CN110711690A - 一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，包括预处理液循环注入和工作液循环注入的过程；所述预处理液由以下重量份数的组分组成：自来水80‑120份；清洗剂5‑15份；阳离子表面活性剂0.5‑1.5份；所述工作液由以下重量份数的组分组成：自来水80‑120份；聚丙烯酰胺0.05‑0.1份；水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物10‑60份。本发明的预处理液和工作液通过循环注入和排出过程实现在管壁表面吸附、粘结、固化，最终在管壁表面形成保护膜，达到防腐目的。

Description

一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺
技术领域
本发明涉及油田开发中采油井和注水井套管防腐领域，涉及一种采油井和注水井套管的水下涂敷防腐工艺。
背景技术
油田直接生产出石油的井称油井或采油井。用于向地层注水增加或者稳定油井产量的井称注水井。油田开发的油井和水井通常采用钢制套管支撑井壁、隔开非生产层、保护油管、抽油泵等井下工具。钢制套管在井下处于高温、高压及高矿化度水境中、遭受水下腐蚀并可能受到硫酸盐还原菌等腐蚀。一旦套管腐蚀严重，将使得正常采油难以进行，甚至油井提前报废。
目前防止套管腐蚀的主要方法有：
(1)采用高强度、大壁厚套管，优选耐腐蚀管材，这种做法成本高昂。
(2)采用内涂层套管，在套管下入井内之前进行内外壁涂层，但这种方法只能用于新井，对于已经下入井内的套管不可能实施。
(3)加入套管保护液。在套管和油管环空之中灌入具有防止金属腐蚀的套管保护液。但是套管和油管环空不是一个密封的空间，套管保护液会被稀释，需要定期补充套管保护液。而且在进行更换井下工具后也必须重新灌入套管保护液。
由此可见，对于油田已投产数年的采油井和注水井，由于长期处于高温、高压及高矿化度水环境中存在套管局部腐蚀的问题，还缺乏简单有效的方法。
发明内容
本发明针对背景技术中的相关问题，提供一种使用于油田已经投产的老井(包括采油井和注水井)套管水下涂敷防腐工艺。
针对油田已投产数年的采油井和注水井存在套管局部腐蚀的问题，以及预防套管发生腐蚀，本发明的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，包括预处理液循环注入和工作液循环注入的过程；
所述预处理液由以下重量份数的组分组成：
自来水80-120份；
清洗剂5-15份；
阳离子表面活性剂0.5-1.5份；
所述工作液由以下重量份数的组分组成：
自来水80-120份；
聚丙烯酰胺0.05-0.1份；
水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物10-60份。
进一步地，所述清洗剂为氨基磺酸或柠檬酸中的一种或二者的结合。
进一步地，阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或几种的结合。
进一步地，聚丙烯酰胺分子为阴离子型，分子量大于2000万，水解度20-27％。
进一步地，水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物由以下重量份数的组分组成：
苯酚0.5-1.5份，
工业甲醛(工业级37％)1.5-2份，
碳酸钠0.01-0.05份，
锌粉(500目)0.05-0.2份。
进一步地，所述水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物的制备过程如下：将工业甲醛加热至50-80℃并混入碳酸钠搅拌，加入苯酚搅拌至苯酚融化，并继续搅拌至混合物的粘度增加至5-50mPa.s，加入锌粉，搅拌均匀即得。
进一步地，所述预处理液循环注入的过程如下：由套管环空注入，由油管返出，然后再循环注入。
进一步地，所述预处理液循环注入量为2-8倍套管环空体积。
进一步地，所述工作液循环注入的过程如下：由套管环空注入，由油管返出，然后再循环注入。
进一步地，所述工作液循环注入量为2-8倍套管环空体积。
本发明预处理液的作用是除去油管内外壁，以及套管内壁上附着的污垢，同时阳离子表面活性剂粘附在管壁表面，起到降低固体表面张力的作用。工作液——酚醛树脂锌粉混悬液在地层温度50℃以上继续发生缩聚和交联反应，粘度快速上升，通过液体的循环流动粘附并固化在管壁表面，从而形成管壁保护膜，防止管壁与地层内流体直接接触。对地层温度小于50℃的浅层井，需要在预处理液中加入微量的氯化铵溶液，以加快反应速率形成保护膜。
此外，混悬液中的锌粉充当阳极，尤其对某些投产时间较长且局部已发生腐蚀的老井可起到电化学防腐作用。本发明技术从形成保护膜和电化学两方面防腐起到防止油管和套管被地层腐蚀和破坏。
本发明的有益效果：
(1)相比普通套管保护液，本发明水下涂敷防腐工艺不需要向油套环空定期补充保护液，而且施工工艺简单，只需要调剖泵循环注入即可，不需要更换井内管柱；
(2)本发明的预处理液具有低的表面张力，使得酚醛树脂锌粉混悬液很容易吸附在管壁表面。此外，酚醛树脂锌粉混悬液易于成膜，形成的交联保护膜附着力强，因此，一次施工后有效期长；
(3)本发明的预处理液和工作液通过循环注入和排出过程实现在管壁表面吸附、粘结、固化，最终在管壁表面形成保护膜。即使部分管壁上没有形成保护膜，但由于锌粉的存在，仍然可以起到牺牲阳极的防腐作用。
附图说明
图1为本发明模拟采油井油套管防腐性能的评价装置示意图。
1.吊杆固定架，2.吊杆，3.恒温水浴槽，4.螺帽，5.试片支架，6.模拟井内套管试片，7.模拟井内油管试片，8.模拟井内油套环空，9.流量计，10.注入管线，11.注入泵，12.储液罐，13.排液阀，14.集液罐。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明用到的原料均为市购产品。
以油田常用套管材质为普通碳钢N80来评价水下涂敷防腐性能。市场订制碳钢N80材质的挂片，外形尺寸139mm×76mm×1.5mm，在一端距边线10mm处钻一直径为8mm的小孔并打号。采用石油天然气行业标准SY/T 5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法中5.5平均腐蚀率来模拟评价防腐性能。
模拟采油井油套管防腐性能的评价装置如图1所示，具体地，包括顺次连接的吊杆固定架、吊杆和试片支架，所述试片支架包括若干平行设置的试片支撑杆，每一所述试片支撑杆上挂设两个模拟井内套管试片和两个模拟井内油管试片，该支撑杆的两端设有外螺纹，螺帽与该外螺纹配合，以避免模拟井内套管试片及模拟井内油管试片的掉落；所述吊杆、试片支架、模拟井内套管试片和模拟井内油管试片位于恒温水浴槽内；所述恒温水浴槽的下部设有排液口，该排液口通过排液管线与集液罐连通，该排液管线上安装有排液阀。
其中，恒温水浴槽尺寸(长×宽×高)：145mm×145mm×100mm。
上述评价装置是根据采油井油套管的位置来模拟评价水下涂覆防腐工艺。操作流程是：(1)安装固定4个模拟井内套管试片及模拟井内油管试片，并且调整两个模拟井内套管试片之间距离为139mm，两个模拟井内油管试片之间距离为73mm。(2)由上述固定好的4个试片以及吊杆组成的固定支架在恒温水浴槽内摆放，摆放要求为试片平行且垂直放置；试片上沿距离水浴槽底90mm。(3)在储液罐内注入预处理液，通过注入泵将预处理液注入恒温水浴槽内，且液面刚好没过试片上沿。(4)打开排液阀，排出预处理液后，关闭排液阀。(5)再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的预处理液。(6)排出预处理液。(7)在储液罐内注入工作液(酚醛树脂锌粉混悬液)，通过注入泵将此工作液注入恒温水浴槽内，且液面刚好没过试片上沿。(8)打开排液阀，排出工作液后，关闭排液阀。(9)再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的工作液。(10)排出工作液。(11)向恒温水浴槽内注入油田现场水，液面刚好没过试片上沿，恒温7到30天后测定金属挂片的腐蚀速率。
实施例1
准备称量原料(克)：氨基磺酸40、十二烷基三甲基氯化铵12和自来水800。
准备称量原料(克)：聚丙烯酰胺0.4、苯酚76.8、工业甲醛153.6、碳酸钠1.53、锌粉7.6和自来水800。
以上原料均为市购。其中，聚丙烯酰胺分子量大于2000万，水解度20-27％；工业甲醛有效含量为37％；锌粉粒径范围为500目。
(1)制备预处理液。
向800g自来水中加入40g氨基磺酸，用磁力搅拌器搅拌10min；再加入12g十二烷基三甲基氯化铵，搅拌15min，得到溶解均匀的产品YC-1。
(2)配制聚丙烯酰胺溶液。
向800g自来水中加入0.4g聚丙烯酰胺，搅拌60min。
(3)制备水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物。
将153.6g工业甲醛加热至60℃恒温10分钟，加入1.53g碳酸钠，搅拌5分钟。加入一半苯酚，60℃恒温搅拌30分钟，再加入另一半60℃苯酚，融化，60℃恒温搅拌10分钟，此时产物粘度增加至6mPa·s。最后加入7.6g锌粉，搅拌均匀，得到产品水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物JL-1。
(4)制备酚醛树脂锌粉混悬液。
向配制的(2)溶液中加入240g JL-1，搅拌30min，即得到酚醛树脂锌粉混悬液。
以下对上述制得的预处理液和酚醛树脂锌粉混悬液通过附图1模拟装置来评价本技术发明水下涂敷防腐性能。
按照石油天然气行业标准SY/T 5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法中5.5平均腐蚀率试验方法配制试片清洗液。
采用附图1实验装置来模拟采油井油套管涂敷工艺过程。测试条件为：恒温水浴槽设定温度为80℃。预处理液和工作液的注入速度均控制在10mL/min。涂敷过程是：首先，算出试片面积,并称重试片，称准至0.1mg。然后，按照附图1操作流程,先注入预处理液，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的预处理液，排出；其次，注入工作液(酚醛树脂锌粉混悬液)，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的工作液，排出。最后，向恒温水浴槽内注入油田现场水，液面刚好没过试片上沿，挂片30d(塑料膜遮盖减少液体蒸发，如液面降低应及时补充油田现场水)。然后取出，擦拭干净。称量试验后试片质量，代入平均腐蚀率公式计算得到平均腐蚀率为0.039mm/年，达到了SY/T 5329-2012中平均腐蚀率控制指标要求≤0.076mm/年。
实施例2
准备称量原料(克)：氨基磺酸80、十四烷基三甲基氯化铵8和自来水800。
准备称量原料(克)：聚丙烯酰胺0.64、苯酚128.2、工业甲醛256.4、碳酸钠2.56、锌粉12.8和自来水800。
以上原料均为市购。其中，聚丙烯酰胺分子量大于2000万，水解度20-27％；工业甲醛有效含量为37％；锌粉粒径范围为500目。
(1)制备预处理液。
向800g自来水中加入80g氨基磺酸，用磁力搅拌器搅拌10min；再加入8g十四烷基三甲基氯化铵，搅拌15min，得到溶解均匀的产品YC-2。
(2)配制聚丙烯酰胺溶液。
向800g自来水中加入0.64g聚丙烯酰胺，搅拌60min。
(3)制备水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物。
将256.4g工业甲醛加热至60℃恒温10分钟，加入2.56g碳酸钠，搅拌5分钟。加入一半苯酚，60℃恒温搅拌30分钟，再加入另一半60℃苯酚，融化，60℃恒温搅拌10分钟，此时产物粘度增加至38mPa·s。最后加入12.8g锌粉，搅拌均匀，得到产品水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物JL-2。
(4)制备酚醛树脂锌粉混悬液。
向配制的(2)溶液中加入400g JL-2，搅拌30min，即得到酚醛树脂锌粉混悬液。
以下对上述制得的预处理液和酚醛树脂锌粉混悬液通过附图1模拟装置来评价本技术发明水下涂敷防腐性能。
按照石油天然气行业标准SY/T 5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法中5.5平均腐蚀率试验方法配制试片清洗液。
采用附图1实验装置来模拟采油井油套管涂敷工艺过程。测试条件为：恒温水浴槽设定温度为50℃。预处理液和工作液的注入速度均控制在10mL/min。涂敷过程是：首先，算出试片面积,并称重试片，称准至0.1mg。然后，按照附图1操作流程,先注入预处理液，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的预处理液，排出；其次，注入工作液(酚醛树脂锌粉混悬液)，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的工作液，排出。最后，向恒温水浴槽内注入油田现场水，液面刚好没过试片上沿，挂片30d(塑料膜遮盖减少液体蒸发，如液面降低应及时补充油田现场水)。然后取出，擦拭干净。称量试验后试片质量，代入平均腐蚀率公式计算得到平均腐蚀率为0.032mm/年，达到了SY/T 5329-2012中平均腐蚀率控制指标要求≤0.076mm/年。
实施例3
准备称量原料(克)：柠檬酸120、十六烷基三甲基氯化铵12和自来水800。
准备称量原料(克)：聚丙烯酰胺0.8、苯酚153.8、工业甲醛307.7、碳酸钠3.0、锌粉15.3和自来水800。
以上原料均为市购。其中，聚丙烯酰胺分子量大于2000万，水解度20-27％；工业甲醛有效含量为37％；锌粉粒径范围为500目。
(1)制备预处理液。
向800g自来水中加入120g柠檬酸和1.0g氯化铵，用磁力搅拌器搅拌10min；再加入12g十六烷基三甲基氯化铵，搅拌15min，得到溶解均匀的产品YC-3。
(2)配制聚丙烯酰胺溶液。
向800g自来水中加入0.8g聚丙烯酰胺，搅拌60min。
(3)制备水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物。
将307.7g工业甲醛加热至60℃恒温10分钟，加入3.0g碳酸钠，搅拌5分钟。加入一半苯酚，60℃恒温搅拌30分钟，再加入另一半60℃苯酚，融化，60℃恒温搅拌10分钟，此时产物粘度增加至50mPa·s。最后加入15.3g锌粉，搅拌均匀，得到产品水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物JL-3。
(4)制备酚醛树脂锌粉混悬液。
向配制的(2)溶液中加入480g JL-3，搅拌30min，即得到酚醛树脂锌粉混悬液。
以下对上述制得的预处理液和酚醛树脂锌粉混悬液通过附图1模拟装置来评价本技术发明水下涂敷防腐性能。
按照石油天然气行业标准SY/T 5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法中5.5平均腐蚀率试验方法配制试片清洗液。
采用附图1实验装置来模拟采油井油套管涂敷工艺过程。测试条件为：恒温水浴槽设定温度为60℃。预处理液和工作液的注入速度均控制在10mL/min。涂敷过程是：首先，算出试片面积,并称重试片，称准至0.1mg。然后，按照附图1操作流程,先注入预处理液，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的预处理液，排出；其次，注入工作液(酚醛树脂锌粉混悬液)，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的工作液，排出。最后，向恒温水浴槽内注入油田现场水，液面刚好没过试片上沿，挂片30d(塑料膜遮盖减少液体蒸发，如液面降低应及时补充油田现场水)。然后取出，擦拭干净。称量试验后试片质量，代入平均腐蚀率公式计算得到平均腐蚀率为0.023mm/年，达到了SY/T 5329-2012中平均腐蚀率控制指标要求≤0.076mm/年。
对比例
现有技术中，油田常用的套管保护液为含1％羟基乙叉二膦酸钠的自来水溶液。采用附图1实验装置进行模拟测试，测试条件为：恒温水浴槽设定温度为60℃。按照附图1操作流程，注入套管保护液，液面刚好没过试片上沿，排出，再循环注入5倍模拟井内油套环空体积的套管保护液，排出。之后，向恒温水浴槽内注入油田现场水，液面刚好没过试片上沿，挂片30d(塑料膜遮盖减少液体蒸发，如液面降低应及时补充油田现场水)。然后取出，擦拭干净。称量试验后试片质量，代入平均腐蚀率公式计算得到平均腐蚀率为0.087mm/年，超过的了SY/T 5329-2012中平均腐蚀率控制指标要求≤0.076mm/年。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，包括预处理液循环注入和工作液循环注入的过程；
所述预处理液由以下重量份数的组分组成：
自来水80-120份；
清洗剂5-15份；
阳离子表面活性剂0.5-1.5份；
所述工作液由以下重量份数的组分组成：
自来水80-120份；
聚丙烯酰胺0.05-0.1份；
水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物10-60份。
2.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，所述清洗剂为氨基磺酸或柠檬酸中的一种或二者的结合。
3.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或几种的结合。
4.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，聚丙烯酰胺分子为阴离子型，分子量大于2000万，水解度20-27％。
5.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物由以下重量份数的组分组成：
苯酚0.5-1.5份，
工业甲醛1.5-2份，
碳酸钠0.01-0.05份，
锌粉0.05-0.2份。
6.根据权利要求5所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，所述水分散型甲阶酚醛树脂锌粉混合物的制备过程如下：将工业甲醛加热至50-80℃并混入碳酸钠搅拌，加入苯酚搅拌至苯酚融化，并继续搅拌至混合物的粘度增加至5-50mPa.s，加入锌粉，搅拌均匀即得。
7.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，所述预处理液循环注入的过程如下：由套管环空注入，由油管返出，然后再循环注入。
8.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，所述预处理液循环注入量为2-8倍套管环空体积。
9.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，所述工作液循环注入的过程如下：由套管环空注入，由油管返出，然后再循环注入。
10.根据权利要求1所述的一种采油井和注水井套管内壁水下涂敷防腐工艺，其特征在于，所述工作液循环注入量为2-8倍套管环空体积。
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