[发明专利]一种井下套管防结垢自调节牺牲阳极保护装置及保护方法

说明书

本发明属于油田生产装置防腐技术领域，具体涉及一种井下套管防结垢自调节牺牲阳极保护装置及保护方法，该保护装置包括牺牲阳极材料、防垢合金、可溶合金壳体和导电装置；一块防垢合金与一块牺牲阳极材料为一个组成模块；该保护装置至少包括两个组成模块，组成模块组成管状结构；牺牲阳极材料与导电板通过导电弹簧连接，导电弹簧与导电板设置在可溶合金壳体内部，可溶合金壳体连接牺牲阳极材料和防垢合金，导电弹簧的自然状态下的长度≥油气管外壁与套管内壁的距离；牺牲阳极材料和防垢合金连接的可溶合金壳体铜、锌占比不同，利用该保护装置可有效保护套管，可延长作业周期、自调节、防结垢、成本低、可操作性较好、费效比较好。

技术领域

本发明属于油田生产装置防腐技术领域，具体涉及一种井下套管防结垢自调节牺牲阳极保护装置及保护方法。

背景技术

注水可以充分地补充地层自身能量，提高原油产量及采收率，为原油的正常生产做出极大的贡献。油田通过有效应用注水采油技术，使原油采收率获得大幅度提升。但是由于开采时间增长、不断遭到恶化的注水水质，加之输油管线与井下管柱存在的结垢与腐蚀等问题，始终是影响油气开采与输送的“重症”，其所带来的损失十分严重。延长油用注水管道的腐蚀防治问题已刻不容缓。

在油气田试采以及在提高采收率的各种作业过程中，井下套管牺牲阳极装置容易发生结垢现象，这些垢类型主要包括有机垢、无机垢、泥垢、细菌垢等，结垢使大量的沉淀物沉积或聚集在地层中、油套管上以及各种设备的表面上，严重影响了牺牲阳极装置的正常工作，甚至造成牺牲阳极装置瘫痪无法起到作用，国内外很多油田都存在结垢的问题。由于砂泥岩中含Ca²⁺、Mg²⁺离子量较高，当具有一定温度的注入水进入油层后，随着温度的上升，含Ca²⁺、Mg⁺离子溶入注入水中被带出。当进入井筒中后，随着温度的降低采出水中HCO₃^-离子含量较高，容易分解形成CO₃^2-，与Ca²⁺离子结合，生成碳酸钙垢。

目前使用耐蚀性玻璃钢、碳纤维等材料制作的采油装备，防腐效果虽然较好，但其成本相对较高，不适合大规模推广使用；对套管等设施表面使用涂料、化学镀层或进行渗氮等表面处理，容易引发局部性腐蚀；使用缓蚀剂等化学药剂进行水井的腐蚀治理必须具有针对性，对于不同区块的油井腐蚀类型和特点需要对缓蚀剂进行遴选，加药量、耗资较大，且费时费力；外加电流阴极保护存在难以实施、耗电量大等问题；传统井下套管牺牲阳极装置中采用阳极材料套筒，整体同时起作用，并没有自调节的功能，这样提供的保护电流不够精确可控，再就是使用时间不够持久，费效不够好，并且检修时无法精准的判断保护系统的使用情况导致不能及时做出调整，在运行工作过程中会导致很快就将牺牲阳极耗尽，无法实现可控、计划、长期工作。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供一种井下套管防结垢自调节牺牲阳极保护装置及保护方法，该方法延长了作业周期、成本低、自调节、防结垢、可操作性较好、费效比较好，提供的高效水井腐蚀控制方案，从抑制电化学腐蚀反应动力学方面来降低材料腐蚀速度，以达到有效控制油井套管腐蚀的目的。

本发明的技术方案如下：

一种井下套管防结垢自调节牺牲阳极保护装置，该保护装置设置在油气管与套管之间，该保护装置包括牺牲阳极材料、防垢合金、可溶合金壳体和导电装置；一块防垢合金与一块牺牲阳极材料为一个组成模块，防垢合金与牺牲阳极材料连接；该保护装置至少包括两个组成模块，组成模块组成管状结构，组成模块之间设置有绝缘层，油气管套接在管状结构内；每块牺牲阳极材料至少连接一个导电装置，导电装置包括导电弹簧、导电板，牺牲阳极材料与导电板通过导电弹簧连接，导电弹簧与导电板设置在可溶合金壳体内部，可溶合金壳体连接牺牲阳极材料和防垢合金，导电弹簧的自然状态下的长度≥油气管外壁与套管内壁的距离；不同组成模块中的牺牲阳极材料连接的可溶合金壳体中铜、锌占比不同。

优选地，牺牲阳极材料、导电弹簧和导电板的材料相同。