本發(fā)明涉及金屬材料的腐蝕與防護(hù)，具體涉及一種可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著主力老油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，產(chǎn)出原油的含水量快速增加。近年來(lái)，隨著高(酸)性氣田、頁(yè)巖油、co2驅(qū)油、超深油田等的開(kāi)發(fā)，腐蝕環(huán)境惡劣，油氣井中油管和套管的腐蝕、結(jié)垢及穿孔風(fēng)險(xiǎn)增加，這就使得如何對(duì)油管和套管進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)以及如何確定腐蝕監(jiān)測(cè)的具體位置，對(duì)于了解油氣井的腐蝕結(jié)垢狀況以及腐蝕控制策略的制定等方面十分重要。

2、油田生產(chǎn)過(guò)程中，油管內(nèi)的多根抽油桿依次連接延伸至地下油層處的活塞上，通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)泵油。根據(jù)油藏內(nèi)產(chǎn)出水及產(chǎn)出氣的性質(zhì)，油管和套管可能會(huì)發(fā)生腐蝕，且不同深度油管和套管腐蝕情況各異，使得腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的設(shè)置尤其重要。若設(shè)置的腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)過(guò)少，則會(huì)存在局部穿孔未被監(jiān)測(cè)到從而導(dǎo)致油氣井停產(chǎn)，但是，也不能設(shè)置過(guò)多的腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)，則需要合理的設(shè)置腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)并對(duì)重點(diǎn)關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3、綜上所述，腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)對(duì)于了解油管和套管的真實(shí)腐蝕狀況十分重要。另外，懸掛腐蝕掛片還不能對(duì)油氣井內(nèi)的油管、套管以及抽油桿的正常生產(chǎn)作業(yè)造成影響，不能影響油管和套管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)。因此，亟需提出一種可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的裝置及方法，在不干擾油氣井正常生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣井內(nèi)油管和套管腐蝕情況的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)階段應(yīng)用于油氣井的油管或套管內(nèi)的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置會(huì)影響油管或套管內(nèi)的介質(zhì)流動(dòng)，難以適用于監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管中進(jìn)行腐蝕情況監(jiān)測(cè)，且現(xiàn)有技術(shù)中尚未涉及針對(duì)油氣井中油管和套管腐蝕與結(jié)垢監(jiān)測(cè)關(guān)鍵位置的確定方法，本發(fā)明提出了一種可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的裝置及方法，在不影響油氣井正常生產(chǎn)運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)了對(duì)油氣井內(nèi)任意深度處油管或套管腐蝕與結(jié)垢情況的監(jiān)測(cè)，為油氣井的腐蝕防治奠定了基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

3、一種可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的裝置，包括設(shè)置于油管上的油管短接以及設(shè)置于加藥尾管上的腐蝕掛片支架；

4、所述油管短接包括油管短接本體、油管短接上端部和油管短接下端部；

5、所述油管短接本體呈兩端開(kāi)口的圓管狀結(jié)構(gòu)，油管短接上端部設(shè)置于油管短接本體的頂端，與油管短接本體一體化成型，油管短接下端部設(shè)置于油管短接本體的底端，與油管短接本體螺紋連接；

6、所述油管短接本體上設(shè)置有雙層環(huán)狀腐蝕掛片，雙層環(huán)狀腐蝕掛片包括外層環(huán)狀腐蝕掛片和內(nèi)層環(huán)狀腐蝕掛片，外層環(huán)狀腐蝕掛片設(shè)置于油管短接本體的外壁上，用于監(jiān)測(cè)套管內(nèi)側(cè)和油管外側(cè)的腐蝕情況，內(nèi)層環(huán)狀腐蝕掛片設(shè)置于油管短接本體的內(nèi)壁上，用于監(jiān)測(cè)油管內(nèi)側(cè)的腐蝕情況；

7、所述外層環(huán)狀腐蝕掛片包括下部外層試環(huán)、中部外層試環(huán)和上部外層試環(huán)，下部外層試環(huán)、中部外層試環(huán)和上部外層試環(huán)按照由下到上的順序依次套設(shè)在油管短接本體的外壁上，中部外層試環(huán)設(shè)置為環(huán)狀腐蝕掛片，下部外層試環(huán)與中部外層試環(huán)之間以及中部外層試環(huán)與上部外層試環(huán)之間均設(shè)置有外層隔離環(huán)，上部外層試環(huán)和下部外層試環(huán)均通過(guò)外層密封圈與油管短接本體外壁相密封；

8、所述內(nèi)層環(huán)狀腐蝕掛片包括下部?jī)?nèi)層試環(huán)、中部?jī)?nèi)層試環(huán)和上部?jī)?nèi)層試環(huán)，下部?jī)?nèi)層試環(huán)、中部?jī)?nèi)層試環(huán)和上部?jī)?nèi)層試環(huán)按照由下到上的順序依次設(shè)置在油管短接本體的內(nèi)壁上，中部?jī)?nèi)層試環(huán)設(shè)置為環(huán)狀腐蝕掛片，下部?jī)?nèi)層試環(huán)與中部?jī)?nèi)層試環(huán)之間以及中部?jī)?nèi)層試環(huán)與上部?jī)?nèi)層試環(huán)之間均設(shè)置有內(nèi)層隔離環(huán)，上部?jī)?nèi)層試環(huán)和下部?jī)?nèi)層試環(huán)均通過(guò)內(nèi)層密封圈與油管短接本體內(nèi)壁相密封；

9、所述腐蝕掛片支架采用非金屬材料制成，設(shè)置于加藥尾管上，腐蝕掛片支架上固定有腐蝕掛片。

10、優(yōu)選地，所述油管短接的兩端與油管螺紋連接。

11、優(yōu)選地，所述油管短接的外徑與油管外徑相同，油管短接的內(nèi)徑與油管內(nèi)徑相同。

12、優(yōu)選地，所述油管短接本體內(nèi)部設(shè)置有加強(qiáng)筋。

13、優(yōu)選地，所述加強(qiáng)筋呈圓環(huán)狀。

14、優(yōu)選地，所述外層隔離環(huán)和內(nèi)層隔離環(huán)均采用非金屬材料制成。

15、優(yōu)選地，所述下部外層試環(huán)、中部外層試環(huán)、上部外層試環(huán)和外層隔離環(huán)的尺寸相同，下部外層試環(huán)、中部外層試環(huán)、上部外層試環(huán)和外層隔離環(huán)的內(nèi)徑與所述油管短接的外徑形同。

16、優(yōu)選地，所述下部?jī)?nèi)層試環(huán)、中部?jī)?nèi)層試環(huán)、上部?jī)?nèi)層試環(huán)和內(nèi)層隔離環(huán)的尺寸相同，下部?jī)?nèi)層試環(huán)、中部?jī)?nèi)層試環(huán)、上部?jī)?nèi)層環(huán)和內(nèi)層隔離環(huán)的內(nèi)徑與所述油管短接的內(nèi)徑形同。

17、優(yōu)選地，所述上部外層試環(huán)頂部縮徑形成上部外層臺(tái)階部，下部外層試環(huán)底部縮徑形成下部外層臺(tái)階部；

18、所述上部?jī)?nèi)層試環(huán)頂部擴(kuò)徑形成上部?jī)?nèi)層臺(tái)階部，下部?jī)?nèi)層試環(huán)底部擴(kuò)徑形成下部?jī)?nèi)層臺(tái)階部。

19、優(yōu)選地，所述油管短接本體上部設(shè)置有兩個(gè)限位凹槽，包括上部外層限位凹槽和上部?jī)?nèi)層限位凹槽，其中，所述上部外層限位凹槽用于固定上部外層試環(huán)，所述上部?jī)?nèi)層限位凹槽用于固定上部?jī)?nèi)層試環(huán)；

20、所述油管短接本體下部設(shè)置有兩個(gè)限位凹槽，包括下部外層限位凹槽和下部?jī)?nèi)層限位凹槽，其中，所述下部外層限位凹槽用于固定下部外層試環(huán)，所述下部?jī)?nèi)層限位凹槽用于固定下部?jī)?nèi)層試環(huán)。

21、優(yōu)選地，所述上部外層試環(huán)上的上部外層臺(tái)階部嵌于上部外層限位凹槽中，上部外層臺(tái)階部上套設(shè)有外層密封圈，將上部外層試環(huán)與油管短接本體外壁密封連接；

22、所述下部外層試環(huán)上的下部外層臺(tái)階部嵌于下部外層限位凹槽中，下部外層臺(tái)階部上套設(shè)有外層密封圈，將下部外層試環(huán)與油管短接本體外壁密封連接；

23、所述上部?jī)?nèi)層試環(huán)上的上部?jī)?nèi)層臺(tái)階部嵌于上部?jī)?nèi)層限位凹槽中，上部?jī)?nèi)層臺(tái)階部上套設(shè)有內(nèi)層密封圈，將上部?jī)?nèi)層試環(huán)與油管短接本體外壁密封連接；

24、所述下部?jī)?nèi)層試環(huán)上的下部?jī)?nèi)層臺(tái)階部嵌于下部?jī)?nèi)層限位凹槽中，下部?jī)?nèi)層臺(tái)階部上套設(shè)有內(nèi)層密封圈，將下部?jī)?nèi)層試環(huán)與油管短接本體外壁密封連接。

25、優(yōu)選地，所述腐蝕掛片支架設(shè)置為帶狀腐蝕掛片支架或環(huán)狀腐蝕掛片支架。

26、優(yōu)選地，所述腐蝕掛片支架設(shè)置為帶狀腐蝕掛片支架，帶狀腐蝕掛片支架的長(zhǎng)度大于加藥尾管的周長(zhǎng)；

27、所述帶狀腐蝕掛片支架上設(shè)置有多個(gè)腐蝕掛片固定孔，腐蝕掛片通過(guò)固定繩懸掛在腐蝕掛片固定孔上；

28、所述帶狀腐蝕掛片支架兩端均設(shè)置有螺栓孔，固定螺栓依次插入帶狀腐蝕掛片支架兩端的螺栓孔并通過(guò)固定螺母緊固，將帶狀腐蝕掛片支架固定在加藥尾管上。

29、優(yōu)選地，所述腐蝕掛片支架設(shè)置為環(huán)狀腐蝕掛片支架，環(huán)狀腐蝕掛片支架的內(nèi)徑與加藥尾管的外徑相同；

30、所述環(huán)狀腐蝕掛片支架包括上半環(huán)狀腐蝕掛片支架和下半環(huán)狀腐蝕掛片支架；

31、所述上半環(huán)狀腐蝕掛片支架和下半環(huán)狀腐蝕掛片支架的端部均設(shè)置有定位槽，磁力片固定于定位槽中，設(shè)置于上半環(huán)狀腐蝕掛片支架端部的磁力片與設(shè)置于下半環(huán)狀腐蝕掛片支架端部的磁力片極性相反；

32、所述上半環(huán)狀腐蝕掛片支架和下半環(huán)狀腐蝕掛片支架上均設(shè)置有多個(gè)腐蝕掛片固定孔，腐蝕掛片固定孔的軸向與加藥尾管的軸向平行，腐蝕掛片通過(guò)固定繩懸掛在腐蝕掛片固定孔上；

33、所述上半環(huán)狀腐蝕掛片支架和下半環(huán)狀腐蝕掛片支架的端部外壁上均設(shè)置有連接架，連接架上設(shè)置有螺栓孔，固定螺栓依次穿過(guò)上半環(huán)狀腐蝕掛片支架連接架和下半環(huán)狀腐蝕掛片支架連接架上的螺栓孔并通過(guò)固定螺母緊固，將上半環(huán)狀腐蝕掛片支架和下半環(huán)狀腐蝕掛片支架固定連接。

34、優(yōu)選地，所述固定繩采用非導(dǎo)電材料制成，所述固定螺栓和固定螺母均采用非金屬材料制成。

35、一種可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的方法，采用如上所述的可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的裝置，具體包括以下步驟：

36、步驟1，對(duì)待監(jiān)測(cè)井的產(chǎn)出水進(jìn)行成分分析，綜合待監(jiān)測(cè)井的產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量、溫度、壓力、流速對(duì)井筒結(jié)垢的影響，反推待監(jiān)測(cè)井井筒不同深度處的溫度、壓力、結(jié)垢離子濃度和結(jié)垢趨勢(shì)；

37、步驟2，基于室內(nèi)腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合井筒不同深度處的溫度、壓力、co2含量、產(chǎn)出水成分和ph值，利用失重實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、腐蝕產(chǎn)物表征方法，在實(shí)驗(yàn)室中分別模擬得到不同深度井筒內(nèi)部的腐蝕結(jié)垢情況，確定不同井深處腐蝕與結(jié)垢的規(guī)律，并根據(jù)所獲取的腐蝕規(guī)律和結(jié)構(gòu)規(guī)律，結(jié)合腐蝕主控因素、結(jié)垢趨勢(shì)、井下泵所在位置、動(dòng)靜液面位置，確定待監(jiān)測(cè)井的腐蝕掛片安裝部位，并根據(jù)是否存在加藥尾管，確定是否需要加裝腐蝕掛片支架；

38、步驟3，根據(jù)步驟2中所確定的腐蝕掛片安裝部位，在油管的指定深度位置處安裝油管短接，利用油管短接上的外層環(huán)狀腐蝕掛片監(jiān)測(cè)套管內(nèi)側(cè)和油管外側(cè)的腐蝕情況，同時(shí)，利用油管短接上的內(nèi)層環(huán)狀腐蝕掛片監(jiān)測(cè)油管內(nèi)側(cè)的腐蝕情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同深度位置處油管和套管內(nèi)側(cè)的腐蝕情況；

39、步驟4，若步驟2中確定存在加藥尾管時(shí)，則在加藥尾管上安裝懸掛有腐蝕掛片的腐蝕掛片支架，利用懸掛有腐蝕掛片的腐蝕掛片支架監(jiān)測(cè)井底位置處套管的腐蝕情況；若步驟2中確定不存在加藥尾管時(shí)，則無(wú)需在加藥尾管上安裝懸掛有腐蝕掛片的腐蝕掛片支架。

40、優(yōu)選地，所述待監(jiān)測(cè)井中不同深度處的溫度計(jì)算公式為：

41、t(h)?＝?t(0)?+?gt×h?????????????????(1)

42、式中，h為井深，單位為m；t(h)為井深h處的流體溫度，單位為℃，t(0)為井口處的流體溫度，單位為℃；gt為流體溫度梯度，單位為℃/m；

43、所述待監(jiān)測(cè)井中不同深度處的壓力計(jì)算公式為：

44、p(h)＝p(0)+gp×h????????????????????????(2)

45、式中，p(h)為井深h處的壓力，單位為mpa，p(0)為井口處的壓力，單位為mpa；gp為流體壓力梯度，單位為mpa/m；

46、所述待監(jiān)測(cè)井中不同深度處的ph值計(jì)算公式為：

47、ph(h)＝ph(0)+δph??????????????????????(3)

48、其中，

49、δph＝4.05×10-3[t(h)-t(0)]+4.58×10-7-3.07×10-5[p(h)-p(0)]

50、?????????????????????????(4)

51、式中，ph(h)為井深h處的ph值，ph(0)為井口處的ph值，δph為ph值的變化量；

52、根據(jù)待監(jiān)測(cè)井產(chǎn)出水的成分分析結(jié)果，結(jié)合待監(jiān)測(cè)井的日產(chǎn)水量和日產(chǎn)油量，計(jì)算待監(jiān)測(cè)井指定深度處的結(jié)垢指數(shù)；若待監(jiān)測(cè)井指定深度處的結(jié)垢指數(shù)is大于0時(shí)，則表示待監(jiān)測(cè)井指定深度處存在結(jié)垢的趨勢(shì)，若待監(jiān)測(cè)井指定深度處的結(jié)垢指數(shù)is不超過(guò)0時(shí)，則表示待監(jiān)測(cè)井指定深度不會(huì)結(jié)垢；

53、所述待監(jiān)測(cè)井指定深度處的結(jié)垢指數(shù)計(jì)算公式，如公式(5)所示：

54、

55、其中，和的計(jì)算公式為，

56、

57、

58、式中，is為待監(jiān)測(cè)井指定深度處的結(jié)垢指數(shù)；[xm+]為m價(jià)陽(yáng)離子x的離子活度，單位為mol/l，[yn-]為n價(jià)陰離子y的離子活度，單位為mol/l；p為待監(jiān)測(cè)井指定深度處的壓力值，單位為mpa；為氣相中co2的含量，為co2的逸度系數(shù)；t為待監(jiān)測(cè)井指定深度處的溫度值，單位為℉；p為絕對(duì)壓力，單位為psi；μ為離子強(qiáng)度，單位為mol/l；a0、a1、a2、a3、a4、a5均為待監(jiān)測(cè)井指定深度處結(jié)垢指數(shù)的計(jì)算系數(shù)；b0、b1均為的計(jì)算系數(shù)；為氣、油、鹽水混合體系中co2的含量；bwpd為待監(jiān)測(cè)井的日產(chǎn)水量，單位為bbl，bopd為待監(jiān)測(cè)井的日產(chǎn)油量，單位為bbl；mmscf為標(biāo)準(zhǔn)狀況下待監(jiān)測(cè)井的日產(chǎn)氣量，單位為mmft3，所述標(biāo)準(zhǔn)狀況下的標(biāo)準(zhǔn)溫度設(shè)置為273.15k、標(biāo)準(zhǔn)壓力設(shè)置為101.325kpa；c0、c1均為氣相中co2含量的計(jì)算參數(shù)；a、b為均結(jié)垢指數(shù)計(jì)算指數(shù)，當(dāng)待監(jiān)測(cè)井內(nèi)為caco3時(shí)，結(jié)垢指數(shù)計(jì)算指數(shù)a＝2、b＝1，當(dāng)待監(jiān)測(cè)井內(nèi)為caso4時(shí)，結(jié)垢指數(shù)計(jì)算指數(shù)a＝1、b＝0；

59、所述離子強(qiáng)度計(jì)算公式為：

60、

61、

62、其中，

63、

64、

65、式中，i為待監(jiān)測(cè)井內(nèi)離子的序號(hào)，n為待監(jiān)測(cè)井內(nèi)離子種類(lèi)的總數(shù)；mi為待監(jiān)測(cè)井內(nèi)第i種離子的離子濃度，單位為mol/l；zi為待監(jiān)測(cè)井內(nèi)第i種離子的價(jià)態(tài)，γi為第i種離子的離子活度系數(shù)；a、b均為離子強(qiáng)度計(jì)算系數(shù)；r為理想氣體常數(shù)，取值為8.3143j/(mol·k)；f為法拉第常數(shù)，取值為96484.6c/mol；e0為電子的電量，取值為1.602×10-19c；ε為介電常數(shù)，ε＝ε0εr，ε0為真空介電常數(shù)，取值為80，εr為相對(duì)介電常數(shù)，取值為8.854×10-12f/m；

66、所述待監(jiān)測(cè)井內(nèi)的陽(yáng)離子和陰離子的離子活度計(jì)算公式為：

67、

68、

69、式中，為m價(jià)陽(yáng)離子x的離子濃度，單位為mol/l，為m價(jià)陽(yáng)離子x的離子活度系數(shù)；為n價(jià)陰離子y的離子濃度，單位為mol/l，為n價(jià)陰離子y的離子活度系數(shù)。

70、本發(fā)明具有的有益效果為：

71、本發(fā)明提供了一種可監(jiān)測(cè)帶抽油桿的油套管腐蝕與結(jié)垢的裝置及方法，通過(guò)識(shí)別出需要待監(jiān)測(cè)井的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位的油管上設(shè)置帶有雙層環(huán)狀腐蝕掛片的油管短接以及在加藥尾管上設(shè)置腐蝕掛片支架懸掛腐蝕掛片，在不影響油管內(nèi)抽油桿正常運(yùn)行和油管正常生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油管和套管任意深度以及井底部分腐蝕與結(jié)垢情況的監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)油氣井內(nèi)關(guān)鍵重點(diǎn)部位腐蝕與結(jié)垢情況的監(jiān)測(cè)，有效解決了油管和套管內(nèi)腐蝕與結(jié)垢監(jiān)測(cè)布點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)過(guò)程中不破壞油氣井正常生產(chǎn)運(yùn)行的問(wèn)題。