一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置

1.本实用新型属于油田生产系统防腐技术领域，具体涉及一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置。


背景技术：

2.注水可以充分地补充地层自身能量，提高原油产量及采收率，为原油的正常生产做出极大的贡献腐蚀问题是影响注水管道系统安全性及使用寿命的最关键因素之一。近几年来，不少油田进入了生产开发后期，原油的含水率增高，采油厂注水井套管腐蚀严重，造成无法分注、井点报废等问题。
3.由于井下环境大多数高温，高压，高含水量高cl
‑
离子含量，高矿化度，井下套管的腐蚀问题越来越突出。腐蚀按照其作用机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。而最普遍最常见的腐蚀的形式是就电化学腐蚀，以采油工业中最常用的套管材料为例，其面临的腐蚀主要是由注入液富含的cl
‑
、游离co2和hco3‑
引起的，其中游离cl
‑
腐蚀尤为严重，从而影响了油田正常生产并造成了大量经济损失。解决游离cl
‑
腐蚀的途径有很多，但都存在着一定的局限性。
4.使用耐蚀性玻璃钢、碳纤维等材料制作等采油装备，防腐效果虽然较好，但其成本相对较高，不适合大规模推广使用；对套管等设施表面使用涂料、化学镀层或进行渗氮等表面处理，容易引发局部性腐蚀；使用缓蚀剂等化学药剂进行水井的腐蚀治理必须具有针对性，对于不同区块的油井腐蚀类型和特点需要对缓蚀剂进行遴选，加药量、耗资较大，且费时费力；外加电流阴极保护存在难以实施、耗电量大等问题。


技术实现要素：

5.针对目前存在的技术问题，本实用新型提供一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置，延长作业周期、低成本、可操作性较好、费效比较好，提供的高效水井腐蚀控制方案，从抑制电化学腐蚀反应动力学方面来降低材料腐蚀速度，以达到有效控制油井套管腐蚀的目的。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置，套管内设置油气管，保护装置设置在油气管与套管之间，所述保护装置包括牺牲阳极材料、导电装置；牺牲阳极材料固定连接至少一个导电装置；牺牲阳极材料为管状结构，油气管外壁套接牺牲阳极材料，油气管与牺牲阳极材料为绝缘连接；所述导电装置包括导电连杆、可溶合金、螺旋弹簧，所述牺牲阳极材料固定连接一对螺旋弹簧的一端，一对螺旋弹簧包括两个螺旋弹簧，螺旋弹簧的另一端固定连接导电连杆的一端，两个导电连杆的另一端通过可溶合金固定连接，螺旋弹簧为压缩状态；所述导电连杆的长度大于油气管外壁与套管内壁的距离，所述可溶合金溶解完毕后，螺旋弹簧为伸长状态，导电连杆的端部接触套管内壁；所述导电连杆、螺旋弹簧与牺牲阳极材料的材料相同。优选地，两个螺旋弹簧之间设置有两个导电弹簧，导电弹簧的两端分别连接
牺牲阳极材料、导电连杆的杆体。
8.优选地，导电弹簧与牺牲阳极材料的材料相同。
9.进一步优选地，牺牲阳极材料、螺旋弹簧、导电弹簧、导电连杆除连接部位，其余表面均设置有绝缘层，为了保护牺牲阳极保护装置，减少腐蚀。
10.优选地，导电弹簧在可溶合金未溶解之前为压缩状态，可溶合金溶解后，导电弹簧为伸长状态。
11.进一步优选地，导电弹簧的弹力小于螺旋弹簧的弹力，导电弹簧起到缓冲的作用，防止螺旋弹簧的弹力过大，导电连杆因弹力较大而与套管内壁发生碰撞。
12.优选地，可溶合金的成分为86wt％mg、6wt％zn、5wt％ca、1wt％ni、1wt％ cu和1wt％fe，可溶合金可在富含的cl
‑
、游离co2和hco3‑
液体中溶解。
13.优选地，牺牲阳极材料的底部和顶部均通过至少一个直角卡托与油气管外壁绝缘连接，起到固定牺牲阳极材料的作用，防止牺牲阳极材料因腐蚀而发生脱落从而损坏牺牲阳极保护装置，直角卡托为直角结构卡槽，与牺牲阳极材料的结构适配。
14.优选地，牺牲阳极材料为al
‑
zn
‑
in系合金。
15.优选地，一对螺旋弹簧中的两个螺旋弹簧为上下位置设置或者左右位置设置。
16.本实用新型中，螺旋弹簧、导电弹簧的匝数根据实际油气管外壁与套管内壁的距离设计，目的为了螺旋弹簧、导电弹簧从压缩状态向伸长状态的转变，从而实现导电连杆接触到套管内壁，导电弹簧可与螺旋弹簧协同实现此转变。
17.本实用新型中，牺牲阳极材料通过螺旋弹簧、导电弹簧连接导电连杆连接，在可溶合金溶解后，导电连杆接触套管内壁，以此实现牺牲阳极材料与套管的电路导通，实现对套管的牺牲阳极保护；此外，在螺旋弹簧、导电弹簧从压缩状态向伸长状态转变时，导电弹簧的弹力小于螺旋弹簧的弹力，导电弹簧可为此起到缓冲作用，防止导电连杆因弹力较大而与套管内壁发生碰撞，在螺旋弹簧弹力不够或者出现故障时，导电弹簧为导电连杆提供足够动力。在油气管连同牺牲阳极材料和导电装置安置于套管内部过程中，可溶合金可使两导电连杆接触，导电弹簧和螺旋弹簧处于压缩状态，以此防止在安置过程中因摩擦磨损损坏导电装置和套管内壁。
18.本实用新型提供的一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置，装置简单，成本低，可操作性较好、费效比较好，省时省力，延长了作业周期，有效保护了套管内壁，避免了套管的腐蚀，作业周期短的问题，易于实施，可大规模推广应用。
附图说明
19.图1为本实用新型俯视图；
20.图2为本实用新型在可溶合金溶解前状态示意图；
21.图3为本实用新型在可溶合金溶解后状态示意图；
22.图4为本实用新型的结构示意图；
23.图中，1为牺牲阳极材料，2为螺旋弹簧，3为导电连杆，4套管，5可溶合金，6为导电弹簧，7为直角卡托，8为油气管。
具体实施方式
24.将结合附图更全面地描述本实用新型的各种实施例。本实用新型可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。因此，将参照在附图中示出的特定实施例更详细地描述本实用新型。然而，应理解：不存在将本实用新型的各种实施例限于在此实用新型的特定实施例的意图，而是应将本实用新型理解为涵盖落入本实用新型的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。结合附图的描述，同样的附图标号标示同样的元件。
25.在本实用新型的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本实用新型的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。
26.如图1
‑
4所示一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置，套管4中设置油气管 8，该保护装置设置在套管4和油气管8之间，可根据实际情况，设置保护装置的个数以及保护装置之间的距离；该保护装置包括牺牲阳极材料1、导电装置，牺牲阳极材料1固定连接至少一个导电装置；牺牲阳极材料1为管状结构，油气管8外壁套接牺牲阳极材料1，油气管8与牺牲阳极材料1为绝缘连接；所述导电装置包括两个导电连杆3、可溶合金5、两个导电弹簧6、一对螺旋弹簧2，所述牺牲阳极材料1固定连接一对螺旋弹簧2的一端，一对螺旋弹簧2包括上下位置设置的两个螺旋弹簧2，每个螺旋弹簧2的另一端固定连接导电连杆3的一端，两个螺旋弹簧2分别连接两个导电连杆3，两个导电连杆3的另一端通过可溶合金5固定连接，螺旋弹簧2为压缩状态；一对旋弹簧之间设置有两个导电弹簧6，每个螺旋弹簧2附近设置一个导电弹簧6，导电弹簧6的两端分别连接牺牲阳极材料1、导电连杆3；螺旋弹簧2、导电弹簧6在可溶合金5未溶化之前为压缩状态，可溶合金5溶解后，螺旋弹簧2、导电弹簧6为伸长状态；导电连杆3、螺旋弹簧2、导电弹簧6与牺牲阳极材料1的材料相同；所述导电连杆3的长度大于油气管8外壁与套管4内壁的距离，所述可溶合金5溶解完毕后，螺旋弹簧 2和导电弹簧6为伸长状态，导电连杆3的端部接触套管4内壁；在螺旋弹簧2、导电弹簧6从压缩状态向伸长状态转变时，导电弹簧6的弹力小于螺旋弹簧2 的弹力，导电弹簧6可为此起到缓冲作用，防止导电连杆3因弹力较大而与套管 4内壁发生碰撞，在螺旋弹簧2弹力不够或者出现故障时，导电弹簧6为导电连杆3提供足够动力；关于上述的可溶合金5，在油气管8连同牺牲阳极材料1和导电装置安置于套管4内部过程中，可溶合金5可使导电弹簧6和螺旋弹簧2 处于压缩状态，两导电连杆3的端部连接，以此防止在安置过程中因摩擦磨损损坏导电装置和套管4内壁。
27.为了更好地保护牺牲阳极保护装置，牺牲阳极材料1、螺旋弹簧2、导电弹簧6、导电连杆3除连接部位，其余表面均设置有绝缘层，绝缘层设置位置不能影响导电，因此在上述部件连接位置处不设置绝缘层，绝缘层可以涂覆绝缘涂料，也可以设置绝缘保护壳。
28.为了更好的实现本实用新型，可溶合金5的成分为86wt％mg、6wt％zn、 5wt％ca、1wt％ni、1wt％cu和1wt％fe，可溶合金5在遇到含电解质的溶液(如 nacl溶液富含cl
‑
、游离co2和hco3‑
液体等)时可自行溶解；溶解完毕后，导电连杆3会在导电弹簧6和螺旋弹簧2的
作用下弹开从而与套管4内壁连接，以此实现电路导通，实现对套管4内壁的牺牲阳极保护。
29.为了更好的固定牺牲阳极材料1，牺牲阳极材料1的底部和顶部均通过至少一个直角卡托7与油气管8外壁绝缘连接，绝缘连接的目的是：防止直角卡托7 与牺牲阳极材料1和油气管8因电位差而发生腐蚀；直角卡托7的主要作用是：防止牺牲阳极材料1因腐蚀而发生脱落从而损坏牺牲阳极保护装置；对牺牲阳极材料1起到固定作用，直角卡托7为直角结构卡槽，与牺牲阳极材料1的结构适配。
30.为了更好的起到保护套管，牺牲阳极材料1为al
‑
zn
‑
in系合金。
31.上述中的一对螺旋弹簧2还可以根据实际需要选择左右位置设置螺旋弹簧 2。
32.对于牺牲阳极材料1的个数、厚度、高度需参照实际工程油气管8直径、套管4的直径、高度以及实际情况设计。
33.为了更好的实现本实用新型，上述的绝缘连接为绝缘胶粘接。
34.本实用新型提供的一种注水井套管内壁牺牲阳极保护装置，装置简单，成本低，可操作性较好、费效比较好，省时省力，延长了作业周期，有效保护了套管内壁，避免了套管的腐蚀，作业周期短的问题，易于实施，可大规模推广应用。