一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺
技术领域
本发明涉及油气井安全技术领域,更具体的说是涉及一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺。
背景技术
油套管柱是天然气从井底运移到地面的必要通道。在采气时,天然气中含有的CO2、H2S等腐蚀性气体随天然气从油管柱内运移到地面的过程中会造成油管柱腐蚀损伤从而破坏井筒的完整性,进一步降低井下管柱使用寿命甚至危及井筒安全,影响气井正常生产并造成巨大经济损失。针对酸性气井管柱的腐蚀问题,当前主要选用耐蚀合金管材以实现井筒的安全生产,但采用耐蚀合金管材一次性投资大、成本极高,因此,需要提出一种成本低且防护效果优异的防护工艺,缓蚀液具有高效的防腐性能且成本低,若能将其有效运用到气井管柱防护中则能大大降低酸性气井管柱的防腐成本。
目前,针对采气井加注缓蚀液的防腐工艺和技术,有的采用投球的方式对油管柱内壁进行缓蚀液涂抹,能提高缓蚀介质的喷涂效率以及使涂抹更均匀。然而,该方法需要对现有的井口装置和井下管柱进行改装,增加了作业工序和成本,同时该腐蚀介质自动涂抹方法在实施时时会影响气井的正常生产。也有通过实验的方法明确缓蚀液品种、注入阀安装位置、缓蚀液注入量、预膜时间和预膜周期,有助于气井防腐工艺的优化,但并未给出具体的工艺参数和缓蚀液用量计算方法。
因此,如何提供一种能够精细控制缓蚀液的加注速度和加注量,实现缓蚀液的均匀、有效涂膜,提高缓蚀液的涂膜效率,同时节约缓蚀液的用量的采气井缓蚀液自动涂膜工艺,是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺,在对井下管柱防护时,能够精确缓蚀液的加注速度和加注量,确保涂膜均匀,并有效降低采气井井下管柱的防护成本。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺,包括:
S1、利用腐蚀监测仪测量采气井的腐蚀数据,根据腐蚀数据确定缓蚀液种类、缓蚀液浓度及缓蚀液涂膜周期P;
S2、根据采气井的相关生产参数,对缓蚀液涂膜所需的缓蚀液预膜注入流量QLc、缓蚀液连续加注流量QLp及缓蚀液用量VI进行估算;缓蚀液用量VI包括缓蚀液预膜用量Vc和缓蚀液连续加注用量Vp;
S3、利用预先搭建好的缓蚀液注入系统将缓蚀液注入气井中油管柱和油层套管柱之间的环形空间内,进行预膜周期为Tc的预膜;
S4、利用声呐环空液面监测仪实时监测环形空间液面高度h,并利用PC机根据环空液面高度h计算缓蚀液的实际注入流量Q′L;
S5、利用PC机将缓蚀液的实际注入流量Q′L与估算的缓蚀液预膜注入流量QLc进行对比,若Q′L小于QLc,则控制所述缓蚀液注入系统对缓蚀液进行增压;当Q′L等于QLc时,则停止增压;当Q′L小于QLc后又继续增压,直至缓蚀液用量达到估算的缓蚀液预膜用量Vc时,完成预膜施工;
S6、继续进行周期为Tp的连续加注,并利用PC机将实际注入流量Q′L与所需的缓蚀液连续加注流量QLp进行对比,若Q′L大于QLp,则控制缓蚀液注入系统对缓蚀液停止增压;当Q′L小于QLp时则继续增压,直至Q′L等于QLp;当缓蚀液实际用量达到估算的缓蚀液用量VI时,则停止缓蚀液的注入,完成一个周期内的缓蚀液涂膜施工;
S7、每间隔一个缓蚀液涂膜周期P,则重复S3-S6,自动对采气井进行周期性涂膜。
优选的,在上述一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺中,S4中,缓蚀液的实际注入流量Q′L的计算公式为:
上式中,Q′L为缓蚀液的实际注入流量,m3/h;Ar为环形空间截面积,m2,Δh为前后两次测量得到的高度差,m;Δt为前后两次测量的时间差,min。
优选的,在上述一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺中,S4中,缓蚀液的实际注入流量Q′L的计算公式为:
上式中,Q′L为缓蚀液的实际注入流量,m3/h;Ar为环形空间截面积,m2,Δh为前后两次测量得到的高度差,m;Δt为前后两次测量的时间差,min。
优选的,在上述一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺中,S2中缓蚀液预膜注入流量QLc、缓蚀液连续加注流量QLp及缓蚀液用量VI的计算过程为:
S21、利用下式计算环状液膜厚度;
δ=kt;
上式中,δ为环状液膜厚度,单位为mm;k为成膜系数,常量,取1.5~3.0;t为缓蚀液液膜的有效厚度,单位为mm;
S22、利用环状液膜厚度δ计算缓蚀液在油管柱内部的流动参数,具体表达式如下:
上式中,D为油管柱的内径,单位为mm;F为流动参数,无量纲;
S23、利用单井日产气量计算油管柱内部的气象表观流速,具体表达式如下:
上式中,vg为气相表观流速,m/s;Qg为井筒条件下的气井产量,m3/d;A为油管柱内截面积,mm2;Qg0为单井日产气量,m3/d;P0为标准状态下的压力,0.1MPa;T为井筒中的平均温度,K;P为井筒中的平均压力,MPa;T0为标准状态下的温度,293.15K;
S24、利用气象表观流速vg计算气体雷诺数,表达式如下:
上式中,Reg为气体雷诺数,无量纲;ρg为气体密度,kg/m3;μg为气体粘度,mPa·s;
S25、利用流动参数F和气体雷诺数Reg计算液膜雷诺数Relf,具体表达式如下:
其中,γ(Relf)=[(0.707Relf 0.5)2.5+(0.0379Relf 0.9)2.5]0.4;
上式中,Relf为液膜雷诺数,无量纲;μL为液相粘度,mPa·s;ρL为液相密度,kg/m3;
S26、利用液膜雷诺数Relf计算得到液相表观流速,具体表达式如下:
上式中,vL为液相表观流速,m/s;FE为液滴夹带率,无量纲;ReL为液相雷诺数,无量纲;σ为气液界面张力N/m;
S27、分别利用下式计算得到预膜注入流量QLc和缓蚀液的连续加注流量QLp;
QLc=2.83×10-3KD2vL;
QLp=2.83×10-3D2vL;
上式中,QLc为缓蚀液的预膜注入流量,m3/h;K为缓蚀液预膜加注系数,常量,取5~10;QLp为缓蚀液的连续加注流量,m3/h;
S28、利用下式计算缓蚀液用量;
VI=Vc+Vp;
其中,Vc=QLcTc;Vp=QLpTp;
上式中,VI为所需缓蚀液用量,m3;Vc为缓蚀液预膜所需的缓蚀液用量,m3;Tc为缓蚀液预膜时间,h;Vp为缓蚀液连续加注所需的缓蚀液用量,m3;Tp为连续加注时间,h。
优选的,在上述一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺中,S13中,单井日产气量Qg0的确定过程为:
自采气井井口向上依次连接油管柱头四通和小四通;将所述油管柱头四通与所述缓蚀液注入系统的缓蚀液输出端连通;
将所述小四通的其中一端连接针型阀和电磁流量计;
利用所述电磁流量计测量单井日产气量Qg0,并利用所述针型阀调节单井日产气量Qg0,使单井日产气量Qg0高于临界携液产量Q0;其中,临界携液产量Q0的计算公式如下:
上式中:Q0为临界携液产量,m3/d;g为重力加速度,m/s2。
优选的,在上述一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺中,所述缓蚀液注入系统包括缓蚀液储罐、阀门、过滤器、增压泵、缓蚀液注入阀和封隔器;其中,所述缓蚀液储罐、所述阀门、所述过滤器和所述增压泵依次通过管道连通;所述增压泵与所述油管柱头四通的一端连通;所述缓蚀液注入阀套接在所述油管柱上,其用于将所述环形空间内的缓蚀液注入油管柱内部;所述封隔器坐封于所述油管柱和所述套管柱之间的环形空间中,且位于所述缓蚀液注入阀下方,其用于将所述环形空间分隔为上下两部分。
优选的,在上述一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺中,所述缓蚀液注入阀、所述缓蚀液注入阀以下的油管柱、所述封隔器的金属件、用于坐封所述封隔器的封隔器套管、以及位于所述封隔器套管以下的套管柱的材质均为不锈钢或耐蚀合金材质;所述缓蚀液注入阀以上的油管柱和所述封隔器套管以上的套管柱均为碳钢材质。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺,缓蚀液由缓蚀液储罐输送给过滤器过滤,再由增压泵增压后经油管柱头四通输送到采气井中油管柱和油层套管柱之间的环形空间内;再通过控制环形空间的压力使缓蚀液以一定流量从缓蚀液注入阀注入油管柱内,使缓蚀液在气流的携带下沿油管柱的内壁形成稳定的环状液膜,且连续、均匀向上流动,在整个油管柱内壁形成一层均匀的保护膜,最后从小四通返出。具有以下优点:
(1)本发明中通过特定公式对采气井缓蚀液涂膜时缓蚀液的加注速度和加注量进行精细计算,可有效降低缓蚀液用量,节约采气井井下管柱防护成本。
(2)本发明中通过控制缓蚀液注入速度以环雾流的形式对油管柱内壁进行涂膜,缓蚀液涂抹均匀,缓蚀液膜完整性好。
(3)本发明中通过PC机自动采集和分析数据,并控制各部件协同工作,实现了缓蚀液的自动涂膜,同时保证了注入速度和注入量的精准控制,提高了缓蚀液涂膜效率和防护效果。
(4)本发明气井中封隔器以上的油套管柱柱可直接采用碳钢材质,从而能节约大量的管材费用,使酸性气井防护成本降低60%以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的采气井缓蚀液自动涂膜工艺所涉及的各部件的安装示意图;
图2附图为本发明提供的缓蚀液在涂膜时的流动示意图。
图中:1-小四通,2-针型阀,3-PC机,4-电磁流量计,5-腐蚀监测仪,51-恒电量测试仪,52-测试探头,6-控制器,7-油管柱头四通,8-压力表,9-增压泵,10-流量计,11-过滤器,12-阀门,13-缓蚀液储罐,14-套管柱,15-油管柱,16-缓蚀液注入阀,17-封隔器,18-声呐环空液面监测仪,181-集成控制仪,182-井口发声装置,19-缓蚀液,20-缓蚀液膜,21-天然气流。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示,本发明实施例公开了一种采气井缓蚀液自动涂膜工艺,缓蚀液涂膜工艺过程中所涉及到的设备包括:小四通1、针型阀2、PC机3,电磁流量计4,腐蚀监测仪5,控制器6,油管柱头四通7,压力表8,增压泵9,流量计10,过滤器11,阀门12,缓蚀液储罐13,套管柱14,油管柱15,缓蚀液注入阀16,封隔器17和声呐环空液面监测仪18;
其中,油管柱头四通7和小四通1自采气井井口向上依次连接;小四通1的其中一端连接针型阀2和电磁流量计4,并连接腐蚀监测仪5。通过调节针型阀2和观察电磁流量计4控制单井日产气量Qg0。腐蚀监测仪5包括恒电量测试仪51和测试探头52,恒电量测试仪51用于对测试探头51采集的气体中的腐蚀数据进行测量。
油管柱头四通7除与小四通1和井口相连外的另外两端,其中一端连接声呐环空液面监测仪18;另一端通过管道依次连通增压泵8、过滤器11、阀门12和缓蚀液储罐13;且与增压泵8相连的管道上安装压力表8。缓蚀液注入阀16套接在油管柱15上,其用于将环形空间内的缓蚀液注入油管柱15内部;封隔器17位于缓蚀液注入阀16下方,其用于将环形空间分隔为上下两部分。所需的缓蚀液19由缓蚀液储罐13输送给过滤器11过滤,再由增压泵9增压后经油管柱头四通7输送到采气井内油管柱15和油层套管柱14之间的环形空间内,再通过控制环形空间的压力进一步控制缓蚀液以一定流量从缓蚀液注入阀16注入油管柱内,使缓蚀液在气流21的携带下沿油管柱的内壁形成稳定的环状液膜连续、均匀向上流动,在整个油管柱内壁形成一层均匀的缓蚀液保护膜20,最后从小四通1返出。
声呐环空液面监测仪18包括相互连接的集成控制仪181和井口发声装置182,集成控制仪181根据井口发声装置182所发出声音的变化确定环形空间内的液面高度。
PC机3分别与电磁流量计4、腐蚀监测仪5、声呐环空液面监测仪18、压力表8、流量计10和控制器电性连接;控制器6分别与阀门12和增压泵9电性连接。
其中,缓蚀液注入阀16、缓蚀液注入阀16以下的油管柱15、封隔器17的金属件、用于坐封封隔器17的封隔器套管、以及位于封隔器套管以下的套管柱14的材质均为不锈钢或耐蚀合金材质;缓蚀液注入阀16以上的油管柱15和封隔器套管以上的套管柱14均为碳钢材质。
自动涂膜的具体步骤如下:
S1、利用腐蚀监测仪5测量采气井的腐蚀数据,根据腐蚀数据确定缓蚀液种类、缓蚀液浓度及缓蚀液涂膜周期P;然后根据电磁流量计4测量的单井日产气量采用公式(a~u)对缓蚀液的注入流量和所需缓蚀液用量进行估算,并配置足量的缓蚀液于缓蚀液储罐13中。
通过调节针型阀2和观察电磁流量计4控制单井日产气量Qg0高于临界携液产量Q0,临界携液产量Q0可由公式(v)计算得到;
式中:Q0为临界携液产量,m3/d;ρL为液相密度,kg/m3;ρg为气体密度,kg/m3;σ为气液界面张力N/m;g为重力加速度,m/s2;D为油管柱的内径,mm;P为井筒中的平均压力,MPa;T0为标准状态下的温度,293.15K;P0为标准状态下的压力,0.1MPa;T为井筒中的平均温度,K。
S2、根据采气井的相关生产参数,对缓蚀液涂膜所需的缓蚀液预膜注入流量QLc、缓蚀液连续加注流量QLp及缓蚀液用量VI进行估算;缓蚀液用量VI包括缓蚀液预膜用量Vc和缓蚀液连续加注用量Vp。具体计算过程为:
①由缓蚀液涂膜的有效厚度t计算环状液膜厚度δ:
δ=kt (a);
式中:δ为环状液膜厚度,mm;k为成膜系数,常量,取1.5~3.0;t为缓蚀液液膜的有效厚度,mm。
②将步骤①中的液膜厚度δ代入公式(b)中,计算得到流动参数F,其公式表示为(c):
式中:D为油管柱的内径,mm;F为流动参数,无量纲。
③将单井日产气量Qg0代入公式(d)中计算得到气相表观流速vg,其公式表示为(g):
其中:
式中:vg为气相表观流速,m/s;Qg为井筒条件下的气井产量,m3/d;A为油管柱内截面积,mm2;Qg0为单井日产气量,m3/d;P0为标准状态下的压力,0.1MPa;T为井筒中的平均温度,K;P为井筒中的平均压力,MPa;T0为标准状态下的温度,293.15K。
④将步骤③中的气相表观流速vg代入公式(h)中计算得到气体雷诺数Reg,其公式表示为(i):
式中:Reg为气体雷诺数,无量纲;ρg为气体密度,kg/m3;μg为气体粘度,mPa·s。
⑤将步骤②中的流动参数F和步骤④中的气体雷诺数代入公式(j)中计算得到液膜雷诺数Relf,公式表示为(l):
其中:
γ(Relf)=[(0.707Relf 0.5)2.5+(0.0379Relf 0.9)2.5]0.4 (k);
式中:Relf为液膜雷诺数,无量纲;μL为液相粘度,mPa·s;ρL为液相密度,kg/m3。
⑥将步骤⑤中的液膜雷诺数Relf代入公式(m)中计算得到液相表观流速vL,其公式表示为(n);
其中:
式中:vL为液相表观流速,m/s;FE为液滴夹带率,无量纲;ReL为液相雷诺数,无量纲;σ为气液界面张力N/m。
⑦将步骤⑥中的液相流速vL代入公式(q)和公式(r)中分别计算得到缓蚀液的预膜注入流量QLc和连续加注流量QLp;
QLc=2.83×10-3KD2vL (q);
QLp=2.83×10-3D2vL (r);
式中:QLc为缓蚀液的预膜注入流量,m3/h;K为缓蚀液预膜加注系数,常量,取5~10;QLp为缓蚀液的连续加注流量,m3/h。
⑧计算缓蚀液用量VI;
VI=Vc+Vp (s);
其中:
Vc=QLcTc (t);
Vp=QLpTp (u);
式中:VI为所需缓蚀液用量,m3;Vc为缓蚀液预膜所需的缓蚀液用量,m3;Vp为连续加注所需的缓蚀液用量,m3;QLc为缓蚀液的预膜注入流量,m3/h;Tc为缓蚀液预膜时间,h;QLp为缓蚀液的连续加注流量,m3/h;Tp为连续加注时间,h。
S3、PC机3将信号传输给控制器6,控制打开与缓蚀液储罐13和过滤器11相连的阀门12,开启增压泵9对缓蚀液进行增压后将其从油管柱头四通7注入油管柱15和油层套管柱14之间的环形空间内开始进行预膜,预膜周期为Tc。
S4、开启声呐环空液面监测仪18实时监测环空液面高度h,并将此传输给PC机3,由PC机计算处理得到缓蚀液的实际注入流量Q′L,其计算公式表示为(v);
式中:Q′L为缓蚀液的实际注入流量,m3/h;Ar为环形空间截面积,m2,Δh为前后两次测量得到的高度差,m;Δt为前后两次测量的时间差,min。
S5、PC机3将处理得到的缓蚀液的实际注入流量Q′L与计算得到的所需的预膜注入流量QLc进行对比,若Q′L小于QLc,则传输信号给控制器6,由控制器6控制增压泵9继续增压,增大注入流量,当Q′L等于QLc时则停止增压,Q′L小于QLc后又继续增压,当PC机3从流量计10获取的缓蚀液用量达到估算的预膜所需的缓蚀液用量Vc时,完成预膜施工,继而进行周期为Tp的连续加注。
预膜施工是以较大注入流量QLC注入,保证涂膜完整充分,预膜完成后,减小注入流量,以连续加注流量QLp注入,可及时补充管壁被气流冲刷带走的缓蚀液,维持缓蚀液膜的完整性。
S6、PC机3向控制器8发出信号控制增压泵停止增压,并将实际注入流量Q′L与计算得到的所需的缓蚀液的连续加注流量QLp进行对比,若Q′L大于QLp,则控制器6控制增压泵9停止增压,减小注入流量,当Q′L小于QLp时则继续增压,控制实际注入流量Q′L与连续加注流量QLp相等,当PC机3从流量计10获取的所需缓蚀液用量达到估算的缓蚀液用量VI时,由PC机3向控制器8发出信号控制关闭增压泵9和阀门12,停止缓蚀液的注入,完成一个周期内的缓蚀液涂膜施工;
S7、根据腐蚀监测仪5测量得到的采气井腐蚀数据,确定缓蚀液涂膜周期P每间隔周期P,由PC机3重复执行S3~S6,自动完成对采气井的涂膜。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。