；而位于第二节和第三节的加注单元100的底部的镁合金的隔板120厚度为18-21mm，在本实施例中采用21mm厚度的镁合金隔板。位于第一节的加注单元的底部的隔板厚度较薄，是为了使投入井下环境中的装置中第一节的隔板能够快速被腐蚀掉，以便于将加注单元内的缓蚀剂尽快释放出去。而剩余的第二节和第三节加注单元中隔板的厚度则是通过测试井下腐蚀环境对易腐蚀合金的腐蚀速率，并根据所述腐蚀速率计算出来的。需要指出的是，油气田环境使用的CO2缓蚀剂、H2S缓蚀剂对镁合金均的腐蚀均无腐蚀抑制效果。隔板的厚度可以根据加注周期要求进行适当调节。
做好上述选择之后，先将待添加的井下药剂200，即：缓蚀剂，装入第一节加注单元100内，并拧紧镁合金的隔板120，使用接箍300将第一节加注单元100和第二节加注单元100连接起来，并向第二节加注单元100中再次注入井下药剂200，随后拧紧镁合金的隔板120。然后继续使用接箍300将第二节加注单元100和第三节加注单元100连接起来，并向第三节加注单元100中注入井下药剂200，使用盖板400将第三节加注单元100的容置空间盖住。通常情况下，盖板400采用不锈钢板制成。
将整个装置投入井下环境，设置在多节所述加注单元100中的所述隔板120按照易腐蚀合金的腐蚀速率被腐蚀后，依次从所述加注单元100上脱落，使设置在所述容置空腔内的井下药剂200依次自动释放到井下环境中。第一节隔板穿孔后，地层水即与第二个加注单元的隔板接触，第二个加注单元的隔板开始腐蚀溶解，约7天后，第二个加注单元的隔板腐蚀穿孔，其中的缓蚀剂随后得到释放。以此类推，约7天后，第三个加注单元的隔板腐蚀穿孔，第三个加注单元的缓蚀剂得到释放。
通过检测采出水的铁离子浓度或缓蚀剂残余浓度来评价缓蚀剂作用效果，即：在释放周期内，在井下环境中采集的水样中，铁离子浓度无显著升高，缓蚀剂残余浓度无显著下降，即证明缓蚀剂在持续发生作用。
实施例2
经过井下实验测试，在待添加缓蚀剂的井下环境中，地层水中盐的含量为：
NaCl：17.24g/L
KCl：0.54g/L
CaCl2：0.43g/L
Na2SO4：0.37g/L
MgCl2·6H2O：0.50g/L
NaHCO3：3.98g/L。
在上述井下环境中，地层水对铝合金的腐蚀速率为0.35-0.6mm/天，在本实施例中，按照0.5mm/天的腐蚀速率计算。根据实验测得井下实际腐蚀环境中铝合金腐蚀速率，铝合金的腐蚀速度为0.5毫米每天，根据对加注周期的需要并结合腐蚀速度设置所述加注单元的设置数量，在本实施例中，井下药剂自动加注装置中加注单元也即：隔板120的设置数量为3个。在本实施例中，钢管110的材质为不锈钢，构成每节加注单元100的钢管110的直径为40mm，总长度为1200mm。需要在井下环境中释放的缓蚀剂为常规厂商的井下作业CO2碳钢缓蚀剂，缓蚀剂可以是固体缓蚀剂，也可以是液体缓蚀剂。在本实施例中，缓蚀剂为液体缓蚀剂，设置在位于第一节的加注单元100的底部隔板120为铝合金面板，厚度为2mm；而位于第二节和第三节的加注单元100的底部的铝合金的隔板120厚度为9-10.5mm，在本实施例中，采用厚度为10.5mm的铝合金隔板。需要指出的是，油气田环境使用的CO2缓蚀剂、H2S缓蚀剂对镁合金均的腐蚀均无腐蚀抑制效果。
做好上述选择之后，先将待添加的井下药剂200，即：缓蚀剂，装入第一节加注单元100内，并拧紧铝合金的隔板120，使用接箍300将第一节加注单元100和第二节加注单元100连接起来，并向第二节加注单元100中再次注入井下药剂200，随后拧紧铝合金的隔板120。然后继续使用接箍300将第二节加注单元100和第三节加注单元100连接起来，并向第三节加注单元100中注入井下药剂200，使用盖板400将第三节加注单元100的容置空间盖住。通常情况下，盖板400采用不锈钢板制成。
将整个装置投入井下环境，设置在多节所述加注单元100中的所述隔板120按照易腐蚀合金的腐蚀速率被腐蚀后，依次从所述加注单元100上脱落，使设置在所述容置空腔内的井下药剂200依次自动释放到井下环境中。通过检测采出水的铁离子浓度或缓蚀剂残余浓度来评价缓蚀剂作用效果，即：在释放周期内，在井下环境中采集的水样中，铁离子浓度无显著升高，缓蚀剂残余浓度无显著下降，即证明缓蚀剂在持续发生作用。
本实施例中位于第一节的加注单元的隔板厚度比剩余其他各节的加注单元的隔板厚度更薄、以及根据加注周期的需求设置所述加注单元的数量与上述实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
经过井下实验测试，在待添加释放缓蚀剂的井下环境中，地层水中盐的含量为：
NaCl：17.24g/L
KCl：0.54g/L
CaCl2：0.43g/L
Na2SO4：0.37g/L
MgCl2·6H2O：0.50g/L
NaHCO3：3.98g/L。
在上述井下环境中，地层水对锌合金的腐蚀速率为0.3-0.6mm/天，在本实施例中，按照0.5mm/天的腐蚀速率计算。根据实验测得井下实际腐蚀环境中锌合金腐蚀速率，锌合金的腐蚀速度为0.5毫米每天，根据对加注周期的需要并结合腐蚀速度设置所述加注单元的设置数量，在本实施例中，井下药剂自动加注装置中加注单元也即：隔板120的设置数量为3个。在本实施例中，钢管110的材质为不锈钢，构成每节加注单元100的钢管110的直径为40mm，总长度为1200mm。需要在井下环境中释放的缓蚀剂为常规厂商的井下作业CO2碳钢缓蚀剂，缓蚀剂可以是固体缓蚀剂，也可以是液体缓蚀剂。在本实施例中，缓蚀剂为液体缓蚀剂，设置在位于第一节的加注单元100的底部隔板120为锌合金面板，厚度为2mm；而位于第二节和第三节的加注单元100的底部的锌合金的隔板120厚度为8-11mm，在本实施例中采用厚度为10.5mm的锌合金隔板。需要指出的是，油气田环境使用的CO2缓蚀剂、H2S缓蚀剂对锌合金均的腐蚀均无腐蚀抑制效果。
做好上述选择之后，先将待添加的井下药剂200，即：缓蚀剂，装入第一节加注单元100内，并拧紧锌合金的隔板120，使用接箍300将第一节加注单元100和第二节加注单元100连接起来，并向第二节加注单元100中再次注入井下药剂200，随后拧紧锌合金的隔板120。然后继续使用接箍300将第二节加注单元100和第三节加注单元100连接起来，并向第三节加注单元100中注入井下药剂200，使用盖板400将第三节加注单元100的容置空间盖住。通常情况下，盖板400采用不锈钢板制成。
将整个装置投入井下环境，设置在多节所述加注单元100中的所述隔板120按照易腐蚀合金的腐蚀速率被腐蚀后，依次从所述加注单元100上脱落，使设置在所述容置空腔内的井下药剂200依次自动释放到井下环境中。通过检测采出水的铁离子浓度或缓蚀剂残余浓度来评价缓蚀剂作用效果，即：在释放周期内，在井下环境中采集的水样中，铁离子浓度无显著升高，缓蚀剂残余浓度无显著下降，即证明缓蚀剂在持续发生作用。
本实施例中位于第一节的加注单元的隔板厚度比剩余其他各节的加注单元的隔板厚度更薄、以及根据加注周期的需求设置所述加注单元的数量与上述实施例1相同，在此不再赘述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如：本发明可以通过增加加注单元的数量，来延长井下药剂的加注周期，节约人工成本。而隔板的材质，除了采用上述三个实施例中所涉及的镁合金、铝合金和锌合金之外，在实际应用中还可以根据工况条件和成本要求，选择适合在井下环境中可溶解的其他合金。同时，采用本发明所提供的这种井下药剂自动加注装置释放的井下药剂，对镁合金、铝合金、锌合金或其他合金在地层水环境中不具有腐蚀抑制作用。井下药剂除了上述三个实施例中涉及到的缓蚀剂之外，还可以是包括井下阻垢剂在内的其他化学品药剂，但药剂本身不会对合金产生任何其他的物理或化学作用即可。更进一步地，还可以将由本发明衍生为只要隔板采用了在环境条件中可溶的材质制成而不会与药剂之间发生任何反应即可。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明提供一种井下药剂自动加注装置及其自动加注方法，通过设置多节依次连接的加注单元，且设置在加注单元底部的隔板至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，实现对井下药剂定时定量的准确投放，结构简单紧凑、操作方便有效。
Claims (10)
1.一种井下药剂自动加注装置，其特征在于，包括依次连接的多个加注单元(100)，每个所述加注单元(100)内都设有容置空间，所述容置空间由侧壁和连接在所述侧壁的一端的隔板(120)围设而成，所述容置空腔内用于容置待添加的井下药剂(200)，所述隔板(120)的至少一部分板面为能够被井下环境腐蚀的易腐蚀合金板面，位于所述井下药剂自动加注装置的最末一节所述加注单元(100)的所述侧壁的另一端设有盖板(400)。
2.根据权利要求1所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，设置在多节所述加注单元(100)中的所述隔板(120)按照易腐蚀合金的腐蚀速率被腐蚀后依次从所述加注单元(100)脱落，使设置在所述容置空腔内的井下药剂(200)依次自动释放到井下环境中；
最初一节所述加注单元(100)中的所述隔板(120)的厚度与其他各节所述加注单元(100)中的所述隔板(120)的厚度相比最小。
3.根据权利要求1所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，所述加注单元(100)包括钢管(110)和固定在所述钢管(110)的底部的所述隔板(120)，所述钢管(110)的管壁形成所述侧壁。
4.根据权利要求3所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，所述钢管(110)的端部内壁上设有第一内螺纹(111)，所述隔板(120)的外缘上对应设有与所述第一内螺纹(111)螺合连接的第一外螺纹(121)。
5.根据权利要求3所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，相邻的两个所述钢管(110)的外部还套设有接箍(300)，所述钢管(110)的外壁上设有第二外螺纹(112)，所述接箍(300)的内壁上对应设有与所述第二外螺纹(112)螺合连接的第二内螺纹(310)；
相邻的两个所述钢管(110)分别从所述接箍(300)的两端旋入固定连接。
6.根据权利要求1所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，所述隔板(120)的板面整体为易腐蚀合金板面；
或者，所述隔板(120)的板面包括设置在中部的耐腐蚀板面(1201)和环绕设置在所述耐腐蚀板面(1201)***的所述易腐蚀合金板面(1202)。
7.根据权利要求6所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，所述井下药剂(200)为液态药剂。
8.根据权利要求6所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，所述井下药剂(200)为固态药剂，且所述隔板(120)上开设有便于井下环境液体渗入所述加注单元(100)的多个通孔(122)。
9.根据权利要求1所述的井下药剂自动加注装置，其特征在于，所述易腐蚀合金板面包括镁合金板面、铝合金板面和锌合金板面中的至少一个。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的井下药剂自动加注装置的自动加注方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤100：测试井下腐蚀环境对易腐蚀合金的腐蚀速率，并根据所述腐蚀速率计算所述井下药剂自动加注装置中的所述加注单元中的所述隔板的厚度，根据加注周期设置所述加注单元的数量；
步骤200：依次在每一节所述加注单元的容置空腔内装入井下药剂；
步骤300：将所述井下药剂自动加注装置投入井下环境。
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