一种防腐套管管柱及其使用方法与流程

【技术领域】

本发明属于石油勘探开发领域，具体涉及一种防腐套管管柱及其使用方法。

背景技术：

在石油开发领域，在钻完井之后，套管投入生产，不可避免的会受到地层的外腐蚀和产出液的内腐蚀，一旦套管腐蚀穿孔，就会对油气生产造成致命影响。现有的防腐方法可分三类：(1)采取防腐技术：有环氧冷缠带外防腐技术，阴极保护外防腐技术，涂层保护技术和牺牲阳极防腐技术；(2)采取抗腐蚀管材达到防腐的目的；(3)加注缓蚀剂防腐技术。

有环氧冷缠带、套管外挂牺牲阳极，套管外涂层保护技术和阴极保护技术，技术成熟度高，成本低，但只能进行套管外防腐。套管内涂层防腐技术可以防止套管内腐蚀，但在通洗井和进行其它措施时会损伤涂层，导致防腐失效，现在油田套管内防腐上应用越来越少。加缓蚀进行套管内防腐，井口加注的缓蚀剂达到抽油泵处时，会被泵抽出地面，存在效率低下问题。采取抗腐蚀管材进行防腐，成本为普通套管的3-5倍，存在费用高的问题。

针对即存在外腐蚀又存在内腐蚀的油水井，现无经济有效的防腐措施，因此需要开展工艺技术研究，可以经济、高效的防止套管腐蚀。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种防腐套管管柱；本发明中的防腐套管管柱不仅可以达到解决内外防腐的问题，同时可以最大限度的降低成本，保证防腐效果。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种防腐套管管柱，包括上段碳钢套管和下部结构，上段碳钢套管和下部结构之间通过绝缘短节连接；下部结构为中段耐蚀套管和下段碳钢套管的组合件或下段耐蚀套管；上段碳钢套管和下段碳钢套管的材质均为普通碳钢，下段耐蚀套管为耐腐蚀钢材；上段碳钢套管和下段碳钢套管的外部均交错设置有环氧冷缠带和牺牲阳极。

本发明的进一步改进在于：

优选的，当下部结构为中段耐蚀套管和下段碳钢套管的组合件时，中段耐蚀套管和下段碳钢套管之间通过绝缘短节连接。

优选的，所述绝缘短节包括上部短节和下部短节，上部短节和下部短节通过螺栓固定连接；上部短节和被其连接的上部套管一体成型且材质相同；下部短节和被其连接的下部套管一体成型且材质相同。

优选的，上部短节的下表面和下部短节的上表面各自设置有密封环；上部短节的密封环为凸起结构，下部短节的密封环为凹槽结构，上部短节的密封环和下部短节的密封环相互配合。

优选的，所述密封环包括同圆心的内侧密封环和外侧密封环，内侧密封环的直径小于外侧密封环的直径。

优选的，上部短节和下部短节之间设置有密封垫片，所述密封垫片上设置有内部密封环和外部密封环，内部密封环设置在上部短节的内侧密封环和下部短节的内侧密封环之间，外部密封环设置在上部短节的外侧密封环和下部短节的外侧密封环之间。

优选的，当下部结构为中段耐蚀套管和下段碳钢套管的组合件时，中段耐蚀套管为一根或多根。

优选的，所述普通碳钢为j55套管或n80套管；所述耐腐蚀钢材为超级十三铬不锈钢。

一种上述的防腐套管管柱的使用方法，所述防腐套管管柱通过固井水泥环固定设置在油水井中；

当下部结构为下段耐蚀套管时，绝缘短节在泥岩层和水层交界处的下部，上部碳钢套管在泥岩层和水层交界处的上部；

当下部结构为中段耐蚀套管和下段碳钢套管的组合件时，上部的绝缘短节在泥岩层和水层交界处的下部，下部的绝缘短节在泥岩层和油层交界处的上部，整个中段耐蚀套管在泥岩层中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种防腐套管管柱，该管柱可为两段式套管结构，上段为普通碳钢套管，采用加环氧冷缠带加牺牲阳极，防止外防腐，下段为耐蚀管材套管，防止内、外腐蚀，中间采用绝缘短节连接，防止不同套管材质间产生电偶腐蚀；也可为三段式套管管柱结构，即：上段和下段采用普通碳钢套管，采用环氧冷缠带加牺牲阳极，防止外防腐；中段为耐蚀管材，防止内、外腐蚀，上下采用绝缘短节连接，防止不同套管材质间产生电偶腐蚀；该结构根据套管不同的位置采用不同的材质，在保证防腐效果的同时，能够最大限度的降低成本。

进一步的，下部结构为组合件时，其两种材质的连接处仍然采用绝缘短节连接，防止不同套管材质间产生电偶腐蚀。

进一步的，绝缘短节的上部分和上部套管的材质相同，下部分和下部套管的材质相同，使得在制作不同部分套管时，能够一体成型，增加连接力，绝缘短节的连接处通过螺栓固定连接，满足连接处的力学要求。

进一步的，上部短节和下部短节设置有相互配合的密封环结构，增加密封性能。

进一步的，密封环为直径不同的两个密封环，增加密封性能。

进一步的，上部短节和下部短节之间夹装有密封垫片，增强密封性的同时，能够有效阻止不同材质套管间产生电偶腐蚀。

进一步的，密封垫片上设置有密封环结构，用于和上部短节和下部短节上的密封结构配合。

进一步的，中段耐蚀套管能够为一根或多根，一根耐蚀套管可提供座封位置，同时也能控制成本，如果多根耐蚀套管，则可选择供座封位置更长，但费用会增加；具体能够根据实际情况进行调整选择。

本发明还公开了一种防腐套管管柱的使用方法，该方法根据防腐套管管柱的结构特点，将防腐套管管柱设置在油水井中不同的地方，能够阻隔外部腐蚀的碳钢套管设置在水层及油层中；能够防止内外腐蚀，且成本较高的耐蚀管材套管固定设置在泥岩层中，有效的起到防腐套管各个部分的作用。

【附图说明】

图1为本发明的两段式防腐套管管柱结构示意图；

图2为本发明的完井方式图；

图3为本发明的绝缘短节结构示意图；

图4为本发明的绝缘短节剖面结构示意图。

其中：1-固井水泥环；2-上段碳钢套管；3-过渡层；4-黄土层；5-水层；6-泥岩层；7-油层；8-绝缘短节；9-下段耐蚀套管；10-中段耐蚀套管；11-下段碳钢套管；12-密封环；8-1-上部短节；8-2-绝缘垫片；8-3-下部短节；12-1-内侧密封环；12-2-外侧密封环；12-3-内部密封环；12-4-外部密封环。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1和图2，本发明公开了一种防腐套管管柱，该管柱的组成有两种形式：两段式和三段式；该防腐套管管柱适用于油水井中，油水井包括从下到上依次堆叠的油层7、泥岩层6、水层5、过渡层3和黄土层4。

所述两段式套管管柱，包括上段碳钢套管2和下段耐蚀套管9，上段碳钢套管2的外部交错设置有环氧冷缠带和牺牲阳极，即上段碳钢套管2的外部设置有一节环氧冷缠带、一节牺牲阳极、一节环氧冷缠带、一节牺牲阳极…，以防止外防腐，下段耐蚀套管9采用耐腐蚀管材，防止内、外腐蚀；上段碳钢套管2和下段耐蚀套管9之间通过绝缘短节8连接，防止不同套管材质间产生电偶腐蚀。

所述三段式套管管柱结构，包括上段碳钢套管2、中段耐蚀套管10和下段碳钢套管11；上段碳钢套管2和下段碳钢套管11的外部交错设置有环氧冷缠带和牺牲阳极，布置方式如上所述，防止外防腐；中段耐蚀套管10采用耐腐蚀管材，防止内、外腐蚀；上段碳钢套管2和中段耐蚀套管10之间，以及中段耐蚀套管10和下段碳钢套管11之间均通过绝缘短节8连接，防止不同套管材质间产生电偶腐蚀。

无论是两段式套管管柱还是三段式套管管柱设置在油水井中时，其固井方式采用常规水泥固井，即在防腐套管管柱通过固井水泥环1固定在油水井中；对于两段式套管管柱固定设置在油水井中时，绝缘短节8在泥岩层6和水层5交界处的下部，上段碳钢套管2在泥岩层6和水层5交界处的上部。对于三段式套管管柱固定设置在油水井中时，上部的绝缘短节8在泥岩层6和水层5交界处的下部，下部的绝缘短节8在泥岩层6和油层7交界处的上部，整个中段耐蚀套管10在泥岩层6中。

对于上段碳钢套管2和下段碳钢套管11，其材质选用普通碳钢，如j55套管、n80套管等；下段耐蚀套管9和中段耐蚀套管10的耐蚀管材套管可为超级十三铬不锈钢，也可为其它耐腐蚀材料，满足套管纵向拉伸和内部承压的力学要求和生产措施要求即可。

参见图3和图4，所述绝缘短节8为法兰结构，绝缘短节8的内径和被其连接的碳钢套管或耐蚀套管的内径相同，绝缘短节8由三部分组成，分别为上部短节8-1、绝缘垫片8-2和下部短节8-3，上部短节8-1、绝缘垫片8-2和下部短节8-3同圆心；所述上部短节8-1和被连接的上部套管一体成型且材质相同，下部短节8-3和被连接的下部套管一体成型且材质相同，上部短节8-1下表面和下部短节8-3的上表面上各自设置有两个密封环12，密封环12包括内侧密封环12-1和外侧密封环12-2，内侧密封环12-1的直径小于外侧密封环12-2直径，内侧密封环12-1、外侧密封环12-2和上部短节8-1的截面同圆心，上部短节8-1的内侧密封环12-1和外侧密封环12-2均为凸起结构，下部短节8-3的内侧密封环12-1和外侧密封环12-2均为凹槽结构，所述凸起结构或凹槽结构的截面优选为u型结构；相对应的，上部短节8-1的内侧密封环12-1和下部短节8-3的内侧密封环12-1对应，即上部短节8-1的内侧密封环12-1能够插入在下部短节8-3的内侧密封环12-1中；上部短节8-1的外侧密封环12-2和下部短节8-3的外侧密封环12-2对应，即上部短节8-1的外侧密封环12-2能够插入在下部短节8-3的外侧密封环12-2中；为保证其绝缘效果，上部短节8-1和下部短节之间设置有绝缘垫片8-2，所述绝缘垫片8-2上设置有和内侧密封环12-1及外侧密封环12-2相匹配的两个密封环，分别为内部密封环12-3和外部密封环12-4，所述内部密封环12-3的直径小于外部密封环12-4且二者同心，为绝缘垫片8-2的圆心；内部密封环12-3的直径和内侧密封环12-1相同，外部密封环12-4的直径和外侧密封环12-2相同，内部密封环12-3和外部密封环12-4为上表面向下凹陷，下表面向下凸出的结构，用于和上部短节8-1和下部短节8-3中的密封环结构对应，使得内部密封环12-3的下部凸出结构能够插入至下部短节8-3的内侧密封环12-1中，上部短节8-1的内侧密封环12-1能够插入至内部密封环12-3的凹陷结构中；使得外部密封环12-4的下部凸出结构能够插入至下部短节8-3的外侧密封环12-2中，上部短节8-1的外侧密封环12-2能够插入至外部密封环12-4的凹陷结构中。上部短节8-1和下部短节8-3的边部通过若干螺栓连接，螺栓同时贯穿绝缘垫片8-2，使得螺栓和上部短节8-1及下部短节8-3的接触部分也采用垫片绝缘，一方面可以满足套管力学要求，另一方面可有效阻止不同材质套管间产生电偶腐蚀；所述螺栓在绝缘短节8上沿其周向等距离分布阵列。

本发明中当防腐套管管柱为三段式套管管柱结构时，中段耐蚀套管10可以为一根，也可为多根，当为多根时，多根之间通过丝扣连接，形成一根长的中段耐蚀套管10，所处位置在动液面以下，射孔段以上的产层的隔挡层或者泥岩层。

当动液面以下普通碳钢套管发生破损时，可将封隔器座封在中间耐蚀管材套管段，进行隔采，一方面可以阻止套管内液体倒灌产层，另一方面耐蚀管材所处隔挡层或者泥岩层，水泥固井后可防止上层液体管外串，提高封隔器座封的成功率。固井时将耐蚀套管下入油层段以上，出水层以下的泥岩层或者隔挡层。利用本发明两段式套管结构，可实现套管高效内外防腐。利用本发明三段式套管管柱结构及固井方法，可经济有效的实现套管内外防腐，即使防腐措施达到使用年限套破后，仍可实现封隔器隔采。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。