一种井口缓蚀剂雾化加注工艺及装置的制作方法

本发明属于油气井安全技术领域，具体涉及一种井口缓蚀剂雾化加注工艺及装置。

背景技术：

在油气开采过程中，油套管柱是油气从井底运移到地面的主要生产通道。由于生产井井底处于高温高压状态，这会使得井下CO₂/H₂S腐蚀性气体或井下蒸气发生膨胀向上运动，窜入油套环空给油套管造成腐蚀损伤而破坏井筒的完整性，从而可降低井下管柱的服役寿命及危及井筒的生产安全。目前，加注缓蚀剂是油套环空保护的主要技术措施之一，通常缓蚀剂由油套管环空注入，从油管返出，使缓蚀剂吸附在油套管表面形成一层保护膜，用来隔绝腐蚀介质与井下管柱的直接接触，从而达到保护井下管柱和井筒完整性的目的。

但是，上述这种注缓蚀剂加注的方法存在如下缺点：一、缓蚀剂涂抹受不同类型井段的影响，缓蚀剂对套管内壁和油管外壁不能完全覆盖，并且缓蚀剂不涂抹均匀，其膜的完整性较差；二、该方法对缓蚀剂的用量较大，使得井下管柱腐蚀防护的成本增加。

为解决上述问题，本发明提供了一种井口缓蚀剂雾化加注工艺及装置，该工艺采用本发明所提供的公式可对施工时缓蚀剂的用量进行较为准确计算，所需的缓蚀剂在防腐离心泵的压力下经过雾化喷嘴雾化喷出进入环空，使缓蚀剂在重力的作用下沿环空向下运动，再从油管返出，从而在套管内壁和油管内外壁上形成一层均匀的保护膜。因此，本发明能够很好地解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对油气井油套环空缓蚀剂加注技术的不足，而提供一种能够将缓蚀剂雾化，从而减少缓蚀剂用量和经济成本的缓蚀剂雾化加注工艺及装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种井口缓蚀剂雾化加注工艺，其特征在于：该工艺根据井深、油套管规格、缓蚀剂膜的有效厚度、缓蚀剂浓度、单井日产量以及连续加注周期，对施工时加注缓蚀剂的用量采用如下公式(#)进行计算：

M＝M₁+M₂ (#)

M₁＝3.14kρdH(D₁+D₂+D₃)×10^-9 (％)

M₂＝TCW_e×10^-3 (&)

式中，M为所需缓蚀剂的加注总量，kg；M₁为缓蚀剂预膜所需的用量，kg；M₂为缓蚀剂连续加注所需的用量，kg；k为缓蚀剂预膜的加注系数，取1.5～2.0；d为缓蚀剂膜的有效厚度，μm；H为井深，m；ρ为缓蚀剂的密度，kg/m³；D₁为套管的内径，mm；D₂为油管的外径，mm；D₃为油管的内径，mm；T为连续加注周期，取20～80d；C为缓蚀剂浓度，mg/L；W_e为单井日产量，m³；

施工时储液罐中所需的缓蚀剂由防腐离心泵输送给环形体，并且通过环形体的分流作用分给四个雾化喷嘴，缓蚀剂在防腐离心泵的压力下通过四个雾化喷嘴雾化至油套环空，雾化后的缓蚀剂在重力的作用下沿环空向下流动，再随油气从油管返出，在套管内壁和油管内外壁上形成一层均匀的保护膜。

本发明还提供了一种井口缓蚀剂雾化加注工艺的装置：储液罐的一端与过滤器连接，过滤器的另一端与阀门连接，阀门的另一端与流量计A连接，流量计A的另一端与防腐离心泵连接，防腐离心泵的另一端通过三通接头将管路分成两支：一支通过管线依次连接调压阀A、流量计B和连接杆A，连接杆A的另一端通过O型密封圈A与环形体的一端连接，另一支通过管线依次连接调压阀B、流量计C和连接杆B连接，连接杆B的另一端通过O型密封圈B与环形体的另一端连接，四个雾化喷嘴通过O型密封圈C的密封固定在环形体的下表面上；所述的环形体装在套管头和油管头之间，装在环形体下表面上的四个雾化喷嘴位于油管和套管环空的环形中线上。

进一步的，所述的连接杆A和连接杆B的大小相同，两者在一直线上排列并且两者的连线经过环形体的中心。

进一步的，所述的环形体内部设有两段大小相同的弧形流道A和弧形流道B，两者位于环形体内部的环形中线上，弧长为环形中线长度的1/4，且两者的截面呈正方形；所述的弧形流道A的两端设有雾化喷嘴安装孔A1和雾化喷嘴安装孔A2，两者穿透环形体的下表面与弧形流道A连通；所述的弧形流道B的两端设有雾化喷嘴安装孔B1和雾化喷嘴安装孔B2，两者穿透环形体的下表面与弧形流道B连通；所述的雾化喷嘴安装孔A1、雾化喷嘴安装孔A2、雾化喷嘴安装孔B1和雾化喷嘴安装孔B2四者大小相同并且位于环形体下表面的环形中线上，且均匀分布。

进一步的，所述的雾化喷嘴由不锈钢材质制作而成，其雾化喷角为30～80°，产生雾化的压降为0.2～1MPa。

利用本发明对井口缓蚀剂雾化加注的步骤如下：

A、准备足量的缓蚀剂加入储液罐中，采用如权利要求1所述的公式(％)对缓蚀剂的预膜量进行估算；

B、打开阀门，先通过滤器过滤缓蚀剂，通过流量计A计量，然后通过防腐离心泵增压，通过环形体进行分流，最后通过四个雾化喷嘴雾化至油套环空；

C、将调压阀A和调压阀B调节到同一指定压力下，使四个雾化喷嘴对缓蚀剂持续雾化，缓蚀剂流入井底后再随油气从油管返出；

D、当流量计A累计达到预膜指定的剂量时，关闭防腐离心泵、阀门和过滤器，完成缓蚀剂的预膜施工；

E、对一个连续加注周期内缓蚀剂的用量采用如权利要求1所述的公式(&)进行估算，再根据所需的缓蚀剂用量和指定的缓蚀剂浓度，准备足量的缓蚀剂溶液加入储液罐中；F、重复步骤B～C进行缓蚀剂连续加注，一个连续加注周期后关闭防腐离心泵、阀门和过滤器；

G、根据现场实际生产情况每个周期重复步骤A～F一次。

本发明与常规缓蚀剂加注方法相比，具有以下优点：

(1)本发明中，安装了精细雾化喷嘴，可使缓蚀剂对套管内壁和油管外壁完全覆盖，并且缓蚀剂涂抹均匀，缓蚀剂膜的完整性较好。

(2)本发明中，提供了针对缓蚀剂雾化预膜和连续加注用量的计算公式，可对缓蚀剂的加量进行较为准确的计算，可有效地减少对缓蚀剂的用量，从而节约了井下管柱腐蚀防护的成本。

(3)本发明中，该缓蚀剂雾化工艺的效果不受不同井段类型的影响，而且该工艺还能够有效地减少缓蚀剂加注时给井底所带来的杂质。

附图说明

图1是实现本发明的主要装置结构流程图。

图2是本装置的环形体和雾化喷嘴的安装示意图。

图3是本装置油套环空中雾化喷嘴的分布示意图。

图4是本装置环形体及连接杆的外部结构示意图。

图5是本装置环形体及连接杆的内部结构示意图。

图6是本装置环形体与连接杆之间的连接示意图。

图7是本装置环形体内部弧形流道的截面示意图。

图8是本装置雾化喷嘴在环形体上的安装示意图。

图9是本装置不锈钢材质雾化喷嘴的外部结构示意图。

图中：1-储液罐，2-过滤器，3-阀门，4-流量计A，5-防腐离心泵，6-套管头，7-油管，8-调压阀A，9-流量计B，10-连接杆A，11-弧形流道A，12-雾化喷嘴安装孔A1，13-雾化喷嘴安装孔A2，14-调压阀B，15-流量计C，16-连接杆A，17-弧形流道B，18-雾化喷嘴安装孔B1，19-雾化喷嘴安装孔B2，20-环形体，21-套管头螺栓插孔，22-套管，23-技术套管，24-表层套管，25-雾化喷嘴，26-油管头，27-采气树，28-雾化面积，29-O型密封圈A，30-O型密封圈B，31-O型密封圈C，32-环形喷头。

具体实施方式

结合本发明附图和具体实施方式进行详细描述。

(a)安装

如图1、图2和图6所示，该装置储液罐(1)的一端与过滤器(2)连接，过滤器(2)的另一端与阀门(3)连接，阀门(3)的另一端与流量计A(4)连接，流量计A(4)的另一端与防腐离心泵(5)连接，防腐离心泵(5)的另一端通过三通接头将管路分成两支：一支通过管线依次连接调压阀A(8)、流量计B(9)和连接杆A(10)，连接杆A(10)的另一端通过O型密封圈A(29)与环形体(20)的一端连接，另一支通过管线依次连接调压阀B(14)、流量计C(15)和连接杆B(16)连接，连接杆B(16)的另一端通过O型密封圈B(30)与环形体(20)的另一端连接，四个雾化喷嘴(25)通过O型密封圈C(31)的密封固定在环形体(20)的下表面上；所述的环形体(20)装在套管头(6)和油管头(26)之间，装在环形体(5)下表面上的四个雾化喷嘴(25)位于油管(7)和套管(22)环空的环形中线上。

如图4所示，进一步的，所述的连接杆A(10)和连接杆B(16)的大小相同，两者在一直线上排列并且两者的连线经过环形体(20)的中心。

如图5所示，所述的环形体(20)内部设有两段大小相同的弧形流道A(11)和弧形流道B(17)，两者位于环形体(20)内部的环形中线上，弧长为环形中线长度的1/4，且两者的截面呈正方形；所述的弧形流道A(11)的两端设有雾化喷嘴安装孔A1(12)和雾化喷嘴安装孔A2(13)，两者穿透环形体(20)的下表面与弧形流道A(11)连通；所述的弧形流道B(17)的两端设有雾化喷嘴安装孔B1(18)和雾化喷嘴安装孔B2(19)，两者穿透环形体(20)的下表面与弧形流道B(17)连通；所述的雾化喷嘴安装孔A1(12)、雾化喷嘴安装孔A2(12)、雾化喷嘴安装孔B1(18)和雾化喷嘴安装孔B2(19)四者大小相同并且位于环形体(20)下表面的环形中线上，且均匀分布。

如图8、图9所示，进一步的，所述的雾化喷嘴(25)由不锈钢材质制作而成，其雾化喷角为30～80°，产生雾化的压降为0.2～1MPa。

(b)加注工艺

该工艺根据井深、油套管规格、缓蚀剂膜的有效厚度、缓蚀剂浓度、单井日产量以及连续加注周期，对施工时加注缓蚀剂的用量采用如下公式(#)进行计算：

M＝M₁+M₂ (#)

M₁＝3.14kρdH(D₁+D₂+D₃)×10^-9 (％)

M₂＝TCW_e×10^-3 (&)

式中，M为所需缓蚀剂的加注总量，kg；M₁为缓蚀剂预膜所需的用量，kg；M₂为缓蚀剂连续加注所需的用量，kg；k为缓蚀剂预膜的加注系数，取1.5～2.0；d为缓蚀剂膜的有效厚度，μm；H为井深，m；ρ为缓蚀剂的密度，kg/m³；D₁为套管(22)的内径，mm；D₂为油管(7)的外径，mm；D₃为油管(7)的内径，mm；T为连续加注周期，取20～80d；C为缓蚀剂浓度，mg/L；W_e为单井日产量，m³；

施工时储液罐中所需的缓蚀剂由防腐离心泵(5)输送给环形体(20)，并且通过环形体(20)的分流作用分给四个雾化喷嘴(25)，缓蚀剂在防腐离心泵(5)的压力下通过四个雾化喷嘴(25)雾化至油套环空，雾化后的缓蚀剂在重力的作用下沿环空向下流动，再随油气从油管(7)返出，在套管(22)内壁和油管(7)内外壁上形成一层均匀的保护膜。

利用本发明对井口缓蚀剂雾化加注的步骤如下：

A、准备足量的缓蚀剂加入储液罐(1)中，采用如权利要求1所述的公式(％)对缓蚀剂的预膜量进行估算；

B、打开阀门(3)，先通过滤器(2)过滤缓蚀剂，通过流量计A(4)计量，然后通过防腐离心泵(5)增压，通过环形体(20)进行分流，最后通过四个雾化喷嘴(25)雾化至油套环空；

C、将调压阀A(8)和调压阀B(14)调节到同一指定压力下，使四个雾化喷嘴(25)对缓蚀剂持续雾化，缓蚀剂流入井底后再随油气从油管(7)返出；

D、当流量计A(4)累计达到预膜指定的剂量时，关闭防腐离心泵(5)、阀门(3)和过滤器(2)，完成缓蚀剂的预膜施工；

E、对一个连续加注周期内缓蚀剂的用量采用如权利要求1所述的公式(&)进行估算，再根据所需的缓蚀剂用量和指定的缓蚀剂浓度，准备足量的缓蚀剂溶液加入储液罐(1)中；

F、重复步骤B～C进行缓蚀剂连续加注，一个连续加注周期后关闭防腐离心泵(5)、阀门(3)和过滤器(2)；

G、根据现场实际生产情况每个周期重复步骤A～F一次。