本发明公开了一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺及装置，属于石油工程腐蚀防护技术领域。其特征在于：采用本发明提供的公式对施工时缓蚀剂的用量进行较为准确的计算，将所需的缓蚀剂由计量泵输送给环形体并且通过环形体分给六个人字形喷头，每个人字形喷头的大喷嘴指向套管内壁，小喷嘴指向油管外壁，六个人字形喷头的喷射面积径向上覆盖了整个套管内壁和油管外壁，并且每相邻的两个人字形喷头分别在套管内壁和油管外壁上的喷射面积存在交叉，缓蚀剂在重力的作用下沿套管内壁和油管外壁向下流动，最后从油管返出。该工艺的优点在于：可以节约缓蚀剂的用量，降低井下管柱腐蚀防护的成本。另外，本发明还提供了缓蚀剂喷淋式加注工艺的装置。
1.一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺，其特征在于：所需的缓蚀剂由计量泵(3)输送给环形体(5)，通过环形体(5)的分流作用分给六个人字形喷头(6)，每个人字形喷头(6)的大喷嘴(22A)指向套管(8)内壁，小喷嘴(22B)指向油管(7)外壁，六个人字形喷头(6)的缓蚀剂喷射面积(24)径向上覆盖了整个套管(8)内壁和油管(7)外壁，并且每相邻的两个人字形喷头(6)分别在套管(8)的内壁和油管(7)的外壁上的缓蚀剂喷射面积(24)存在交叉，缓蚀剂在重力的作用下沿套管(8)内壁和油管(7)外壁向下流动，最后随着生产从油管(7)返出，所需缓蚀剂的用量根据完井管柱结构、缓蚀剂有效预膜厚度、缓蚀剂加注浓度、单井日产量和缓蚀剂连续加注周期，采用如下公式(#)进行计算：Q＝Q1+Q2 (#)
Q1＝kπμhρ(d1+d2+d3)×10-9 (％)
式中，Q为所需缓蚀剂的加注总量，kg；Q1为缓蚀剂预膜所需的用量，kg；Q2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1.5～2.5；μ为缓蚀剂有效预膜厚度，μm；h为井深，m；ρ为缓蚀剂的密度，kg/m3；d1为套管(8)的内径，mm；d2为油管(7)的外径，mm；d3为油管(7)的内径，mm；G为缓蚀剂连续加注周期，取30～90d；C为缓蚀剂浓度，mg/L；Qe为单井日产量，m3；
所述的计量泵(3)通过阀门(2)与储液罐(1)连接，计量泵(3)的另一端与连接杆(4)连接，连接杆(4)的另一端与环形体(5)之间通过O型密封圈(16)密封连接，六个人字形喷头(6)固定在环形体(5)的下表面并且沿环形体(5)的环形流道(15)均匀分布；
所述的环形体(5)装在套管头(11)和油管头(12)之间，装在环形体(5)下表面上的六个人字形喷头(6)位于油管(7)和套管(8)环空的环形中线上；
所述的人字形喷头(6)通过喷头安装孔(14)、垫圈(21)和固定螺母(20)安装在环形体(5)下表面并且人字形喷头(6)的接头与环形体(5)内部环形流道(15)的下底面齐平，人字形喷头(6)大喷嘴(22A)的喷口(23A)倾斜指向套管(8)内壁，小喷嘴(22B)的喷口(23B)倾斜指向油管(7)外壁，所述大喷嘴(22A)的喷口(23A)和所述小喷嘴(22B)的喷口(23B)在同一径向上平行排列，两喷口的中点距套管(8)内壁和油管(7)外壁的距离相等并且有足够的喷射距离。
2.如权利要求1所述的一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺，其特征在于，油套环空缓蚀剂加注的步骤如下：
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(2)，通过计量泵(3)输送缓蚀剂，然后通过环形体(5)进行分流，最后通过六个人字形喷头(6)将缓蚀剂喷淋至油套环空；
C、将计量泵(3)调到指定的工作压力，使六个人字形喷头(6)向套管(8)内壁和油管(7)外壁持续喷淋，缓蚀剂流入井底后再随油气从油管(7)返出；
D、当计量泵(3)达到预膜指定的剂量时，关闭阀门(2)和计量泵(3)，完成缓蚀剂的预膜施工；
E、对一个缓蚀剂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阀门(2)和计量泵(3)；
G、根据现场实际生产情况每个周期重复步骤A～F一次。
3.如权利要求1所述的一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺，其特征在于：所述的环形体(5)的内部环形中线上设有环形流道(15)并且环形流道(15)的截面呈正方形，环形体(5)的下表面上设有六个喷头安装孔(14)，六个喷头安装孔(14)沿环形流道(15)均匀分布并都与环形流道(15)相连通，相邻两喷头安装孔(14)之间的圆心角为60°。
4.如权利要求1所述的一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺，其特征在于：所述的人字形喷头(6)由大喷嘴(22A)、小喷嘴(22B)、大喷嘴接头A(18)、小喷嘴接头B(17)、三通接头(19)、固定螺母(20)和垫圈(21)构成；所述的三通接头(19)的一支上设有垫圈(21)和固定螺母(20)，另外两支上设有大喷嘴接头A(18)和小喷嘴接头B(17)，其中一支通过大喷嘴接头A(18)与大喷嘴(22A)连接，另一支通过小喷嘴接头B(17)与小喷嘴(22B)连接，大喷嘴(22A)的喷口(23A)和小喷嘴(22B)喷口(23B)相互平行且在同一水平面上；所述的大喷嘴(22A)和小喷嘴(22B)的喷口张角为60°～80°，两者都为由不锈钢材质制作的扁平喷嘴并且两者的长度相同，两者喷口的宽度为0.5～1mm，大喷嘴(22A)的喷口(23A)长度是小喷嘴(22B)的喷口(23B)长度的1.5～3倍。
一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺及装置
技术领域
[0001] 本发明属于石油工程腐蚀防护技术领域，具体涉及一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺及装置。
背景技术
[0002] 油套管是油气从地下开采到地面的重要运输通道。在油气开采过程中，油套管柱会受到CO2、H2S等有害腐蚀性介质和离子的破坏，使油套管的防腐涂层发生破坏和脱落而对管柱基体发生腐蚀所伤，从而会大大降低井筒管柱的服役寿命。目前，油套环空保护的方法主要有注缓蚀剂、加环空保护液等手段。一般地，油套环空通过缓蚀剂预膜和连续加注的方法来对其进行防护。通常缓蚀剂由油套管环空注入从油管返出，使缓蚀剂吸附在套管内壁和油管内外壁形成一层保护膜，用来隔绝腐蚀介质与井下管柱的接触，从而达到保护井下管柱的目的。
[0003] 但是，目前这种缓蚀剂加注的方法存在如下缺点：一、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，会造成较大的浪费，使得井下管柱腐蚀防护的成本增加。
[0004] 为解决上述问题本发明提供了一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺及装置，该工艺采用本发明所提供的公式可对缓蚀剂的用量进行较为准确地计算，将所需的缓蚀剂在计量泵的传输下由环形体的分给六个人字形喷头，六个人字形喷头以喷淋的方式把缓蚀剂均匀地洒在套管内壁和油管外壁，使缓蚀剂在重力的作用下延套管内壁和油管外壁向下流动，再随生产从油管返出，从而可实现对油套环空缓蚀剂的预膜和修复。因此，本发明能够很好地解决油套环空缓蚀剂加注的问题。
发明内容
[0005] 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的问题，而提供一种能够对套管内壁和油管外壁能完全覆盖，以及能够减少缓蚀剂的用量和经济成本的缓蚀剂喷淋式加注工艺及装置。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺，其特征在于：该工艺根据完井管柱结构、缓蚀剂有效预膜厚度、缓蚀剂加注的浓度、单井日产量以及缓蚀剂连续加注周期，对施工时加注缓蚀剂的用量采用如下公式(#)进行计算：
[0008] Q＝Q1+Q2 (#)
[0009] Q1＝kπμhρ(d1+d2+d3)×10-9 (％)
[0010] Q2＝GCQe×10-3 (&)
[0011] 式中，Q为所需缓蚀剂的加注总量，kg；Q1为缓蚀剂预膜所需的用量，kg；Q2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1.5～2.5；μ为缓蚀剂有效预膜厚度，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；G为缓蚀剂连续加注周期，取30～90d；C为缓蚀剂浓度，mg/L；Qe为单井日产量，m3；
[0012] 施工时将计算所需的缓蚀剂由计量泵输送给环形体，通过环形体的分流作用分给六个人字形喷头，每个人字形喷头的大喷嘴指向套管内壁，小喷嘴指向油管外壁，六个人字形喷头的缓蚀剂喷射面积径向上覆盖了整个套管内壁和油管外壁，并且每相邻的两个人字形喷头分别在套管的内壁和油管的外壁上的缓蚀剂喷射面积存在交叉，缓蚀剂在重力的作用下沿套管内壁和油管外壁向下流动，最后随着生产从油管返出。
[0013] 本发明还提供一种油气井油套环空缓蚀剂喷淋式加注工艺的装置：通过阀门将储液罐与计量泵连接，计量泵的另一端与连接杆连接，连接杆的另一端与环形体之间通过O型密封圈密封连接，六个人字形喷头固定在环形体的下表面并且沿环形体的环形流道均匀分布；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六个人字形喷头位于油管和套管环空的环形中线上；所述的人字形喷头通过喷头安装孔、垫圈和固定螺母安装在环形体下表面并且人字形喷头的接头与环形体内部环形流道的下底面齐平，人字形喷头大喷嘴的喷口倾斜指向套管内壁，小喷嘴的喷口倾斜指向油管外壁，喷口和喷口在同一径向上平行排列，两喷口的中点距套管内壁和油管外壁的距离相等并且有足够的喷射距离。
[0014] 进一步的，所述的环形体的内部环形中线上设有环形流道并且环形流道的截面呈正方形，环形体的下表面上设有六个喷头安装孔，六个喷头安装孔沿环形流道均匀分布并都与环形流道相连通，相邻两喷头安装孔之间的圆心角为60°。
[0015] 进一步的，所述的人字形喷头由大喷嘴、小喷嘴、大喷嘴接头A、小喷嘴接头B、三通接头、固定螺母和垫圈构成；所述的三通接头的一支上设有垫圈和固定螺母，另外两支上设有大喷嘴接头A和小喷嘴接头B，其中一支通过大喷嘴接头A与大喷嘴连接，另一支通过小喷嘴接头B与小喷嘴连接，大喷嘴的喷口和小喷嘴喷口相互平行且在同一水平面上；所述的大喷嘴和小喷嘴的喷口张角为60°～80°，两者都为由不锈钢材质制作的扁平喷嘴并且两者的长度相同，两者喷口的宽度为0.5～1mm，大喷嘴的喷口长度是小喷嘴的喷口长度的1.5～3倍。
[0016] 进一步的，所述的计量泵的工作压力为0.1MPa左右，所述的六个人字形喷头的喷淋特征均匀、稳定。
[0017] 进一步的，所述的油气井为直井，油管采用无接箍油管。
[0018] 利用本发明对油套环空缓蚀剂喷淋式加注的步骤如下：
[0019] A、准备足量的缓蚀剂加入储液罐中，采用公式(％)对缓蚀剂的预膜量进行估算；
[0020] B、打开阀门，通过计量泵输送缓蚀剂，然后通过环形体进行分流，最后通过六个人字形喷头将缓蚀剂喷淋至油套环空；
[0021] C、将计量泵调到指定的工作压力，使六个人字形喷头向套管内壁和油管外壁持续喷淋，缓蚀剂流入井底后再随油气从油管(7)返出；
[0022] D、当计量泵达到预膜指定的剂量时，关闭阀门(2)和计量泵(3)，完成缓蚀剂的预膜施工；
[0023] E、对一个缓蚀剂连续加注周期内缓蚀剂的用量采用公式(&)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；
[0024] 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阀门和计量泵；
[0025] G、根据现场实际生产情况每个周期重复步骤A～F一次。
[0026] 本发明与常规缓蚀剂加注方法相比，具有以下优点：
[0027] (1)本发明中，安装了人字形喷头，它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。
[0028] (2)本发明中，该工艺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。
[0029] (3)本发明中，提供了针对缓蚀剂喷淋式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。
附图说明
[0030] 图1是实现本发明的主要装置结构流程图。
[0031] 图2是本装置油套环空中六个人字形喷头的缓蚀剂喷射覆盖面积示意图。
[0032] 图3是本装置环形体及连接杆的外部结构示意图。
[0033] 图4是本装置环形体内部流道及喷头安装孔分布的结构示意图。
[0034] 图5是本装置环形体与连接杆之间的连接示意图。
[0035] 图6是本装置环形体沿A1-A2方向的横向截面示意图。
[0036] 图7是本装置人字形喷头的三通接头结构示意图。
[0037] 图8是本装置大小扁平喷嘴的外部结构示意图。
[0038] 图9是本装置大小扁平喷嘴的内部结构示意图。
[0039] 图10是本装置大小扁平喷嘴的喷口形状示意图。
[0040] 图中：1-储液罐，2-阀门，3-计量泵，4-连接杆，5-环形体，6-人字形喷头，7-油管，8-套管，9-技术套管，10-表层套管，11-套管头，12-油管头，13-采油树，14-喷头安装孔，15-环形流道，16-O型密封圈，17-喷嘴接头B，18-喷嘴接头A，19-三通接头，20-螺母，21-垫圈，
22A-大喷嘴，22B-小喷嘴，23A-大喷嘴喷口，23B-小喷嘴喷口，24-缓蚀剂喷射面积。
具体实施方式
[0041] 结合本发明附图和具体实施方式进行详细描述。
[0042] (a)安装
[0043] 如图1、图2和图5所示，通过阀门(2)将储液罐(1)与计量泵(3)连接，计量泵(3)的另一端与连接杆(4)连接，连接杆(4)的另一端与环形体(5)之间通过O型密封圈(16)密封连接，六个人字形喷头(6)固定在环形体(5)的下表面并且沿环形体(5)的环形流道(15)均匀分布；所述的环形体(5)装在套管头(11)和油管头(12)之间，装在环形体(5)下表面上的六个人字形喷头(6)位于油管(7)和套管(8)环空的环形中线上；所述的人字形喷头(6)通过喷头安装孔(14)、垫圈(21)和固定螺母(20)安装在环形体(5)下表面并且人字形喷头(6)的接头与环形体(5)内部环形流道(15)的下底面齐平，人字形喷头(6)大喷嘴(22A)的喷口(23A)倾斜指向套管(8)内壁，小喷嘴(22B)的喷口(23B)倾斜指向油管(7)外壁，喷口(23A)和喷口(23B)在同一径向上平行排列，两喷口的中点距套管(8)内壁和油管(7)外壁的距离相等并且有足够的喷射距离。
[0044] 如图3、图4和图6所示，所述的环形体(5)的内部环形中线上设有环形流道(15)并且环形流道(15)的截面呈正方形，环形体(5)的下表面上设有六个喷头安装孔(14)，六个喷头安装孔(14)沿环形流道(15)均匀分布并都与环形流道(15)相连通，相邻两喷头安装孔(14)之间的圆心角为60°。
[0045] 如图1、图7和图8所示，所述的人字形喷头(6)由大喷嘴(22A)、小喷嘴(22B)、大喷嘴接头A(18)、小喷嘴接头B(17)、三通接头(19)、固定螺母(20)和垫圈(21)构成；所述的三通接头(19)上端设有垫圈(21)和固定螺母(20)，下端一枝通过大喷嘴接头A(18)与大喷嘴(22A)连接，另一枝通过小喷嘴接头B(17)与小喷嘴(22B)连接，大喷嘴(22A)的喷口(23A)和小喷嘴(22B)喷口(23B)相互平行且在同一水平面上；所述的大喷嘴(22A)和小喷嘴(22B)的喷口张角为60°～80°，两者都为由不锈钢材质制作的扁平喷嘴并且喷嘴长度相同，两者喷口(23)的宽度为0.5～1mm，大喷嘴(22A)的喷口(23A)长度是小喷嘴(22B)的喷口(23B)长度的1.5～3倍。进一步的，所述的计量泵(3)的工作压力为0.1MPa左右；所述的六个人字形喷头(6)的喷淋特征均匀、稳定。
[0046] 进一步的，本发明中的油气井为直井，油管(7)采用无接箍油管。
[0047] (b)加注工艺
[0048] 根据完井管柱结构、缓蚀剂有效预膜厚度、缓蚀剂加注的浓度、单井日产量以及缓蚀剂连续加注周期，对施工时加注缓蚀剂的用量采用如下公式(#)进行计算：
[0049] Q＝Q1+Q2 (#)
[0050] Q1＝kπμhρ(d1+d2+d3)×10-9 (％)
[0051] Q2＝GCQe×10-3 (&)
[0052] 式中，Q为所需缓蚀剂的加注总量，kg；Q1为缓蚀剂预膜所需的用量，kg；Q2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1.5～2.5；μ为缓蚀剂有效预膜厚度，μm；h为井深，m；ρ为缓蚀剂的密度，kg/m3；d1为套管(8)的内径，mm；d2为油管(7)的外径，mm；d3为油管(7)的内径，mm；G为缓蚀剂连续加注周期，取30～90d；C为缓蚀剂浓度，mg/L；Qe为单井日产量，m3；
[0053] 施工时将计算所需的缓蚀剂由计量泵(3)输送给环形体(5)，通过环形体(5)的分流作用分给六个人字形喷头(6)，每个人字形喷头(6)的大喷嘴(22A)指向套管(8)内壁，小喷嘴(22B)指向油管(7)外壁，六个人字形喷头(6)的缓蚀剂喷射面积(24)径向上覆盖了整个套管(8)内壁和油管(7)外壁，并且每相邻的两个人字形喷头(6)分别在套管(8)的内壁和油管(7)的外壁上的缓蚀剂喷射面积(24)存在交叉，缓蚀剂在重力的作用下沿套管(8)内壁和油管(7)外壁向下流动，最后随着生产从油管(7)返出。
[0054] 利用本发明对油套环空缓蚀剂喷淋式加注的步骤如下：
[0055] A、准备足量的缓蚀剂加入储液罐(1)中，采用公式(％)对缓蚀剂的预膜量进行估算；
[0056] B、打开阀门(2)，通过计量泵(3)输送缓蚀剂，然后通过环形体(5)进行分流，最后通过六个人字形喷头(6)将缓蚀剂喷淋至油套环空；
[0057] C、将计量泵(3)调到指定的工作压力，使六个人字形喷头(6)向套管(8)内壁和油管(7)外壁持续喷淋，缓蚀剂流入井底后再随油气从油管(7)返出；
[0058] D、当计量泵(3)达到预膜指定的剂量时，关闭阀门(2)和计量泵(3)，完成缓蚀剂的预膜施工；
[0059] E、对一个缓蚀剂连续加注周期内缓蚀剂的用量采用公式(&)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；
[0060] 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阀门(2)和计量泵(3)；
[0061] G、根据现场实际生产情况每个周期重复步骤A～F一次。
