一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的結構及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的結構及方法，屬于油田氣 井生產管柱技術領域。
【背景技術】
[0002] 我國天然氣開采的需求和應用比重越來越大，油氣開產企業為了降低生產成本， 提高效益，采用適合井況的經濟性井下管材成為必然。
[0003] 長慶油田屬于典型的(特)低滲油氣田，表現為天然氣井產量低，井越來越深。排水 采氣工藝采用速度管柱為國產CT70連續油管，其成本高昂，為此開發采用井下"中碳鋼+鋁 合金管"組合的新型速度管柱，該管柱經濟實用性強，特別是面對低產超深（4000m以上）氣 田的經濟有效開發，更具有良好的成本優勢和潛在的應用前景。同時針對井下管柱普遍采 用的碳鋼結構，出于氣井安全生產的考慮，鋁合金管的有效保護是面臨的重要課題。
[0004] "中碳鋼+鋁合金管"組合管柱面臨的突出問題是，氣井油套管柱為中碳鋼，金屬鋁 十分活潑，其電極電位很負，與碳鋼之間的電位差大，兩者同處狹小井眼中容易接觸產生電 偶腐蝕，導致鋁合金腐蝕損壞，特別是針對排水采氣的高產水氣井，富含硫化氫、二氧化碳、 硫酸鹽還原菌及氯根的高礦化度天然氣攜液對電偶腐蝕起極大的促進作用。
[0005] 公知的防止電偶腐蝕方法，一是避免異種金屬直接接觸，二是腐蝕介質處理，三是 電化學保護，以及耐蝕合金加涂層、緩蝕劑措施。在地面表面工程領域，針對鋁合金與異種 金屬間的電偶腐蝕，應用普遍、較為成熟有效的方法是采用鋁合金陽極氧化工藝，在鋁合金 表面形成電絕緣性、防腐性較好且硬度高的三氧化二鋁薄層，然后進行封孔處理，可以達到 功能性和裝飾性均很高的表面層。
[0006] 石油鉆井中在局部情況下采用鋁合金鉆桿，鉆桿雖然與鋼管柱結構之間存在電偶 腐蝕風險，但因鉆井周期較短，并且采用特殊鉆井液，與鋼管柱之間只存在短周期接觸，鋁 合金鉆桿腐蝕損傷程度低，一般不予采用特別處理措施。
[0007] 針對長期生產氣井的復雜的井下管柱，鋁合金-碳鋼雙金屬之間的電偶腐蝕則是 十分嚴重的問題，若雙金屬間的鋁合金接頭采用陽極氧化工藝，則該陽極氧化接頭存在兩 方面主要問題：
[0008] -是氣井井深達4000m，井溫達120°C，接頭處鋁氧化膜在80~100°C條件下將產 生熱裂紋。
[0009] 二是鋁氧化膜硬度高、脆性大，不適合用于機械作用的環境，接頭螺紋處的高強度 沖擊力作用極易導致微裂紋。
[0010] 在高溫高壓氣井的缺氧環境內，鋁合金陽極熱(微）裂紋無法及時完全自愈，在氣 井富含氯根和多種腐蝕性氣體且高礦化度產水情況下，熱(微）裂紋可直接導致接頭損壞失 效，氣井生產將產生極大的安全風險。
[0011] 井筒內采用具有電偶腐蝕的管柱組合歷來是行業禁忌，防止電偶腐蝕的通用做法 是盡量靠用高規格的同等級管材，出于安全至上的謹慎考慮，此法對高產腐蝕氣井的開發 是徹底的無風險措施，但對于低產氣井且氣層較深的氣田則很不經濟，尋求經濟有效可靠 的防止鋁合金管電偶腐蝕的方法是十分必要的。

【發明內容】

[0012] 為了克服現有技術的不足，本發明提供一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞 的結構及方法。
[0013] 針對氣井井筒內采用的鋁合金管-碳鋼管柱組合，提供一種防止井下鋁合金-碳 鋼管柱腐蝕損壞的結構及方法。
[0014] 一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的結構，鋁合金外套的內環勾槽表面呈 八邊形，與此對應裝配的碳鋼內凸緣的外形也呈八邊形，兩者之間通過絕緣套裝配后，可有 效防止上下管柱間的轉動彎扭松扣，提高接頭絕緣性能；鋁合金外套與碳鋼內凸緣外周對 應嚙合面進行陽極化氧化處理；鋁合金外套的勾套采用直螺紋與外套連接；絕緣接頭按從 下往的順序裝配后，灌注環氧樹脂，上緊勾套，最后用熱收縮套作為接頭護套；
[0015] 扶正器及其分布：扶正器結構采用塑料絕緣管，在骨管的外周帶四個凸棱，凸棱之 間為導流槽；
[0016] 堵頭器連接在鋁合金管的最下端，并在轉接套內安裝隔離井內氣體的堵塞器；堵 頭器的結構由母接頭、轉接套、和絕緣套組成；轉接套通過焊接與母接頭相連，絕緣套通過 注塑成形固于轉接套外并緊貼母接頭下端。
[0017] 一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的方法：含有以下步驟；通過管柱結構 設計，實現鋁合金管與碳鋼管之間電性絕緣，有效避免高溫高壓氣井內電偶腐蝕發生；與異 種金屬管相聯的鋁合金管上部采用絕緣轉換接頭，鋁合金管通過該接頭與上部管柱連接； 根據井眼軌跡，在鋁合金管每隔一定間距安裝非金屬扶正器，避免鋁合金管與碳鋼管壁接 觸磨損腐蝕；在鋁合金管的最下端安裝塑料堵頭，氣井排水采氣的堵塞器則安裝在塑料堵 頭下端腔內，避免鋁合金管與油套管的碰觸損壞腐蝕；
[0018] 還含有三個步驟：
[0019] 步驟一、在其最上部安裝絕緣轉換接頭1，該接頭滿足上部碳鋼管柱與下部鋁合金 管柱的轉換連接，適應高溫高壓氣井內作業與生產環境，不發生周向轉動失效，保證鋁合金 管與上部碳鋼管材的電性絕緣，避免直接連接導致的電偶腐蝕。
[0020] 步驟二、根據氣井井眼軌跡，在鋁合金管管身每隔一定間距安裝扶正器2,防止鋁 合金管與周圍碳鋼管柱的磨擦腐蝕。
[0021] 步驟三、在鋁合金管下端安裝堵頭器3,防止最下端部與油(套)管碳鋼管壁的碰觸 損壞腐蝕。
[0022] 第二、三步驟同時起到保護油(套）管內表面、特別是有機涂層的效果。
[0023] -種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的結構，絕緣轉換接頭1 :由鋁合金外套 1. 8、大絕緣墊1. 7、絕緣套1. 6、小絕緣墊1. 5和絕緣填料1. 2以及碳鋼內凸緣1. 10組成。 其中鋁合金外套1. 8的內環勾槽表面呈八邊形，與此對應裝配的碳鋼內凸緣1. 10的外形也 呈八邊形，兩者之間通過絕緣套1.6裝配后，可有效防止上下管柱間的轉動彎扭松扣，提高 接頭絕緣性能；鋁合金外套1. 8與碳鋼內凸緣1. 10外周對應的嚙合面進行陽極化氧化處 理；鋁合金外套1. 8的勾套1. 3采用直螺紋與外套1. 8連接。絕緣轉換接頭按從下往上的 順序裝配后，灌注環氧樹脂，上緊勾套I. 3,最后用熱收縮套作為接頭護套。
[0024] 扶正器2及其分布：扶正器2結構采用塑料絕緣管，在骨管2. 2的外周帶四個凸棱 2. 1，凸棱2. 1之間為導流槽2. 3 ;根據氣井井眼軌跡和管材參數，扶正器2在管柱上的間距 按下式編寫程序，通過軟件計算得出：
[0025] 假定鋁合金管上只有扶正器處與油管(或套管）接觸，兩扶正器間鋁合金管的最大 變形是
【主權項】
1. 一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的方法，其特征在于含有以下步驟；通過 管柱結構設計，實現鋁合金管與碳鋼管之間電性絕緣，避免高溫高壓氣井內電偶腐蝕發生； 與異種金屬管相聯的鋁合金管上部采用絕緣轉換接頭，鋁合金管通過該接頭與上部管柱連 接；根據井眼軌跡，在鋁合金管每隔一定間距安裝非金屬扶正器，避免鋁合金管與碳鋼管壁 接觸磨損腐蝕；在鋁合金管的最下端安裝塑料堵頭，氣井排水采氣的堵塞器則安裝在塑料 堵頭下端腔內，避免鋁合金管與油套管的碰觸損壞腐蝕； 根據氣井井眼軌跡和管材參數，扶正器2在管柱上的間距通過計算得出： 鋁合金管上只有扶正器處與油管(或套管）接觸，兩扶正器間鋁合金管的最大變形是
式中:μ = /(4￡/)，其中F為鋁合金管柱的軸向力，N;LsS扶正器間距，m;EI為 鋁合金管的抗彎剛度，N · m2 ; 計算準則戈
吋，增加 Ls的值，反之減少Ls ;其中f為變 形比例系數；dt為油管(或套管）外徑，m 為錯合金管外徑,m。
2. -種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的結構，其特征在于鋁合金外套的內環勾 槽表面呈八邊形，與此對應裝配的碳鋼內凸緣的外形也呈八邊形，兩者之間通過絕緣套裝 配后，可有效防止上下管柱間的轉動彎扭松扣，提高接頭絕緣性能；鋁合金外套與碳鋼內凸 緣外周對應嚙合面進行陽極化氧化處理；鋁合金外套的勾套采用直螺紋與外套連接；絕緣 接頭按從下往的順序裝配后，灌注環氧樹脂，上緊勾套，最后用熱收縮套作為接頭護套； 扶正器及其分布：扶正器結構采用塑料絕緣管，在骨管的外周帶四個凸棱，凸棱之間為 導流槽； 堵頭器連接在鋁合金管的最下端，并在轉接套內安裝隔離井內氣體的堵塞器；堵頭器 的結構由母接頭、轉接套、和絕緣套組成；轉接套通過焊接與母接頭相連，絕緣套通過注塑 成形固于轉接套外并緊貼母接頭下端。
【專利摘要】一種防止井下鋁合金-碳鋼管柱腐蝕損壞的結構及方法，屬于油田氣井生產管柱技術領域。鋁合金外套的內環勾槽表面呈八邊形，與此對應裝配的碳鋼內凸緣的外形也呈八邊形，兩者之間通過絕緣套裝配后，可有效防止上下管柱間的轉動彎扭松扣，提高接頭絕緣性能；鋁合金外套與碳鋼內凸緣外周對應的嚙合面進行陽極化氧化處理；鋁合金外套的勾套采用直螺紋與外套連接；絕緣接頭按從下往的順序裝配后，灌注環氧樹脂，上緊勾套，最后用熱收縮套作為接頭護套；扶正器及其分布：扶正器結構采用塑料絕緣管，在骨管的外周帶四個凸棱，凸棱之間為導流槽；堵頭器連接在鋁合金管的最下端。
【IPC分類】E21B17-00, E21B17-10, E21B17-02
【公開號】CN104632090
【申請號】CN201310552229
【發明人】程碧海, 曾亞勤, 楊全安, 李瓊瑋, 甘慶明, 付彩利, 董曉煥, 朱方輝, 孫雨來
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月8日