CN207502364U - 一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置，用于对井筒腐蚀进行实时在线监测，位于井下的套管内，固定设置在长油管之间的短油管上，监测装置包括：呈半圆形的金属壳体，固定设置在短油管外壁面上，金属壳体固定设置在短油管的外壁面上；测量元件，包括设置在金属壳体顶部的电感探针，通过设置在井下的测量元件以实现对井下的油管内表面、油管外表面、套管内表面的腐蚀状况进行监测。本实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置，应用于油气田井下，能同步测量油管内表面、油管外表面、套管内表面的腐蚀状况的井下腐蚀监测装置，测量油、套管腐蚀的过程量，监测到工作时间内任一时刻的腐蚀速率。

Description

一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置

技术领域

本实用新型涉及石油装置，尤其涉及一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置。

背景技术

随着油田开发时间的延长，中后期综合含水率的不断上升，提高采收率 注水、注气措施的实施，腐蚀问题日益突显，特别是采出介质含有H₂S、CO₂等酸性气体，对油田井筒设施造成的腐蚀问题日趋严重。在井筒腐蚀中全面 腐蚀和局部腐蚀共存，局部腐蚀占腐蚀总数的70％～90％。腐蚀监测技术作 为掌握油田腐蚀现状、制定防腐措施、评价防腐效果的重要手段，得到了越 来越多的重视。

腐蚀在线监测是石油化工等行业测量金属管道腐蚀的一种常用技术，其 方法是用腐蚀探针伸入到管道内介质中，腐蚀探针的测量元件材质与管道材 质相同，管道内介质对腐蚀探针测量元件造成的腐蚀减薄量，可以通过探针 尾部连接的仪器测量出来，从而用测量得到的探针腐蚀减薄速率近似的代替 金属管道的腐蚀速率。

应用腐蚀探针测量金属腐蚀技术均用于地面金属管道，因为地面管道可 方便实施腐蚀探针的安装应用。但石油油井的油管和套管处于井下，深度达 到几千米以上，而且油管井口内还有抽油杆，工作时抽油杆与井管之间还时 刻处于运动状态，无法在工作状态下从井口向下投放井下测量仪器进行测 量；现在的油、套管腐蚀测量方法是，在油管下井安装时，在油管内、处表 面安装金属挂环，待油管取出检修时，通过分析金属挂环的失重量来近似地 得到油、套管的腐蚀速率，这种方式测量精度低，而且只能得到腐蚀结果量， 无法得到腐蚀过程量；另外油管外表面和金属套管内表面同样处于腐蚀环境 下，也无法实现精确测量。

镶嵌式井下油、套管腐蚀监测装置就是鉴于以上背景发明的，能同步测 量油管内表面、油管外表面及套管内表面的腐蚀，以设置好的时间频率为单 位，测量数据是连续的，可以得到工作时间内在流速、生产工艺等变化情况 下任意时刻的过程腐蚀速率。

此外，挂环(挂片)法是一种传统的腐蚀监测方法，通常是在油井中将 挂片及专用支架下入到测试深度，也有时采取钢丝专业投捞挂片的方式，属 在线监测，离线分析的一种方式。在应用中，可将不同材料的试片在同一位 置进行监测，以进行对比和平行试验，为材料的选择提供参照，并可分析腐 蚀产物和表面腐蚀形貌，直观确定腐蚀类型。挂环(挂片)法无法反映瞬时 及局部腐蚀速率，仅能给体现阶段的平均腐蚀速率，对生产变化，防腐措施 变化的腐蚀情况不能做出有效直观的指示。采用在线腐蚀监测技术是井筒腐 蚀监测的必然发展趋势。但是由于井下存在高温高压、高腐蚀的特性，同时 井下的空间有限，限制了井筒腐蚀监测技术的快速发展。

目前针对井筒的腐蚀监测技术，采用仪器仪表的方式进行井筒腐蚀监测 的技术尚属起步阶段，主要采用离线投捞的方式，在停井期间，将设备投捞 至指定深度进行腐蚀的测试并对数据进行实时存储。这种技术仅可测试油管 内的腐蚀，无法监测油套环空的腐蚀状况，其次由于受设备尺寸和结构的影 响，仅能在停井期间进行测试。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够测量油管内表面、油管外表面、套 管内表面的腐蚀状况的镶嵌式油套管腐蚀监测装置。

为实现上述目的，本实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置的具体 技术方案为：

一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置，用于对井筒腐蚀进行实时在线监测， 位于井下的套管内，固定设置在长油管之间的短油管上，监测装置包括：呈 半圆形的金属壳体，固定设置在短油管外壁面上，金属壳体固定设置在短油 管的外壁面上；测量元件，包括设置在金属壳体顶部的电感探针，通过设置 在井下的测量元件以实现对井下的油管内表面、油管外表面、套管内表面的 腐蚀状况进行监测。

进一步，金属壳体底部的通讯口设置有通讯口封堵，通过两端的电感探 针和通讯口封堵在金属壳体内形成有密封的耐压腔体。

进一步，测量元件包括设置在金属壳体内通过耐高温导线相连通的电 池、测量电路板、数据存储器、温度补偿试片和电场。

进一步，电场包括：左电场施加电极和左测量电极，设置在电感探针与 电池之间；右电场施加电极和右测量电极，设置在温度补偿试片和通讯口之 间。

进一步，左电场施加电极、左测量电极、右测量电极、右电场施加电极 均固定焊接在短油管的外壁面上。

进一步，电感探针的外部套设有探针导流罩，探针导流罩为呈锥形的空 心体，固定在金属壳体的外壁面上，侧壁上设置有导流槽。

进一步，通讯口封堵的外部套设有导向罩，导向罩呈半圆锥形，固定设 置在短油管的外壁面上。

进一步，电感探针和金属壳体均固定焊接在短油管的外侧壁上。

本实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置的优点在于：

1)在不影响油气井生产的情况下，应用于油气田井下，能同步测量油 管内表面、油管外表面、套管内表面(油套环空区域)的腐蚀状况的井下腐 蚀监测装置，测量到油、套管腐蚀的过程量，测量数据连续、稳定，测量精 度高，监测到工作时间内任一时刻的腐蚀速率，测量精度要远远优于通过井 下挂环方式测得的腐蚀速率；

2)整体镶嵌在油管短节上，随油管安装在指定位置，施工方便，腐蚀 传感器不伸入到油管内部，通过在油管外表面焊接电极，直接测量一小段油 管的腐蚀变化，不对油管开孔，安全可靠；

3)解决了长久以来无法实时监控井下腐蚀状况的技术空白，同时一套 设备可以同时监测油管和套管的腐蚀，为井下设备的完整新管理提供了有效 技术支撑，通过在线监测技术，对井筒腐蚀进行实时连续的监测，对于井筒 腐蚀规律的研究，以及井下的腐蚀控制均有重要意义；

4)现场应用效果表明，实时监控井下的腐蚀速率，可以有效指导井下 设备的防腐效果实施效果，防止失效事故的发生，防止因失效造成的停井事 故的发生，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型的监测装置的俯视图；

图3为本实用新型的监测装置在井下监测腐蚀率的工作状态图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本 实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置做进一步详细的描述。

如图1至图3所示，其示为本实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装 置20，用于对井筒腐蚀进行实时在线监测，位于井下的套管21内，固定设 置在长油管之间的短油管17外壁面上，监测装置20包括固定设置在短油管 17外壁面上的呈半圆形金属壳体11，金属壳体11固定设置在短油管17的 外壁面上，监测装置20还包括测量元件，测量元件包括设置在金属壳体11 顶部的电感探针2，电感探针2位于耐压腔体的外部，用于测量油套空间中 油水腐蚀介质22对电感探针2造成腐蚀减薄的程度(腐蚀速率)，通过设 置在井下的测量元件以实现对井下的油管内表面、油管外表面、套管内表面 (油套环空区域)的腐蚀状况进行监测。

进一步，电感探针2包括测量试片和通讯航茬片，测量试片位于耐压腔 体的外部，通讯航插片处于耐压腔体内。

进一步，金属壳体11底部的通讯口14设置有通讯口封堵15，通过两 端的电感探针2和通讯口封堵15在金属壳体11内形成有密封的耐压腔体。 通讯口14位于耐压腔体的内部，通讯口的引线采用耐高压的玻璃烧结技术， 即在耐压腔体外的电感探针2被腐蚀穿孔后，油套空间油水腐蚀介质22也 不能通过电感探针进入到耐压腔体内。

进一步，测量元件还包括设置在金属壳体内通过耐高温导线相连的电池6、测量电路板7、数据存储器8、温度补偿试片9和电场，此外，电场包括 设置在电感探针2与电池6之间的左电场施加电极4和左测量电极5，以及 设置在温度补偿试片9和通讯口14之间的右电场施加电极12和右测量电极 10。其中温度补偿试片9用于消除由温度变化而造成的被测短油管电阻值的 变化。

关于上述装置的安装方式，其中电感探针2和金属壳体11均固定焊接 在短油管17的外侧壁上，通讯口封堵15通过通讯口14与金属壳体11螺纹 连接。此外，通讯口封堵15上设置有O圈密封和斜面密封两种密封结构， 与通讯口14的内壁形成组合密封。耐压腔体内的左电场施加电极4、左测 量电极5、右测量电极10、右电场施加电极12均固定焊接在短油管17的外 壁面上。

进一步，金属壳体11顶部的电感探针2外部套设有探针导流罩3，探 针导流罩3为呈锥形的空心体，采用金属材料焊接固定在金属壳体11的外 壁面上，侧壁上设置有导流槽，作用有三个，一是保护电感探针2不被外部 硬物接触或碰撞；二是导流，使油套空间油水腐蚀介质22能流过电感探针 2的测量试片；三是导向，防止耐压腔体左直角端面在投放是卡在套管内的 凸起上。

进一步，金属壳体11底部的通讯口封堵15外部套设有导向罩16，导 向罩16呈半圆锥形，起导向作用，通过底座固定焊接在短油管17的外壁面 上，用于防止耐压腔体的右侧直角端面卡到井下的凸起上。

综上所述，金属壳体两端的电感探针2和通讯口封堵15之间通过耐高 温导线13将左电场施加电极4、左测量电极5、电池6、测量电路板7、数 据存储器8、温度补偿试片9、右测量电极10、右电场施加电极12相连通 形成测量回路，测量回路通过电感探针2测量油套空间中油水腐蚀介质22 对电感探针2造成的腐蚀减薄，测量电路板7能够测量出油套空间中油水腐 蚀介质22对耐压腔体外的电感探针2的腐蚀减薄。

测量电路板7通过左电场施加电极4、右电场施加电极12向短油管17 施加一个电场，短油管17内的原油介质18对油管内壁的腐蚀减薄，会引起 电场的变化，测量电路板7通过左测量电极5和右测量电极10测量电场的 变化，得到原油介质18对短油管内壁的腐蚀速率。

本实用新型将左测量电极5和右测量电极10之间的油管段整体作为测 量对象，测量原油介质18对短油管内壁的腐蚀速率。测量组件根据设定的 频率，自动测量油管段和电感探针2的电阻值变化。根据欧姆定律，把测量 的电阻值换算成壁厚的减薄量，进而求得原油介质对金属的腐蚀速率，通过 数据存储器8存储测量数据，待油管检修时，取出镶嵌式井下腐蚀测量装置 20，打开通讯口封堵15，通过耐高温导线13从通讯口14导出测量数据， 并把测量数据转储到计算机，通过机算机专用软件，计算腐蚀速率及观看数 据曲线，完成一次测量。

本实用新型通过电感腐蚀监测能够测量油管、套管腐蚀的过程量，以成 品油管短接为载体，把监测装置20镶嵌在短油管17的外壁面上，整个监测 装置可作为一小段成品油管放置到井下要求深度位置。并且，本实用新型自 带电池6和数据存储器8，数据采集频率可设置，把监测装置从井下取出后 能够一次性读出数据，能同步测量油管内腐蚀和油套空间内腐蚀，测量精度 要远远优于通过井下挂环方式测得的腐蚀速率。

下面结合附图对本实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置的工作 过程进行描述：

如图3所示，本实用新型的井下镶嵌式油套管腐蚀监测装置20固定在 一节短油管17上，短油管17上具有与其它井下常规的油管19一样的螺纹 油管扣1，一节一节油管之间通过油管扣连接在一起，从井下的套管21内 部向地下投放。

在监测装置20向井下投放之前，先拆下底部的导向罩16，旋转卸除通 讯口封堵15，使用专用线缆及专用软件与通讯口14相连，对通讯口14设 置数据采集密度参数，之后对检测装置上电，再将通讯口封堵15和导向罩 16安装回原位，这时再向井下投放。

根据总井深及每根油管的长度，把监测装置20放置在要求的井下深度 位置，油管和套管之间存在的油水腐蚀介质22会对油管外壁和套管内壁造 成腐蚀。

电感探针2的测量元件位于耐压腔体的外部，测量油、油套空间油水腐 蚀介质22对电感探针2的腐蚀速率；左测量电极5和右测量电极10之间的 油管段整体作为测量对象，测量原油介质18对短油管内壁的腐蚀速率。测 量组件根据设定的频率，自动测量油管段和电感探针的电阻值变化。根据欧 姆定律，把测量的电阻值换算成壁厚的减薄量，进而求得介质对金属的腐蚀 速率。通过数据存储器8存储测量数据。待油管检修时，取出镶嵌式井下腐 蚀测量仪整体20，打开通讯口封堵15，通过耐高温导线13从通讯口14导 出测量数据，并把测量数据转储到计算机，通过机算机专用软件，计算腐蚀 速率及观看数据曲线，完成一次测量。

监测装置20工作完成从井下取出后，读取数据步骤与以上相同，通过 专用线缆、笔记本电脑及专用软件，把数据读取到数据库内，通过专用软件 查看数据曲线及腐蚀速率。

本实用新型的一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置，在不影响油气井生产的 情况下，应用于油气田井下，能同步测量油管内表面、油管外表面、套管内 表面(油套环空区域)的腐蚀状况的井下腐蚀监测装置，能够测量油、套管 腐蚀的过程量，测量数据连续、稳定，测量精度高，能监测到工作时间内任 一时刻的腐蚀速率，测量精度要远远优于通过井下挂环方式测得的腐蚀速 率；整体镶嵌在油管短节上，随油管安装在指定位置，施工方便，腐蚀传感 器不伸入到油管内部，通过在油管外表面焊接电极，直接测量一小段油管的 腐蚀变化，不对油管开孔，安全可靠；解决了长久以来无法实时监控井下腐 蚀状况的技术空白，同时一套设备可以同时监测油管和套管的腐蚀，为井下 设备的完整新管理提供了有效技术支撑，通过在线监测技术，对井筒腐蚀进 行实时连续的监测，对于井筒腐蚀规律的研究，以及井下的腐蚀控制均有重 要意义；现场应用效果表明，实时监控井下的腐蚀速率，可以有效指导井下 设备的防腐效果实施效果，防止失效事故的发生，防止因失效造成的停井事 故的发生，具有良好的经济效益和社会效益。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的 是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领 域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属 于本实用新型所保护的范围。

Claims (8)

1.一种镶嵌式油套管腐蚀监测装置，用于对井筒腐蚀进行实时在线监测，其特征在于，位于井下的套管(21)内，固定设置在长油管之间的短油管(17)上，监测装置(20)包括：

呈半圆形的金属壳体(11)，固定设置在短油管(17)外壁面上，金属壳体(11)固定设置在短油管(17)的外壁面上；

测量元件，包括设置在金属壳体(11)顶部的电感探针(2)，通过设置在井下的测量元件以实现对井下的油管内表面、油管外表面、套管内表面的腐蚀状况进行监测。

2.根据权利要求1所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，金属壳体(11)底部的通讯口(14)设置有通讯口封堵(15)，通过两端的电感探针(2)和通讯口封堵(15)在金属壳体(11)内形成有密封的耐压腔体。

3.根据权利要求2所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，测量元件包括设置在金属壳体(11)内通过耐高温导线(13)相连通的电池(6)、测量电路板(7)、数据存储器(8)、温度补偿试片(9)和电场。

4.根据权利要求3所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，电场包括：

左电场施加电极(4)和左测量电极(5)，设置在电感探针(2)与电池(6)之间；

右电场施加电极(12)和右测量电极(10)，设置在温度补偿试片(9)和通讯口(14)之间。

5.根据权利要求4所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，左电场施加电极(4)、左测量电极(5)、右测量电极(10)、右电场施加电极(12)均固定焊接在短油管(17)的外壁面上。

6.根据权利要求1所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，电感探针(2)的外部套设有探针导流罩(3)，探针导流罩(3)为呈锥形的空心体，固定在金属壳体(11)的外壁面上，侧壁上设置有导流槽。

7.根据权利要求1所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，通讯口封堵(15)的外部套设有导向罩(16)，导向罩(16)呈半圆锥形，固定设置在短油管(17)的外壁面上。

8.根据权利要求1所述的镶嵌式油套管腐蚀监测装置，其特征在于，电感探针(2)和金属壳体(11)均固定焊接在短油管(17)的外侧壁上。