专利名称：一种油田油水井套管外防腐工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用环氧冷缠带和锌阳极相结合的油田油水井套管外防腐工艺。
背景技术：
针对油田油水井套管的外腐蚀，目前国内外油田采取的套管外防腐技术主要有3种1、使用13Cr以上不锈钢合金套管；2、实施阴极保护技术；3、采用水泥上返分级固井技术。
其中13Cr以上不锈钢合金套管耐蚀性较好，但价格昂贵，不适应低产油水井低成本开发要求；阴极保护技术成熟，国内外应用较普遍，主要问题是保护效果依赖管理、参数控制，维护工作量大，加上操作运行费综合投资大，并且边远井、无电源井难以实施，保护深度有限；分级固井技术存在水泥一次上返难以封固大水量厚流动性水层，分级固井单井费用高的问题。
根据科技查新结果，目前国外有关油水井套管防腐技术方面的文献报道较多，研究论述的套管防腐技术有使用牺牲阳极的阴极保护系统，防腐涂层保护法，防腐带保护法，牺牲阳极结合防腐涂层保护法(但未见投入应用)等，使用的牺牲阳极有锌阳极、镁阳极、铝阳极等，但对采用高纯锌阳极和环氧冷缠带联合防腐保护套管的工艺技术尚无先例。
国内行业的套管外防腐工艺技术状况是除采用外加电流阴极保护套管外，还采用了牺牲阳极保护法。目前国内尚没有采用将环氧冷缠带和锌阳极联合使用进行套管外防腐保护。
并且，通常论述的牺牲阳极保护法是在距地面一定距离、在一定土壤深度埋入镁牺牲阳极，本发明采用的是牺牲阳极与套管直接联接下入油井，裸眼直接对应于腐蚀层段。
同时，本发明的技术原型是，在1993年试验的套管手镯式铝牺牲阳极加环氧煤沥青涂层外防腐工艺，曾在《石油钻采工艺》1996(第18卷)第2期P43～P45进行公开发表，但该技术存在1、采用的铝阳极成本高；2、液体环氧煤沥青防腐层绝缘性能、机械性能偏低。铝阳极导致单井投资偏高(8～9万元/口)，因此进行工业化推广受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的是采用防腐涂层隔绝套管外部腐蚀介质与牺牲阳极极化给套管提供保护电流这两种防腐技术的结合，针对油田地下易漏失、渗透率高、水层厚、水量大的套管严重外腐蚀损坏情况，以及边远地区、沙漠地区、环境恶劣人员难管理等地区，解决此类环境条件下低产量低效油水井套管的外防腐技术难题，达到在目前技术条件下单井工艺实施的成本更低、防腐性能更可靠和易实施的目标。
本发明采用以下技术方案1、采用特殊锁紧装置(图1～图5)由套管卡子和丝帽二部分组成，其中套管卡子由外螺纹1(指图中1，以下同)、卡牙2和阳极固定圆孔3组成，开口槽4沿圆周分布，起紧缩弹性作用，外螺纹起着与丝帽的连接作用，卡牙结构呈锥形，具有弹簧功能，起卡住套管外壁作用，阳极固定圆孔是通过该孔由锁紧螺钉固定住阳极端部；丝帽是一个带内螺纹5的圆柱环，其作用是通过丝帽内螺纹与套管卡子外螺纹连接，达到压迫卡牙吃紧套管的目的。组装时先将套管卡子装入套管，通过卡子二侧的圆孔用固定螺钉将套管卡子与阳极固定好，然后上丝帽，丝帽内螺纹与套管卡子的外螺纹连接，随着丝帽不停旋进套管卡子，套管卡子上的锥形卡牙弹性收缩咬紧套管，从而实现锁紧装置与套管紧固，进而保证锌阳极能够与套管外壁产生很好的电性连接，并且具有较高的机械锁紧强度以满足井下套管与井壁的侧向受力作用，在不改变原8″井径及斜井情况下，顺利下入多组阳极，而阳极不在套管上产生移动，保证锌阳极与套管长期稳定的连接可靠性。
2、采用套管防腐涂层，包括环氧煤沥青防腐层和环氧冷缠带防腐层，环氧煤沥青涂料分底漆、面漆，均为分罐包装的双组份涂料，甲组份以环氧树脂为基料，加入煤沥青、防锈颜料、增韧剂、流平剂、防沉剂等制成，乙组份为固化剂，施工时按比例调配，国内市场有售；环氧煤沥青冷缠带是国家专利(ZL 98205622.2)技术产品，它由冷缠带和定型胶两部分组成。定型胶由分装的甲、乙组份组成，按使用温度分为常温型和低温型两种。施工时将定型胶甲、乙组份等量混合，再按定型胶—冷缠带—定型胶的结构涂敷在被保护物表面，静置自然固化后形成防腐层，该产品由东化防腐工程有限公司生产供应。
3、为适应油田腐蚀介质温度环境，采用高纯锌阳极，控制有害元素杂质(Fe、Cu、Pb、Si)含量，比目前国标GB49-85锌合金杂质含量进一步降低(表1)，保证了在Na2SO4水介质中50℃下不产生晶间腐蚀及提高实际电容量；其次通过锌阳极电化学及套管使用寿命计算验证，提出了油田套管外防腐的保护模型，即非漏失下段套管采用普通套管，采用纯水泥上返封固，腐蚀水层段采用预制环氧冷缠带防腐套管，防腐套管中阳极基本分布为每100m一组，每组5支，规格Φ168×Φ142×500，根据不同油水井井深及腐蚀层段可具体确定分布的阳极组数。
表1锌阳极的杂质元素成分含量(wt％)
环氧冷缠带加锌牺牲阳极联合防腐，环氧冷缠带可隔绝腐蚀介质，具有耐酸碱盐腐蚀性，同时兼有良好机械性能，大大降低了裸露金属面积，锌合金牺牲阳极稳定提供保护电流，补充保护防腐层针孔、大钳咬伤和地层磨损等施工中造成的损伤。两种防腐技术的结合产生互补效应，实现延长高腐蚀环境下套管服役寿命。
本发明实现的工艺流程分防腐套管加工工艺和防腐套管入井技术两部分，具体如下1.对套管表面处理对套管外表进行喷砂除锈或抛丸除锈，达到Sa2.5的表面处理等级；2.环氧冷缠带施工对表面处理后的套管先涂底胶，厚度＞2mm，均匀在支架上旋转，拉紧冷缠带，压边一定宽度缠绕，再涂表面定型胶，压边处边压边涂胶；3.防腐套管检测环氧冷缠带施工完成完全固化后，采用高压电火花仪在一定电压等级下逐根检测每根套管均不得有漏电，如发现漏电位置应予返工，检测合格后套管进行防紫外线损伤贮存；4.阳极安装将装阳极的套管先表面处理，再涂液体环氧煤沥青底漆200μm，待套管实干后装入阳极，定位后，紧固，阳极圆周设置辅助接线点，用平头钻头打磨，再上紧顶丝，而后用固化剂密封全部接线点，其余未安装阳极管部位再涂环氧煤沥青面漆，其厚度＞200μm，装阳极的套管采用环氧煤沥青防腐层，未装锌阳极的套管采用环氧冷缠带防腐层。
5.阳极安装检测用数字万用表测试阳极接线点与管体之间电阻小于规定电阻(＜0.01Ω)为合格。
6.防腐套管吊装、运输及存储防腐套管装车时，套管层之间，尽量减少损伤，安装有阳极套管不得与防腐套管混装，需与无涂层套管一起装车；7.井场套管补口井场套管排列后，破损处用TDK-01快速修补剂进行补口；8.下井补口每根套管上扣下井时，要用水下固化修补剂修补大钳咬伤套管处，TDK-01修补剂由甲、乙组份混合搅拌，当套管紧扣完成后，用棉纱擦去表面泥浆，再将修补剂刷在大钳咬伤的母扣、接箍和管体处，在井上操作时只需45秒到1分钟的时间就可实现。
经以上八个步骤完成防腐套管加工入井等全部流程，套管一次下入井中经环氧冷缠带和锌阳极联合作用实现了套管有效防腐，其寿命达到＞22年。
本发明的技术特点及优点在于1、防腐可靠性高，在油水井套管上首次实现了环氧冷缠带和锌阳极两种防腐技术的结合进行防腐，充分发挥了两防腐技术的互补效应，大大提高了套管防腐可靠性。根据2003年在长庆西峰油田起出的4口井(董79-52、西30-25、西28-14和西25-19)的防腐套管验证，实际防腐层完好无破损，锌阳极与套管连接紧固无松动，钻井大钳咬伤处的固化修补剂密封完好。2、一次施工完成防腐，无须人员后期管理维护，外加电流阴极保护工艺需定员日常运行维护，定期检修仪器设备。3、经济性好。单井投资仅6～7万元(防腐段长度达1000～1200米，井深1700～2200米油水井)，采用13Cr以上不锈钢合金套管价格是普通采用碳钢套管的5倍；外加电流阴极保护工艺的初期投资加上后期管理维护费用单井综合费用可达13万元；水泥上返分级固井技术要钻水泥塞、换钻具，延长完井时间，总体增加费用30万元/井；多下一层套管，要增加35万元投资(以上测算以长庆油田同等地区同等井为标准)。4、适应范围广。特别适应于油田地下易漏失、渗透率高、水层厚、水量大的套管严重外腐蚀损坏情况，以及边远地区、沙漠地区、环境恶劣人员难管理等地区，克服了外加电流阴极保护工艺需电源供应的问题。
图1套管卡子主剖视图。
图2套管卡子左视图。
图3卡牙局部放大图。
图4丝帽主剖视图。
图5丝帽左视图。
具体实施例方式
实施例1本发明针对长庆西峰油田井深情况，设计了满足该地区防腐要求的环氧冷缠带锌阳极套管防腐工艺方案，2003年在长庆西峰油田推广应用了315口井，具体实施方案包括以下7个步骤1、防腐原料检验根据环氧煤沥青、环氧冷缠带和锌阳极的技术标准，对购入的这三种产品进行检验，以满足产品技术指标(环氧煤沥青、环氧冷缠带由厂家生产完成，锌牺牲阳极的杂质元素成分含量按
2、套管检验对油田质检后合格的套管，在防腐施工前逐根检查管材有无变形、弯曲，表面有无坑、微孔等缺陷，有缺陷管不得使用。
3、套管环氧冷缠带施工先在套管母接箍和公扣端面至管体各预留500mm不缠绕，作为吊装、大钳施工用，预留段采用液体环氧煤沥青底漆与面漆二层，厚度300μm处理。首先对采用喷砂除锈装置进行套管表面处理达到Sa2.5级。然后采用专用配套冷缠带缠绕时先涂底胶，厚度＞2mm，均匀在支架上旋转，拉紧冷缠带，压边宽度≥8mm，均匀、匀速进行，再涂表面定型胶，不得有漏涂点。压边处边压边涂胶(采用液体环氧煤沥青时先涂底漆，待实干后，再涂面漆200μm，用丙纶带0.4mm厚缠绕，表面再涂一次面漆，方法同环氧冷缠带)。
4、套管环氧冷缠带防腐层检测冷缠带缠绕完成24小时后，采用高压电火仪在2500V电压等级下逐根检测每根均不得有漏电，如发现漏电位置应予返工；5、阳极安装与检测经表面处理后的套管，涂液体环氧煤沥青底漆200μm，待实干后装入阳极，防腐套管中阳极基本分布为每100m一组，每组5支，规格Φ168×Φ142×500mm，定位后，将锁紧卡牙面位置用砂纸打磨，在阳极的锁紧卡子上好后，再上丝帽，而后紧固，在阳极接线点用TDK-01水下固化修补剂密封，其余未安装阳极管部位再涂环氧煤沥青面漆200μm，最后用TD-830数字万用表测试阳极接线点与管体之间电阻＜0.01Ω为合格；6、防腐套管存贮、吊装和运输将防腐套管完全实干后堆放贮存(夏季要避免紫外线损伤)；防腐套管吊装要求采用3/4″钢丝绳，穿高压胶管制作的专用吊带进行吊装；防腐套管装车时，套管层之间要用草袋垫保护，尽量减少损伤，车辆要求大型车平装，安装有阳极套管不得与防腐套管混装，需与无涂层套管一起装车，必须使用专用吊带用吊车进行吊卸，严禁人工撬、滚，野蛮卸车；7、防腐套管下井套管拉到井场后在井场排列整齐，逐根检查，破损处用TDK-01快速修补剂进行二次补口，在下套管前必须通井，然后套管上钻台，最后每根套管上扣后，在大钳咬伤处迅速用TDK-01水下修补剂补口后下套管。
至此油水井套管防腐过程全部完成。
通过对套管保护电位的检测，全部防腐油水井在防腐电位达到国际防腐蚀电位标准(即小于-0.85V)，同时采用井下电位剖面测井仪检测环氧冷缠带锌阳极套管防腐井，试验结果表明套管井下剖面电位差趋近于0mV，这说明套管腐蚀电流很小(接近于零)，该防腐工艺效果较好。
实施例2本技术发明原型在1993年试验的套管手镯式铝牺牲阳极加环氧煤沥青涂层外防腐工艺，当时采用的防腐材料是铝阳极和环氧煤沥青，而随着材料技术的进步，现在采用的环氧冷缠带防腐层的机械、耐蚀性能已有很大提高，锌阳极更适合长庆洛河水腐蚀介质的环境，1993年7月采用铝阳极材料加环氧煤沥青涂层外防腐工艺，分别在长庆采油二厂华池和岭南作业区施工了2口井(新华38-13距原华38-13井平面4米、新南29-22井距原南29-22井10米)，10年来这两口井仍正常生产(设计寿命27-34年)。原井与更新井对比新华38-13井已超过原井寿命2倍(见表2)。
表2 2口井防腐效果指标参数表
权利要求
1.一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于采用防腐涂层隔绝套管外部腐蚀介质与牺牲阳极极化给套管提供保护电流相结合的工艺。
2.根据权利要求1所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于防腐涂层采用环氧煤沥青和环氧冷缠带。
3.根据权利要求1所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于牺牲阳极为锌合金，各成分含量按重量百分比为Fe0.0023％、Cu0.005％、Pb0.0044％、Si＜0.01％、Al0.55％、Cd0.072％、其余为Zn。
4.根据权利要求1所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于牺牲阳极规格为Φ168×Φ142×500。
5.根据权利要求1所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于牺牲阳极基本分布为每100m一组，每组5支。
6.根据权利要求1所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于装牺牲阳极的套管采用环氧煤沥青防腐层，未装牺牲阳极的套管采用环氧冷缠带防腐层。
7.根据权利要求1所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于牺牲阳极采用由套管卡子和丝帽组成的锁紧装置固定在套管上。
8.根据权利要求6所述的一种油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于锁紧装置的套管卡子由外螺纹1、卡牙2和阳极固定圆孔3组成，开口槽4沿圆周分布，起紧缩弹性作用，外螺纹起着与丝帽的连接作用，卡牙结构呈锥形，具有弹簧功能。
全文摘要
本发明涉及一种应用环氧冷缠带和锌阳极相结合的油田油水井套管外防腐工艺，其特征在于采用防腐涂层和环氧冷缠带隔绝套管外部腐蚀介质与牺牲阳极极化给套管提供保护电流相结合的工艺，防腐涂层采用环氧煤沥青和环氧冷缠带，牺牲阳极为锌合金，各成分含量按重量百分比为Fe0.0023％、Cu0.005％、Pb0.0044％、Si＜0.01％、Al0.55％、Cd0.072％、其余为Zn，规格为Φ168×Φ142×500，分布为每100m一组，每组5支，由锁紧装置固定在套管上，该工艺适应于油田地下易漏失、渗透率高、水层厚、水量大的套管严重外腐蚀损坏情况，以及边远地区、沙漠地区、环境恶劣人员难管理地区，克服了外加电流阴极保护工艺需电源供应的问题。
文档编号C23F15/00GK1786278SQ20041009710
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者杨全安, 杨海恩, 王林平, 任建科, 程碧海, 李琼伟, 崔占江, 裴润有, 吴宗福 申请人:中国石油天然气股份有限公司