CN105154889B - 一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，包括碳钢油管短节，碳钢油管短节上安装有绝缘衬套，绝缘衬套的外环上套装有牺牲阳极组，碳钢油管短节与牺牲阳极组接触连接，牺牲阳级组的两端安装有锁紧卡箍，牺牲阳级组与锁紧卡箍之间通过绝缘垫环连接，牺牲阳极组外部固定连接有多个弹性扶正锚接器。其中绝缘衬套和绝缘垫环将牺牲阳极组与油管短节和锁紧卡箍固定并绝缘，避免牺牲阳极组在碳钢油管外壁的损耗。弹性扶正锚接器的合金接触头与套管内表面形成电性连接。由于牺牲阳极金属工作电位更负，可提供足够高的驱动电压，对套管输出稳定的阳极保护电流，能够有效实现对内涂层破损处碳钢套管本体的保护。

Description

一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置

技术领域

本发明涉及一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置。

背景技术

在油水井套管应用内涂层，可以有效隔离井筒内腐蚀介质与碳钢套管内壁，达到保护高腐蚀介质产出井及采出水回注井的生产安全及延长套管服役寿命的目的。但在油水井起下油管、下入封隔器等井下工具作业过程中可能发生碰撞、咬伤等情况，造成碳钢套管内涂层发生局部破损，导致碳钢套管局部腐蚀。而内涂层套管一旦入井后，将终生服役，无法起出，除配套机械封隔器隔采和环空保护液等防治措施外，缺少其他有效方法。

国内外在碳钢套管、管道的外防腐措施中广泛应用牺牲阳极保护技术。牺牲阳极保护套管装置是将阳极铸造成手镯式空心圆柱体并固定在碳钢套管、管道外部,通过锁紧装置将阳极紧密连接。或将圆柱、梯形等不同规格、尺寸的实心阳极通过焊接或电缆连接等方式与被保护体相连。牺牲阳极给腐蚀段提供稳定电流保护,确保碳钢套管、管道不受腐蚀破坏。

发明专利CN 103498994 A 为一种保护海底管道的单片式牺牲阳极装置，采用焊接方式将牺牲阳极连接至海底管道外表面。CN 201686745 U和 CN 201704408 U均为保护套管用的手镯式牺牲阳极装置，采用螺纹连接将牺牲阳极固定在套管外表面。

对于碳钢套管内表面的牺牲阳极保护装置国内外文献鲜有报道。应用中的主要难点有：油井井下环境的特殊性，井筒中含水、原油和溶解性CO₂、H₂S气体等。井筒中的油、蜡等组分容易在牺牲阳极表面附着，导致牺牲阳极的活化性能变差，溶解不均，腐蚀产物不易脱落，电流效率下降，达不到设计要求；2、油管属高强度碳钢，不允许焊接；3、油水井井底温度高于50℃后，常用的铝、锌和镁系牺牲阳极会发生严重的晶间腐蚀，消耗速度快，并且可能发生极性反转，完全丧失保护作用。这些都对牺牲阳极保护装置的抗油、连接方式等方面的设计提出了更高要求。

发明内容

为了克服现有装置寿命短、易破损腐蚀的问题，本发明提供一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，牺牲阳极保护装置加工工艺简单、成本低、有效期长、易更换，对油水井的日常维护没有影响，实现对碳钢套管内涂层破损处的保护，有效防止破损处腐蚀，延长碳钢套管使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，包括碳钢油管短节，碳钢油管短节上安装有绝缘衬套，绝缘衬套的外环上套装有牺牲阳极组，碳钢油管短节与牺牲阳极组接触连接，牺牲阳级组的两端安装有锁紧卡箍，牺牲阳级组与锁紧卡箍之间通过绝缘垫环连接，牺牲阳极组外部固定连接有多个弹性扶正锚接器。

所述弹性扶正锚接器一端通过锚接器固定卡环固定在牺牲阳极组上，弹性扶正锚接器的另一端直接固定在牺牲阳极组的另一端上，锚接器固定卡环通过十字槽螺钉安装在牺牲阳极组上。

所述弹性扶正锚接器，由弹性簧片、合金接触头组成，弹性扶正锚接器中的弹性簧片两端通过十字槽螺钉形成固定连接点，与牺牲阳极组固定连接；合金接触头通过焊接方式，连接到弹性簧片中部，弹性扶正锚接器以2~6支均匀分布在碳钢油管径向360°范围内。

锚接器固定卡环为316L，安装在牺牲阳极组靠近母扣端的端部。

锁紧卡箍由锁紧箍和锁紧卡套两部分组成，锁紧箍与锁紧卡套两者丝扣连接。

绝缘衬套为PVC或尼龙材质。

绝缘垫环为尼龙材质。

本发明的有益效果：

（1）一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置实施工艺简单，安装于碳钢油管串后随油管一起下井，不需要特殊的修井作业等施工措施，而且对油水井的后期修井、更换油管等作业没有影响，降低高腐蚀油水井开采成本。

（2）牺牲阳极保护装置加工工艺简单、成本低、有效期长、易更换，对油水井的日常维护没有影响。

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的俯视图。

图中，附图标记：1、碳钢油管短节；2、锁紧卡箍；3、牺牲阳极组；4、绝缘衬套；5、锚接器固定卡环；6、弹性扶正锚接器；7、绝缘垫环；8、十字槽螺钉。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有装置寿命短、易破损腐蚀的问题，本发明提供一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，牺牲阳极保护装置加工工艺简单、成本低、有效期长、易更换，对油水井的日常维护没有影响，实现对碳钢套管内涂层破损处的保护，有效防止破损处腐蚀，延长碳钢套管使用寿命。

一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，包括碳钢油管短节1，碳钢油管短节1上安装有绝缘衬套4，绝缘衬套4的外环上套装有牺牲阳极组3，碳钢油管短节1与牺牲阳极组3接触连接，牺牲阳级组3的两端安装有锁紧卡箍2，牺牲阳级组3与锁紧卡箍2之间通过绝缘垫环7连接，牺牲阳极组3外部固定连接有多个弹性扶正锚接器6。

牺牲阳极组3套装在绝缘衬套4外环。弹性扶正锚接器6下端为固定端口，打磨光滑后固定在牺牲阳极组3端口内侧，确保弹性簧片与阳极接触良好。将锁紧卡箍2从公扣端套入碳钢油管短节1近母扣端，并上紧丝扣固定位置。安装绝缘垫环7，并将绝缘衬套4套入油管短节，并与绝缘垫环7紧密连接。弹性扶正锚接器6的一端固定在牺牲阳极组3近公扣端的内侧后，套入绝缘衬套4外环。

安装完绝缘垫环7后，两端分别用锁紧卡箍2卡住，将牺牲阳极组3固定在预留位置，防止牺牲阳极组3上下滑动。弹性扶正锚接器6的耐蚀合金接触头与碳钢套管内涂层接触，将牺牲阳极组3的活泼电子传输至碳钢套管内涂层表面，起到对内涂层破损处碳钢套管本体的保护作用。

其中绝缘衬套4和绝缘垫环7将牺牲阳极组3与油管短节1和锁紧卡箍2固定并绝缘，避免牺牲阳极组3在碳钢油管外壁的损耗。弹性扶正锚接器6的合金接触头与套管内表面形成电性连接。由于牺牲阳极金属工作电位更负，可提供足够高的驱动电压，对套管输出稳定的阳极保护电流，能够有效实现对内涂层破损处碳钢套管本体的保护。

本牺牲阳极保护装置采用的牺牲阳极，其主要元素含量为Al：5%～10%，In：0.1%～0.5%，Si：0.1%～0.2%，余量为Zn，最高耐温可达80℃。在高矿化度油、水介质中能均匀溶解，自腐蚀电位为-0.90V~-1.2V。

一种油水井内涂层套管的牺牲阳极保护装置用于内涂层套管井的碳钢套管保护，满足温度不超过80℃、含CO₂、高矿化度水（≤100g/L）且含水率在40%～90%的高腐蚀油井的碳钢套管内壁保护要求。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，所述弹性扶正锚接器6一端通过锚接器固定卡环5固定在牺牲阳极组3上，弹性扶正锚接器6的另一端直接固定在牺牲阳极组3的另一端上，锚接器固定卡环5通过十字槽螺钉8安装在牺牲阳极组3上。

锚接器固定卡环5通过十字槽螺钉8安装在牺牲阳极组近母扣端，然后把弹性扶正锚接器6的活动端穿入锚接器固定卡环5卡槽，将末端加工成高于卡槽的圆形、方形或倒三角形。再次安装绝缘垫环7和锁紧卡箍2，上紧锁紧箍和锁紧卡套丝扣，固定位置。弹性扶正锚接器6的合金接触头通过弹性簧片的弹性扩张与碳钢套管内涂层实现低阻值点接触，实现内涂层破损处牺牲阳极保护作用。为避免弹性扶正锚接器6在径向扩张时活动端抽出锚接器固定卡环5，需在弹性簧片端部加工呈圆形或方形，高度要高于锚接器固定卡环5卡槽的高度，同时为避免弹性扶正锚接器6在径向扩张时活动端抽出锚接器固定卡环5，需在弹性簧片端部加工呈圆形或方形，高度要高于锚接器固定卡环5卡槽的高度。锚接器固定卡环5由十字槽螺钉8安装在牺牲阳极组3的端口。避免阳极损耗。

实施例3：

基于上述两个实施例的基础上，本实施例中，所述弹性扶正锚接器6，由弹性簧片、合金接触头组成，弹性扶正锚接器6中的弹性簧片两端通过十字槽螺钉8形成固定连接点，与牺牲阳极组3固定连接；合金接触头通过焊接方式，连接到弹性簧片中部，弹性扶正锚接器6以2~6支均匀分布在碳钢油管径向360°范围内。

弹性扶正锚接器6通过弹簧钢板的外扩张弹性和合金接触头有效实现与内涂层套管的点接触。

弹性扶正锚接器6，其主要由弹性簧片、合金接触头、固定连接点组成，以2~6支均匀分布在油管径向360°范围内。一般采用3~4支均布方式。

锚接器固定卡环5为316L，安装在牺牲阳极组3靠近母扣端的端部。

锁紧卡箍2由锁紧箍和锁紧卡套两部分组成，锁紧箍与锁紧卡套两者丝扣连接。

本发明中所用的锁紧卡箍2由锁紧箍和锁紧卡套两部分组成，两者为丝扣连接.锁紧箍尾部共6只卡箍，斜坡处及前部变径段加工有螺纹，锁紧卡套内部亦加工有与锁紧箍配套的螺纹。上扣时，锁紧箍尾部的卡箍内径会有适量缩径，保证卡箍与碳钢油管短节紧密连接。锁紧卡箍共2支，分布在装置两端，尺寸与碳钢油管短节1配套。

绝缘衬套4为PVC或尼龙材质。

绝缘衬套4为PVC或尼龙材质，安装于碳钢油管短节1与牺牲阳极组3之间，尺寸与碳钢油管短节1配套。

绝缘垫环7为尼龙材质。

绝缘垫环为尼龙材质，安装在锁紧卡箍2与牺牲阳极组3之间。

其中的锚接器固定卡环为316L或等级高于316L的不锈钢材质，安装于阳极近母扣端端部环向。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，其特征在于：包括碳钢油管短节（1），碳钢油管短节（1）上安装有绝缘衬套（4），绝缘衬套（4）的外环上套装有牺牲阳极组（3），碳钢油管短节（1）与牺牲阳极组（3）接触连接，牺牲阳极组（3）的两端安装有锁紧卡箍（2），牺牲阳极组（3）与锁紧卡箍（2）之间通过绝缘垫环（7）连接，牺牲阳极组（3）外部固定连接有多个弹性扶正锚接器（6）；所述的弹性扶正锚接器（6）一端通过锚接器固定卡环（5）固定在牺牲阳极组（3）上，弹性扶正锚接器（6）的另一端直接固定在牺牲阳极组（3）的另一端上，锚接器固定卡环（5）通过十字槽螺钉（8）安装在牺牲阳极组（3）上。

2.根据权利要求1所述的一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，其特征在于：所述弹性扶正锚接器（6），由弹性簧片、合金接触头组成，弹性扶正锚接器（6）中的弹性簧片两端通过十字槽螺钉（8）形成固定连接点，与牺牲阳极组（3）固定连接；合金接触头通过焊接方式，连接到弹性簧片中部，弹性扶正锚接器（6）以2~6支均匀分布在碳钢油管径向360°范围内。

3.根据权利要求1所述的一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，其特征在于：锚接器固定卡环（5）为316L，安装在牺牲阳极组（3）靠近母扣端的端部。

4.根据权利要求1所述的一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，其特征在于：锁紧卡箍（2）由锁紧箍和锁紧卡套两部分组成，锁紧箍与锁紧卡套两者丝扣连接。

5.根据权利要求1所述的一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，其特征在于：绝缘衬套（4）为PVC或尼龙材质。

6.根据权利要求1所述的一种内涂层套管井的牺牲阳极保护装置，其特征在于：绝缘垫环（7）为尼龙材质。