酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置的制作方法

本实用新型涉及气井设备维护技术领域，具体涉及一种酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置及其使用方法。

背景技术：

在酸性气田开采的过程中，天然气中通常会含有硫化氢、元素硫、二氧化碳、水、溶解氧等具有腐蚀性或加速管道腐蚀的物质，与生产管柱内壁接触导致生产管柱会发生腐蚀作用。特别是硫化氢对金属的腐蚀作用最为强烈，不仅有电化学腐蚀，还有氢脆现象。随着开采时间的增长，生产管柱内壁腐蚀情况进一步加深，导致生产管柱腐蚀变薄、穿透，甚至出现脱落现象，严重影响生产效率，造成巨大的经济损失。

对生产管柱内壁注入抗腐蚀介质能够有效降低硫化氢等物质的腐蚀作用，传统的方式一般是使缓蚀剂均匀地分布到被保护设备的各个部位上，为此，常常事先用稀释剂将缓蚀剂溶解、调匀，然后采用压力设备如泵将缓蚀剂注入井下，使其均匀分布到管道和其他井下工具表面，对于未加封隔器的油套环空，采用连续或者间歇泵的方式，对环空进行泵注，缓蚀剂到达环空底部后通过采出的油气流体被带入油管，并向上均匀分布在油管内壁。

但在实际施工中，由于生产管柱位于地下深达数百甚至数千米，传统的抗腐蚀介质注入方式存在成本较高、涂抹不均匀、有大量未喷抹区域等问题，且大多只适用于新下生产管柱和发现腐蚀后的生产管柱腐蚀控制。为了解决抗腐蚀介质涂抹不均匀、抗腐蚀介质用量大、涂抹效率低下等问题，必须设计出一种能够有效提高生产管柱内壁抗腐蚀介质涂抹效率，且适宜长期使用的自动涂抹技术。通过调研以及大量的数值仿真计算，发现在抗腐蚀介质和采出气体的流体中注入适当大小的球体，能够显著改善抗腐蚀介质在生产管柱内壁面的粘附效果。基于以上技术背景，实用新型了一种酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹技术及装置，通过注入球以提高抗腐蚀介质喷涂效率、减少未喷抹区域和使涂抹更均匀，并充分利用采出气体的动能实现全井段的均匀喷涂。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提供了一种酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置及方法，能够在地面上实现和控制抗腐蚀介质在生产管柱内壁面的喷涂，操作方便简单，可以有效解决背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置，包括抗腐蚀介质注入系统、涂抹球注入系统、涂抹控制及回收处理系统、改进采气树；所述改进采气树为自上而下连接的两个小四通法兰和一个大四通法兰；

所述抗腐蚀介质注入系统包括抗腐蚀介质存储罐、注入泵、环空高压源、流量计、压力表、地面注入管线、井下抗腐蚀介质注入短节；所述介质存储罐通过注入泵与环空高压源并联到地面注入管线，再通过流量计连接改进采气树最下端的大四通法兰，流量计和采气树之间设有压力表，井下抗腐蚀介质注入短节安装在生产管柱底部；

所述涂抹球注入系统包括智能球、投球筒、井下挡球短节；所述投球筒连接在改进采气树中间的小四通法兰上，井下挡球短节安装在生产管柱底部，在注入短节上方；

所述涂抹控制及回收处理系统包括气流流速及智能球运动控制装置、电脑控制单元、分离回收装置；气流流速及智能球运动控制装置安装在分离回收装置与改进采气树中间的小四通法兰连接的管线中，电脑控制单元连接并控制气流流速及智能球运动控制装置；

所述抗腐蚀介质注入系统通过生产管柱和套管之间的环空向下注入抗腐蚀介质，抗腐蚀介质通过井下抗腐蚀介质注入短节进入生产管柱内。

进一步的，所述改进采气树相比常规采气树，在原大四通法兰和小四通法兰中间串接了一个小四通法兰，中间的小四通法兰左右两端分别设有阀组B和阀组C，分别用来连接投球筒和分离回收装置，作为投球和回收处理的通道；大四通左端设有阀组E，用于连接抗腐蚀介质注入系统，用来向生产管柱和套管之间的环空注入抗腐蚀介质。

进一步的，所述注入短节串接在井下封隔器上方的生产管柱段，注入短节中部设有向外侧加厚的扩径段，在扩径段设置有由外向内流通的单向阀，只允许抗腐蚀介质从生产管柱和套管之间的环空流入生产管柱内，不允许逆向流动，单向阀数量为至少一个。

进一步的，所述涂抹球注入系统的投球筒设置有密封盖，智能球投入以后关上密封盖，能够有效密封，保证智能球在改进采气树中顺利下落。

进一步的，所述涂抹球注入系统的井下挡球短节串接在井下抗腐蚀介质注入短节上方的生产管柱段，井下挡球短节中部设有向内侧加厚的缩径段，智能球直径大于缩径段内径。

进一步的，所述气流流速及智能球运动控制装置和电脑控制单元采用无线或有线通信方式。

进一步的，所述涂抹控制及回收处理系统的气流流速及智能球运动控制装置内设置有流量控制阀，能够控制流体的流速，从而达到控制智能球的运动方向和速度，该装置还内置有信号接收器以及信号发射器，能够和电脑控制单元实时传输，其安装方式和位置采用本领域通用的方法。

进一步的，所述分离回收装置侧面上端设有分离回收装置出口1#，所流出的主要为采出气体，直接连接到采气干线上，所述分离回收装置侧面下端设有分离回收装置出口2#，主要用于抗腐蚀介质的回收，所述分离回收装置底端设有分离回收装置出口3#，用于智能球的回收。

进一步的，所述智能球的内部设置有信号发射装置，气流流速及智能球运动控制装置可以通过智能球所发出信号的强弱以进行位置、速度等参数的监测和传输。

本实用新型还提供一种使用酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置的方法，具体操作如下：

1)首先进行酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置的安装，对改进采气树进行组装，并分别连接抗腐蚀介质注入系统、涂抹球注入系统、涂抹控制及回收处理系统，对生产管柱加装井下抗腐蚀介质注入短节和井下挡球短节，完成后应按照抗腐蚀介质注入系统、涂抹球注入系统、涂抹控制及回收处理系统三个部分的连接情况进行安装和调试；

2)使用时，首先通过抗腐蚀介质注入系统进行抗腐蚀介质的注入；当井下抗腐蚀介质注入短节的单向阀打开后，通过涂抹球注入系统投放智能球，井下挡球短节可以防止智能球落入井底；当智能球一进入生产管柱内，涂抹控制及回收处理系统的气流流速及智能球运动控制装置就开始工作，通过调节气流流速来控制智能球的运动状况，使其按照所需速度向上移动或反复上下移动，以提高抗腐蚀介质的涂抹效果；分离回收装置在作业过程中会起到分离采出气体和抗腐蚀介质的作用，并在作业完成后进行智能球的回收；

3)涂抹作业完成后，只需要关闭和开启相应的阀门即可恢复正常的采气作业，下一次的抗腐蚀介质注入作业将不在需要重新安装设备，即该装置及方法可以实现酸性气井不动管柱、定期或不定期多次作业，减少生产管柱腐蚀损坏几率，安全、快速、低成本地延长管柱使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过设置抗腐蚀介质注入系统、涂抹球注入系统、涂抹控制及回收处理系统，实现智能球的投送和回收以及抗腐蚀介质的注入和分离回收；

2、智能球会直接改变混合流体的流动状态，使抗腐蚀介质更多的与管壁接触，从而提高生产管柱内壁的缓蚀剂喷涂效果，流速及球控制装置可以控制智能球运动方向及速度，在需要的时候可以使智能球在生产管柱中往复运动，最大限度提高生产管柱内壁的抗腐蚀介质喷涂效果；

3、分离装置不仅能够起到回收球的作用，还可以分离出混合流体中的抗腐蚀介质，保证不对后续工艺流程造成影响；

4、整套装置和技术均最大化利用原有设备进行改造，对正常作业的影响较小，实现了对酸性气井不动管柱的定期或不定期多次喷涂作业，可以有效保护生产管柱、减少安全隐患、提高经济效益，适宜一次安装后长期使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为井下注入短节的结构示意图；

图3为图2的B-B剖面结构示意图；

图4为图3的I处局部放大图；

图5为井下挡球短节的结构示意图；

图6为图5的A-A剖面结构示意图；

图7为装置阀门编号示意图；

图8为生产管柱内流体随球运动的速度矢量示意图。

图1中：1-改进采气树；2-抗腐蚀介质存储罐；3-注入泵；4-环空高压源；5-流量计；6-压力表；7-地面注入管线；8-井下抗腐蚀介质注入短节；9-智能球；10-投球筒；11-井下挡球短节；12-气流流速及智能球运动控制装置；13-电脑控制单元；14-分离回收装置；141-分离回收装置出口1#；142-分离回收装置出口2#；143-分离回收装置出口3#；15-生产管柱；16-套管；17-井下封隔器；40-井底；41-储层；42-地面；生产管柱、套管、井下封隔器、注入短节、井下挡球短节均在地面以下，其他装置均在地面以上；改进采气树从上到下依次为两个小四通法兰和一个大四通法兰；流速及球控制装置和电脑主机之间的虚线表示两者通过无线或有线方式通信连接；分离回收装置出口1#中所流出的主要为采出气体，直接连接到采气干线上，分离回收装置出口2#主要用于抗腐蚀介质的回收，分离回收装置出口3#是智能球回收的通道。

图2、3、4中：18-注入短节公螺纹；19-注入短节母螺纹；20-外壁加厚段；21-单向阀；22-阀芯；23-弹簧；单向阀阀体集成在外壁加厚段，该段中心壁厚应满足单向阀长度要求，且加厚段为流线型，能减少流体对注入短节外壁的冲蚀；注入短节整体尺寸与生产管柱配对，可直接串接在生产管柱上。

图5、6中：24-井下挡球短节公螺纹；25-井下挡球短节母螺纹；26-内壁加厚段；内壁加厚段的内径应小于智能球的直径，且该段采用流线型，起到减少流体对井下挡球短节内壁冲蚀的作用；井下挡球短节整体尺寸与该段生产管柱尺寸相同，可直接串接在生产管柱上。

图7中：27-阀门A；28-阀组B；29-阀组C；30-阀门D；31-阀组E；32-阀门F；33-阀门G；34-阀门H；35-阀门I；36-阀门J；其中编号A～E的阀门和阀组均布置在改进采气树上，阀门F和G分别布置在地面注入管线的两条支线上，阀门H～J设置在分离回收装置上。

图8中：37-智能球外壁面；38-生产管柱内壁面；39-混合气体气流流线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图7所示，一种酸性气井生产管柱内壁抗腐蚀介质自动涂抹装置，包括抗腐蚀介质注入系统、涂抹球注入系统以及涂抹控制及回收处理系统三个部分，所述这三个部分均连接在改进采气树1上，所述抗腐蚀介质注入系统包括抗腐蚀介质存储罐2、注入泵3、环空高压源4、流量计5、压力表6、地面注入管线7、井下抗腐蚀介质注入短节8，所述涂抹球注入系统包括智能球9、投球筒10、井下挡球短节11，所述涂抹控制及回收处理系统包括气流流速及智能球运动控制装置12、电脑控制单元13、分离回收装置14，所述抗腐蚀介质注入系统通过生产管柱15和套管16之间的环空向下注入抗腐蚀介质，抗腐蚀介质通过井下抗腐蚀介质注入短节8进入生产管柱15内，井下抗腐蚀介质注入短节8和井下挡球短节11依次串接在井下封隔器17之上的生产管柱15段。所述改进采气树1相比常规采气树，在原大四通法兰和小四通法兰中间串接了一个小四通法兰，其左右两端阀组B28和阀组C29分别用来作为投球和回收处理的通道，大四通法兰左端阀组E31连接抗腐蚀介质注入系统，用来向生产管柱15和套管16之间的环空注入抗腐蚀介质，采气树其他部分的功能保持不变。所述抗腐蚀介质注入系统中的抗腐蚀介质存储罐2、注入泵3、环空高压源4、流量计5、压力表6均通过地面注入管线7连接在改进采气树1大四通法兰左端阀组E31上，所述注入短节8串接在井下封隔器17上方的生产管柱15段，其实质为增加环空处壁厚并设置有单向阀21的生产管柱短节，所设置单向阀21只允许抗腐蚀介质从生产管柱15和套管16之间的环空流入生产管柱15内，不允许逆向流动，所设置单向阀21可以为一个或者多个。所述涂抹球注入系统的投球筒10设置有密封盖，智能球9投入以后能够有效密封，保证智能球9在改进采气树1中顺利下落，所述涂抹球注入系统的井下挡球短节11串接在井下抗腐蚀介质注入短节8上方的生产管柱15段，其实质为增加内流道壁厚以阻拦球继续下落的生产管柱短节，不影响气体以及抗腐蚀介质的通过。所述涂抹控制及回收处理系统的气流流速及智能球运动控制装置12、分离回收装置14依次串接在改进采气树1的阀组C29右端，所述气流流速及智能球运动控制装置12和电脑控制单元13采用无线或有线通信方式。所述涂抹控制及回收处理系统的气流流速及智能球运动控制装置12内设置有流量控制阀，能够控制流体的流速，从而达到控制智能球9的运动方向和速度，该装置还内置有信号接收器以及信号发射器，能够和电脑控制单元13实时传输，信号接收器和信号发射器安装连接方法和普通信号收发器连接方法一致，设置有线接口和无线收发端口。所述智能球9的内部设置有信号发射装置，气流流速及智能球运动控制装置12可以通过智能球9所发出的无线电信号强弱以进行位置、速度等参数的监测和传输。

本实用新型的使用方法如下：

(1)该装置首先需要在气井下入生产管柱之前进行安装和调试：地下部分主要是将井下挡球短节11和井下抗腐蚀介质注入短节8串接在生产管柱15的井下封隔器17上部段。地面部分主要是对传统采气树进行修改，在原大四通法兰和小四通法兰中间串接了一个小四通法兰，其左右两端设置阀组B28和阀组C29分别用来作为投球和回收处理的通道，采气树其他部分的功能基本保持不变，不会影响正常的采气作业。抗腐蚀介质注入系统、涂抹球注入系统以及涂抹控制及回收处理系统三个部分按照本实用新型提供的方法进行安装和调试，以保证各部件功能的正常使用。

(2)安装调试完成后，需要进行的是抗腐蚀介质注入的操作：如图1和图7所示，关闭阀门A27，打开阀组C29和阀门J36，并确认阀门D30保持打开状态，确认阀门H34和阀门I35处于关闭状态，以保证采气作业的正常开展。打开阀组E31以及阀门F32，开启注入泵3，将抗腐蚀介质存储罐2中一定量体积的抗腐蚀介质泵入生产管柱15和套管16之间的环空，通过流量计5可以准确的控制注入抗腐蚀介质的体积，达到要求的注入体积后应关闭注入泵3以及阀门F22。打开阀门G33，将环空高压源4中的气体注入生产管柱15和套管16之间的环空，压力表6可以显示环空中的压力大小。当井下抗腐蚀介质注入短节8周围的环空压力与生产管柱15的内压达到一定压差后，将压开单向阀21，使先前注入环空中的抗腐蚀介质通过单向阀21进入生产管柱15内，此时应根据压力表6所显示的压力大小适当调整阀门F33开度，当最后一次涂抹作业完成时可以关闭阀门G33。

(3)然后进行涂抹球注入的相关操作：确认阀组B28处于关闭状态，打开投球筒10的密封盖，如图4所示将智能球9放入投球筒10并关闭好密封盖。打开阀门D和阀组B，并通过气流流速及智能球运动控制装置12调节气流流速，保证智能球9能平稳的下落到井下挡球短节11处。在确认智能球9已经进入生产管柱内后关闭阀组B28。

(4)随后进行抗腐蚀介质涂抹操作：气流流速及智能球运动控制装置12内设置有流量控制阀，能够控制气流的流速，从而达到控制智能球9的运动方向和速度，当智能球9落入井下挡球短节11时，如图8所示，气流流速及智能球运动控制装置12将自动上调气流流速，保证智能球9以一定的相对速度随流体向上运动，当智能球9运动到接近地面的位置时，气流流速及智能球运动控制装置12将自动下调气流流速，使智能球9再次向下运动，智能球9 的往复运动次数由生产管柱内壁抗腐蚀介质的涂抹层厚度要求来决定。气流流速及智能球运动控制装置12和电脑控制单元13之间采用无线或有线的通信方式，电脑控制单元13安装有相关计算和控制程序，可以对气流流速及智能球运动控制装置12提供的相关数据和信号进行分析和计算，比如流速、流量等。智能球9内部装有稳定强度的信号发射器，气流流速及智能球运动控制装置12可以根据智能球9发出信号的强弱并结合电脑控制单元13的计算程序得出智能球9的具体位置，从而适时调整气流流速，改变球的受力状态以及运动状态。

(5)抗腐蚀介质涂抹操作完成后进行的是智能球的回收以及抗腐蚀介质的回收：抗腐蚀介质与采出气体的分离其实一直在分离回收装置14中进行，采出气体和抗腐蚀介质的混合流体经阀组C29以及气流流速及智能球运动控制装置12进入分离回收装置14，利用不同流体的重力分异作用实现分离，采出气体经分离回收装置出口1#141进入采气干线，抗腐蚀介质则逐渐聚集到分离回收装置14下部。当智能球9最后一次上返后，气流流速及智能球运动控制装置12将不再下调流速，以保证智能球9顺利通过阀组C29和气流流速及智能球运动控制装置12落入分离回收装置14底部。智能球9落入分离回收装置14后应打开阀门A27，关闭阀组C29和阀门J36。放空分离回收装置14上部气体压力后，打开阀门I35，通过分离回收装置出口2#142排出下部的抗腐蚀介质以进行回收和处理。待抗腐蚀介质排净后关闭阀门I35，打开阀门H34，通过分离回收装置出口3#143取出智能球9并进行维护保养，收球完成后应关闭阀门H34。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

最后所应说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。