一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置的制作方法

1.本发明涉及油井采油技术领域，更具体地说涉及一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置。


背景技术：

2.油气井套管长期处于非保护状态，易于出现腐蚀变形、腐蚀破损等问题，且套管腐蚀后存在维修难度大、维修费用高等问题，严重时还可造成油气井报废，因此对油气井的套管腐蚀防护治理，是油气井腐蚀治理中的重点与难点。
3.目前已经有部分应用固体缓蚀剂作为主要防腐药剂，但将固体缓蚀剂投放至环空存在诸多难题，首先，投放通道仅有管阀门经过套管四通加入一条途径，目前海上尚无用于环空的固体药剂添加装置；此外，由于套管四通的内径只有2
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～2-1/16
″
，药剂添加及补给量稳定性差，使得添加固体药剂时极易堵塞添加通道；最后，从加药装置进入环空的固体药剂，很难均匀落入环空而常常会在某一点处聚集。因此需要研发一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置，从而改变传统防腐液灌注的工艺模式，为套管腐蚀防护治理提供新的工艺方法。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术中的不足，投放通道单一，目前海上尚无用于环空的固体药剂添加装置，套管四通内径小，药剂添加及补给的稳定性差，进入环空的固体药剂很难均匀落入环空，提供了一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置，通过机械部分与电控系统的配合使用，实现整个药剂添加过程的自动化控制，弥补了固体药剂添加的空白，提高了混合效率，降低了混合不均匀性及堵塞情况，提高了油气井腐蚀治理的机械化程度。
5.本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
6.一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置，包括机架、排药装置、混药装置、软管机构和电控系统，所述排药装置安装在所述机架上，所述混药装置设置在所述排药装置的下方，所述排药装置的出口与所述混药装置的入口相连通，所述软管机构的一端伸入所述混药装置内，所述软管机构的另一端伸入环空井的环空内，所述电控系统与监控系统相连，通过电控系统向监控系统反馈排药过程中的各类参数值，并排药装置的工作；
7.所述排药装置包括药箱、排药器外壳、送药组件和驱动组件，所述药箱的出口端与所述排药器外壳的入口端相连，且所述药箱和所述排药器外壳均设置在所述机架上，所述排药器外壳的出口端与所述混药装置的入口相连通，在所述排药器外壳内设置所述送药组件，所述驱动组件与所述送药组件相连，利用驱动组件驱动送药组件将药箱内的固体药剂缓慢且均匀的送入排药器外壳内；
8.所述混药装置包括入药漏斗、入药法兰、混药管和层流水管，所述入药漏斗的入口端与所述排药器外壳的出口端相连通，所述入药漏斗的出口端通过所述入药法兰与所述混药管上开设的入药口相连通，在与入药口相对一侧的所述混药管的侧壁上分别开设有油污
口和软管入口，所述混药管的首端安装有混药管道法兰，所述混药管的尾端与所述层流水管的出水口相连通，所述层流水管的入水口与层流泵的出水口相连，所述软管机构自所述混药管道法兰处伸入所述混药管内，最后由所述软管入口处经由抽水泵后伸入环空井的环空内。
9.所述送药组件包括abs送药轮、刚性连接器和排药轮轴，所述abs送药轮通过所述刚性连接器固定在所述排药轮轴上，且所述abs送药轮按照阿基米德螺旋线排列。
10.所述驱动组件包括扭矩传感器、磁粉制动器、速度传感器、排药器驱动电机、联轴器和轴承座，所述排药轮轴的一端贯穿所述排药器外壳的侧壁通过所述轴承座与所述扭矩传感器相连，所述扭矩传感器依次通过所述联轴器、所述磁粉制动器和所述速度传感器与所述排药器驱动电机的输出轴相连，所述速度传感器用于确定排药轮轴的旋转速度，并将速度信号传递至控制器，控制器通过函数运算，确定层流泵所需排水量，进行排水工作。
11.在所述药箱的侧壁上开设有检查窗，用于观察药箱内固体药剂的量以防止送药组件堵塞。
12.在所述混药管的内壁靠近所述油污口的一侧安装有超声波密度传感器，超声波密度传感器用于检测混药管内混合物密度情况以判断混合物的混合程度，并将混合程度信号传递至控制器，当混合物的混合程度较差、沉降多、局部密度差异大、不均匀性高时，控制器将下调层流泵的给水流量，以提高混合物的混合均匀度，减少沉降与集中点，在所述混药管道法兰处安装有接触电势传感器，混药管道法兰处的接触电势由于水位的上涨发生电阻值变化时，控制器收到上述变化信号，实时呈现于电子屏上，方便工作人员切换水流的抽取。
13.所述层流泵的入水口与供水系统相连，通过电控装置内的速度传感器和超声波密度传感器来确定层流泵的流速。
14.所述电控装置包括速度传感器、接触电势传感器、扭矩传感器、超声波密度传感器、控制器、磁粉制动器和层流泵。
15.所述速度传感器通过排药器驱动电机的旋转速度来确定层流泵初始水流量。
16.所述扭矩传感器用于监控排药轮轴的扭矩变化，当排药轮轴的扭矩信号超出阈值时，控制器发出警报，提醒操作人员出现排药异常情况，磁粉制动器接收到上述信号后进行制动指令，切断排药器驱动电机与排药轮轴之间的动力，以防止损坏。
17.所述软管机构采用3/8
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软管，所述3/8
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软管自所述软管入口处经由抽水泵后伸入环空井的环空内，所述3/8
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软管的下入深度取决于环空油污与海水的阻力，所述3/8
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软管下入深度的最大值为50m，加药过程中，将所述3/8
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软管上提至距所述混药管的水平轴线固定高度处，所述3/8
″
软管上提高度，取决于抽水泵的吸程，所述抽水泵的吸程为7m。
18.安装过程中，通过将套管四通法兰上的压力表拆下，所述混药管法兰通过螺栓与套管四通法兰相接，进而实现套管四通与混药管法兰连接的目的，通过混药管和套管四通将药剂输送至环空井的环空内的目的，进而实现随时防腐灌药操作。
19.若套管四通法兰无法打开，通过直接拆卸套管四通上的球阀部分，将所述混药管法兰与套管四通环空接口处的法兰相连，进而直通环空井的环空。
20.一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置的使用方法，按照下述步骤进行：
21.步骤1：将固体药剂添加装置通过混药管道法兰安装在管道四通法兰上，组成一药剂添加系统，在药箱中加入固体药剂，检查系统情况及各部件磨损情况，检查电控装置完整
度，准备进行工作；
22.步骤2:开启药剂添加系统后，3/8
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软管从软管入口进入混药管经由抽水泵伸入环空井的环空内，下入深度取决于环空油污与海水的阻力，下入深度的最大值为50m，供水系统首先与3/8
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软管相连后，开始注入清水，在水位上升的同时，使得管壁油污上浮，油水混合物进入混药管后，由油污口排出，待返出为清水后，关闭供水系统，同时关闭油污口；
23.将3/8
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软管上提至距混药管的水平轴线固定高度处，3/8
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软管上提高度，取决于抽水泵的吸程，现场常用的抽水泵吸程约为7m左右，保持3/8
″
软管始终在软管入口的内部，3/8
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软管与层流泵连接，抽吸清水直至将7m内水抽干，关闭吸层流泵；
24.打开混药管，将层流水管和层流泵与供水系统相连，开始加药作业，速度传感器确定排药轮轴的旋转速度，将上述旋转信号传递给控制器，控制器通过函数运算，确定层流泵所需排水量，进行排水工作，通过扭矩传感器监测排药轮轴的扭矩，并将实时扭矩信号传递给控制器，控制器将上述信号值与阈值进行对比，若超出阈值，则产生报警，此时磁粉制动器产生制动作用，切断动力，混合物向混药管的一端运动，途径超声波密度传感器，超声波密度传感器通过检测混合物的密度情况判断混合物的混合程度，并将上述混合信号传递给控制器，当混合程度较差、沉降多、局部密度差异大，不均匀性高时，此时控制器将下调层流泵的给水流量，提高混合均匀度，减少沉降与集中点，混药管道法兰处的接触电势传感器，接触电势由于水位的上涨发生电阻值变化时，控制器收到变化信号，实时呈现于电子屏上，方便工作人员切换水流的抽取等步骤，待液面到达混药管时，关闭供水系统，层流泵的出水口通过层流水管与混药管相连接，层流泵的入水口与供水系统相连，通过控制系统的速度传感器、超声波密度传感器来确定流速，打开抽水泵，通过3/8
″
软管抽吸环空井的环空内液体至7m内吸干，重复上述步骤直到药剂全部添加完毕；
25.步骤3：关闭药剂添加系统，清理机具，并将药剂添加系统的球阀关闭后，拆卸混药连接法兰，进行固体药剂添加装置的内部清洗，保证固体药剂添加装置的内部无残留药剂。
26.本发明的有益效果为：通过机械部分与电控系统的配合使用，实现整个药剂添加过程的自动化控制，弥补了固体药剂添加的空白，提高了混合效率，降低了混合不均匀性及堵塞情况，提高了油气井腐蚀治理的机械化程度；
27.通过采用排药器的阿基米德螺旋线式排列方法与电控的配合，实现了排药过程的均匀性，通过电控装置的适配过程，实现了混药的高效性，同时通过电控系统中的各类传感器的应用，增加了防腐工作与施药过程的有效性。
附图说明
28.图1是本发明的总装图；
29.图2是本发明的结构示意图；
30.图3是本发明中水循环结构示意图；
31.图4是本发明中排药器的结构示意图；
32.图5是本发明中混药器的结构示意图；
33.图中：1为药箱，2为机架，3为扭矩传感器，4为磁粉制动器，5为速度传感器，6为排药器驱动电机，7为联轴器，8为抽水泵，9为3/8
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软管，10为混药管，11为排药器外壳，12为入药漏斗，13为入药法兰，14为层流水管，15为层流泵，16为轴承座，17为油污口，18为软管入
口，19为混药管道法兰，20为abs送药轮，21为刚性连接器，22为排药轮轴，23为超声波密度传感器，24为接触电势传感器。
34.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
35.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
36.实施例一
37.一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置，包括机架2、排药装置、混药装置、软管机构和电控系统，排药装置安装在机架2上，混药装置设置在排药装置的下方，排药装置的出口与混药装置的入口相连通，软管机构的一端伸入混药装置内，软管机构的另一端伸入环空井的环空内，电控系统与监控系统相连，通过电控系统向监控系统反馈排药过程中的各类参数值，并排药装置的工作；
38.排药装置包括药箱1、排药器外壳11、送药组件和驱动组件，药箱1的出口端与排药器外壳11的入口端相连，且药箱1和排药器外壳11均设置在机架2上，排药器外壳11的出口端与混药装置的入口相连通，在排药器外壳11内设置送药组件，驱动组件与送药组件相连，利用驱动组件驱动送药组件将药箱1内的固体药剂缓慢且均匀的送入排药器外壳11内；
39.混药装置包括入药漏斗12、入药法兰13、混药管10和层流水管14，入药漏斗12的入口端与排药器外壳11的出口端相连通，入药漏斗12的出口端通过入药法兰13与混药管10上开设的入药口相连通，在与入药口相对一侧的混药管10的侧壁上分别开设有油污口17和软管入口18，混药管10的首端安装有混药管道法兰19，混药管10的尾端与层流水管14的出水口相连通，层流水管14的入水口与层流泵15的出水口相连，软管机构自混药管道法兰19处伸入混药管10内，最后由软管入口18处经由抽水泵8后伸入环空井的环空内。
40.实施例二
41.在实施例一的基础上，送药组件包括abs送药轮20、刚性连接器21和排药轮轴22，abs送药轮20通过刚性连接器21固定在排药轮轴22上，且abs送药轮20按照阿基米德螺旋线排列。
42.驱动组件包括扭矩传感器3、磁粉制动器4、速度传感器5、排药器驱动电机6、联轴器7和轴承座16，排药轮轴22的一端贯穿排药器外壳11的侧壁通过轴承座16与扭矩传感器3相连，扭矩传感器3依次通过联轴器7、磁粉制动器4和速度传感器5与排药器驱动电机6的输出轴相连，速度传感器5用于确定排药轮轴22的旋转速度，并将速度信号传递至控制器，控制器通过函数运算，确定层流泵所需排水量，进行排水工作。
43.在药箱1的侧壁上开设有检查窗，用于观察药箱1内固体药剂的量以防止送药组件堵塞。
44.实施例三
45.在实施例二的基础上，在混药管10的内壁靠近油污口17的一侧安装有超声波密度传感器23，超声波密度传感器23用于检测混药管10内混合物密度情况以判断混合物的混合程度，并将混合程度信号传递至控制器，当混合物的混合程度较差、沉降多、局部密度差异大、不均匀性高时，控制器将下调层流泵15的给水流量，以提高混合物的混合均匀度，减少
沉降与集中点，在混药管道法兰19处安装有接触电势传感器24，混药管道法兰19处的接触电势由于水位的上涨发生电阻值变化时，控制器收到上述变化信号，实时呈现于电子屏上，方便工作人员切换水流的抽取。
46.层流泵15的入水口与供水系统相连，通过电控装置内的速度传感器5和超声波密度传感器23来确定层流泵15的流速。
47.实施例四
48.在实施例三的基础上，电控装置包括速度传感器5、接触电势传感器24、扭矩传感器3、超声波密度传感器23、控制器、磁粉制动器4和层流泵15。
49.速度传感器5通过排药器驱动电机6的旋转速度来确定层流泵15初始水流量。
50.扭矩传感器3用于监控排药轮轴22的扭矩变化，当排药轮轴22的扭矩信号超出阈值时，控制器发出警报，提醒操作人员出现排药异常情况，磁粉制动器4接收到上述信号后进行制动指令，切断排药器驱动电机6与排药轮轴22之间的动力，以防止损坏。
51.实施例五
52.在实施例四的基础上，软管机构采用3/8
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软管9，3/8
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软管9自软管入口18处经由抽水泵8后伸入环空井的环空内，3/8
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软管9的下入深度取决于环空油污与海水的阻力，3/8
″
软管9下入深度的最大值为50m，加药过程中，将3/8
″
软管9上提至距混药管10的水平轴线固定高度处，3/8
″
软管9上提高度，取决于抽水泵8的吸程，抽水泵8的吸程为7m。
53.安装过程中，通过将套管四通法兰上的压力表拆下，混药管道法兰19通过螺栓与套管四通法兰相接，进而实现套管四通与混药管道法兰19连接的目的，通过混药管10和套管四通将药剂输送至环空井的环空内的目的，进而实现随时防腐灌药操作。
54.若套管四通法兰无法打开，通过直接拆卸套管四通上的球阀部分，将混药管道法兰19与套管四通环空接口处的法兰相连，进而直通环空井的环空。
55.一种适配防堵塞海上油气井固体药剂添加装置在使用时，按照下述步骤进行：
56.步骤1：将固体药剂添加装置通过混药管道法兰19安装在管道四通法兰上，组成一药剂添加系统，在药箱1中加入固体药剂，检查系统情况及各部件磨损情况，检查电控装置完整度，准备进行工作；
57.步骤2:开启药剂添加系统后，3/8
″
软管9从软管入口18进入混药管10经由抽水泵8伸入环空井的环空内，下入深度取决于环空油污与海水的阻力，下入深度的最大值为50m，供水系统首先与3/8
″
软管9相连后，开始注入清水，在水位上升的同时，使得管壁油污上浮，油水混合物进入混药管10后，由油污口17排出，待返出为清水后，关闭供水系统，同时关闭油污口17；
58.将3/8
″
软管9上提至距混药管10的水平轴线固定高度处，3/8
″
软管9上提高度，取决于抽水泵8的吸程，现场常用的抽水泵8吸程约为7m左右，保持3/8
″
软管9始终在软管入口18的内部，3/8
″
软管9与层流泵15连接，抽吸清水直至将7m内水抽干，关闭吸层流泵15；
59.打开混药管10，将层流水管14和层流泵15与供水系统相连，开始加药作业，速度传感器5确定排药轮轴22的旋转速度，将上述旋转信号传递给控制器，控制器通过函数运算，确定层流泵15所需排水量，进行排水工作，通过扭矩传感器3监测排药轮轴22的扭矩，并将实时扭矩信号传递给控制器，控制器将上述信号值与阈值进行对比，若超出阈值，则产生报警，此时磁粉制动器4产生制动作用，切断动力，混合物向混药管10的一端运动，途径超声波
密度传感器23，超声波密度传感器23通过检测混合物的密度情况判断混合物的混合程度，并将上述混合信号传递给控制器，当混合程度较差、沉降多、局部密度差异大，不均匀性高时，此时控制器将下调层流泵15的给水流量，提高混合均匀度，减少沉降与集中点，混药管道法兰19处的接触电势传感器24，接触电势由于水位的上涨发生电阻值变化时，控制器收到变化信号，实时呈现于电子屏上，方便工作人员切换水流的抽取等步骤，待液面到达混药管10时，关闭供水系统，层流泵15的出水口通过层流水管14与混药管10相连接，层流泵15的入水口与供水系统相连，通过控制系统的速度传感器5、超声波密度传感器23来确定流速，打开抽水泵8，通过3/8
″
软管9抽吸环空井的环空内液体至7m内吸干，重复上述步骤直到药剂全部添加完毕；
60.步骤3：关闭药剂添加系统，清理机具，并将药剂添加系统的球阀关闭后，拆卸混药连接法兰，进行固体药剂添加装置的内部清洗，保证固体药剂添加装置的内部无残留药剂。
61.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
62.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
63.以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。