專利名稱:特種合金防蠟工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及石油開采井下機(jī)械,特別提供了特種合金防蠟工具。
背景技術(shù):
原 油中一般都含有蠟,我國有許多含蠟量很高的油田。在采油作業(yè)時(shí),原油從地下到地面的過程中由于溫度不斷降低,原油中的蠟在溫度達(dá)到析蠟點(diǎn)(一般在40°C左右)后會(huì)析出并在抽油桿和管壁上凝結(jié),最終導(dǎo)致抽油作業(yè)停止,必須通過“洗井”除去凝固的蠟才能繼續(xù)抽油,清防蠟成為原油生產(chǎn)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。洗井最常用的方法是熱洗或化學(xué)清蠟,這固然有效,但必需停止采油作業(yè)并經(jīng)歷數(shù)天的排水期后才能重新開始抽油作業(yè),同時(shí)有大量化學(xué)物質(zhì)的排放,嚴(yán)重影響原油生產(chǎn)效率和污染環(huán)境。在原油生產(chǎn)的地面系統(tǒng)(輸油管道和原油處理系統(tǒng))中也存在清防蠟問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有抑制原油中蠟的析出和團(tuán)聚功能的新型特種合金防蠟工具,該防蠟工具所用的特種合金具有特殊的電化學(xué)活性,可有效抑制原油中蠟的析出、沉淀和團(tuán)聚,因此可用于油田井下的防蠟處理。本發(fā)明提供了特種合金防蠟工具,具體包括
一種管路式特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟工具由合金管11、外套管12和凸形組合器13組成;
—其中,外套管12套在合金管11的外部,然后使用凸形組合器13進(jìn)行固定連接,夕卜套管與組合器的連接方式優(yōu)選為螺紋連接;
—所述的合金管11由防蠟合金A制成,分為上段111和下段112兩段,中間部位有封堵113,且合金管上段111和下段112的外壁有多條連通的溝槽114,溝槽114底部開有大量小孔115 ;
—所述的防蠟合金A具體為包含有以下組成元素(重量百分比wt%): Ni 5 30,Cu30 70,Zn 5. 0 30,Sn I. 0 7. 0,Pb I. 0 5. 0,Co 0. 5 2. 0,RE 0. I I. 0 其中,RE為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合。使用時(shí),將該管路式特種合金防蠟工具串接在油井管路中,原油從組合器13下端進(jìn)入合金管下段112,在壓力下從管壁小孔115噴射到外套管12與合金管11之間的溝槽,沿溝槽向上流動(dòng),從上段溝槽底部小孔噴射到合金管上段111內(nèi),流向抽油管路,由于合金A具有防蠟的功能,因此能夠確保管路的暢通,從而有效地延長了清蠟的周期。一種涂層式特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟工具由內(nèi)管21、外管22和凸形組合器23組成;
——其中,外管22套在內(nèi)管21的外部,然后使用凸形組合器23進(jìn)行固定相連,外套管與組合器的連接方式優(yōu)選為螺紋連接;
——所述的內(nèi)管21為金屬材料基體,且管壁上由大量的小孔,內(nèi)管21的內(nèi)壁與外壁以及外管22的內(nèi)壁上噴涂有防蠟金屬B表面層;——所述的防蠟合金B(yǎng)的化學(xué)組成為(按重量百分比計(jì))=Cu 65 95,Ni 3 30,Co
I.0 5. 0,RE 0. I 0. 5 ;其中RE為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合。使用該種涂層式特種合金防蠟工具時(shí),原油從該涂層式特種合金防蠟工具的內(nèi)管下端孔進(jìn)入內(nèi)管,在壓力下從內(nèi)管壁小孔噴射到內(nèi)管與外管之間的空間區(qū)域向上流動(dòng),再通過連接頭進(jìn)入抽油管路,在此期間,原油形成紊流與防蠟合金B(yǎng)表面層充分接觸。所述的金屬材料基體優(yōu)選為不銹鋼、也可為低合金鋼或碳鋼。外管的內(nèi)壁和內(nèi)管的內(nèi)、外壁上噴涂有防蠟合金B(yǎng)表面層,該表面層可以使用火焰噴涂或等離子體噴涂法將合金B(yǎng)噴涂到基體表面,厚度0. 10 - 30微米。內(nèi)管管壁上有大量小孔,原油從組合器下端進(jìn)入內(nèi)管,在壓力下從內(nèi)管壁小孔噴射到內(nèi)管與外 管之間的空間區(qū)域向上流動(dòng),進(jìn)入抽油管路,在此期間,原油形成紊流與防蠟合金B(yǎng)表面層充分接觸。一種組合式特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟工具由管路式特種合金防蠟工具與涂層式特種合金防蠟工具串聯(lián)而成;
其中,所述的管路式特種合金防蠟工具由合金管11、外套管12和凸形組合器13組成,外套管與組合器的連接方式優(yōu)選螺紋連接;
—外套管12套在合金管11的外部,然后使用凸形組合器(13)進(jìn)行固定連接;
—所述的合金管(11)由防蠟合金A制成,分為上段111和下段112兩段,中間部位有封堵113,且合金管上段111和下段112的外壁有多條連通的溝槽114,溝槽114底部開有大量小孔115 ;
—所述的防蠟合金A具體為包含有以下組成元素(重量百分比wt%) :Ni 5 30,Cu30 70,Zn 5. 0 30,Sn I. 0 7. 0,Pb I. 0 5. 0,Co 0. 5 2. 0,RE 0. I I. 0 其中,RE為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合。所述的涂層式特種合金防蠟工具由內(nèi)管21、外管22和凸形組合器23組成,外套管與組合器的連接方式優(yōu)選螺紋連接;
—外管22套在內(nèi)管21的外部,然后使用凸形組合器23進(jìn)行固定相連;
——所述的內(nèi)管21為金屬材料基體,且管壁上由大量的小孔,內(nèi)管21的內(nèi)壁與外壁以及外管22的內(nèi)壁上噴涂有防蠟金屬B表面層,其中防蠟金屬B表面層的厚度優(yōu)選為0. 10 30微米;
——所述的防蠟合金B(yǎng)的化學(xué)組成為(按重量百分比計(jì))=Cu 65 95,Ni 3 30,Co
I.0 5. 0,RE 0. I 0. 5 ;其中RE為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合。上述的防蠟合金A中還可以含有下述組成元素的一種或多種(重量百分比wt%)Ti 0. 5 I. 0, Fe 0. I I. O、B 0. 05 0. 15。上述防蠟合金B(yǎng)中還含有下述組成元素之一或多種(重量百分比wt%) Ti 0. 2 0. 5,B 0. 03 0. 10。其中,所述防蠟合金A可以采用常壓感應(yīng)爐或真空感應(yīng)爐制備,冶煉過程中按元素的平衡壓和穩(wěn)定性確定添加順序以準(zhǔn)確控制合金組成,采用常壓或真空澆注,錠模充分預(yù)熱至適當(dāng)溫度以確保合金有均勻的宏觀組織和微觀結(jié)構(gòu)。所述防蠟合金B(yǎng)可以采用真空感應(yīng)爐在常壓、真空或Ar氣氛保護(hù)下熔煉,采用常壓或真空澆注,錠模充分預(yù)熱至適當(dāng)溫度以確保合金有均勻的宏觀組織和微觀結(jié)構(gòu);然后經(jīng)鍛造、軋制、拔絲后制成絲材;或在熔煉制成母合金后采用霧化制粉技術(shù)制成顆粒度為微米級(jí)的合金粉。
本發(fā)明提供的管路式特種合金防蠟工具與涂層式特種合金防蠟工具的機(jī)械結(jié)構(gòu)和幾何形狀為任何滿足合金表面與原油充分接觸并且對(duì)原油流動(dòng)不產(chǎn)生顯著阻力的其它結(jié)構(gòu)和形狀,而且所述的特種合金防蠟工具適用于抽油井、自噴井以及地面原油輸運(yùn)系統(tǒng)。本發(fā)明提供的特種合金防蠟工具,是通過電化學(xué)作用改變蠟分子的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變蠟晶的團(tuán)聚行為,有效抑制和減緩蠟的凝結(jié)成塊,促使析出的蠟以微小晶體形態(tài)懸浮在液體中并隨液體流動(dòng),因此有效防止和延緩蠟在管壁、抽油桿上的凝結(jié),從而延長油井的洗井作業(yè)周期。特種合金防蠟工具作為一種原油生產(chǎn)清防蠟新技術(shù)的應(yīng)用,除提高原油生產(chǎn)效率外,還避免了熱洗/化學(xué)洗井導(dǎo)致的污染,具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明提供的特種合金防蠟工具,其優(yōu)點(diǎn)如下
(I)防蠟原油與防蠟合金作用后,原油中的蠟在溫度降低時(shí)的析出速率顯著降低,抑制和減緩蠟在管壁和抽油桿上凝結(jié)成堅(jiān)硬的固體堵塞管路;(2)提高原油生產(chǎn)效率與使用機(jī)械的或物理的清防蠟方法相比,特種合金防蠟工具用于油井防蠟,可以大幅延長清蠟周期,大幅減少停止抽油作業(yè)的時(shí)間; (3)環(huán)保與常用的化學(xué)除蠟方法相比,油井使用特種合金防蠟工具,避免了有害物質(zhì)的排放;
(4)價(jià)廉特種合金防蠟工具只起催化作用,可以長期使用。
圖I為管路式特種合金防蠟工具的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖2為涂層式特種合金防蠟工具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例來進(jìn)一步解釋本發(fā)明,但其并不限制本發(fā)明。
實(shí)施例I
一種管路式特種合金防蠟工具(見圖1),由合金管11、外套管12和凸形組合器13組成;外套管12套在合金管11的外部,然后使用凸形組合器13進(jìn)行固定連接;合金管11由防蠟合金A制成,分為上段111和下段112兩段,中間部位有封堵113,且合金管上段111和下段112的外壁有多條連通的溝槽114,溝槽114底部開有大量小孔115。
實(shí)施例2
一種涂層式特種合金防蠟工具(見圖2),由內(nèi)管21、外管22和凸形組合器23組成;夕卜管22套在內(nèi)管21外部,然后使用凸形組合器23進(jìn)行固定相連;內(nèi)管21為金屬材料基體,且管壁上由大量的小孔,內(nèi)管21的內(nèi)壁與外壁以及外管22的內(nèi)壁上噴涂有防蠟金屬B表面層。
實(shí)施例3
一種組合式特種合金防蠟工具,將管路式特種合金防蠟工具(具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同)與涂層式特種合金防蠟工具(具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同)分別通過連接頭串接在油井管路中,位于抽油泵下10米和20米處,其中,管路式特種合金防蠟工具中防蠟合金A的具體成分為(按重量百分比)Ni 23. 3、Cu 54. 7、Zn 15. I、Sn I. 3、Pb 3. I、Co I. 4、Gd 0. 5、Ti0.5、B 0. 10 ;涂層式特種合金防蠟工具中金屬材料基體為不銹鋼基體,而且用火焰噴涂法在基體上形成的防蠟合金B(yǎng)表面層,表面層厚度為30微米,合金B(yǎng)的具體成分為(按重量百分比)Cu 88. O、Ni 10. 5, Co I. O、Gd 0.5;
油井深度2100米,油井產(chǎn)液量3.4噸/天,產(chǎn)油量1.8噸/天,含水率47%,蠟含量
20.5%,原采用電熱清蠟,清蠟周期35天,采用合金工具后清蠟周期延長至344天,防蠟效果顯著。 實(shí)施例4
一種組合式特種合金防蠟工具,將管路式特種合金防蠟工具(具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同)與涂層式特種合金防蠟工具(具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同)分別通過連接頭串接在油井管路中,位于抽油泵下10米和20米處,其中,管路式特種合金防蠟工具中防蠟合金A的具體成分為(按重量百分比)Ni 18. 5、Cu 65. 7、Zn 7. 8、Sn 3. 8、Pb I. 5、Co 2. O、La+Ce 0. 7 ;涂層式特種合金防蠟工具中金屬材料基體為低合金鋼,而且用等離子體噴涂法在基體上形成防蠟合金B(yǎng)表面層,表面層厚度19微米,合金B(yǎng)的具體成分為(按重量百分比):Cu 71.0、Ni 25. 4,Co 2. 8,Ti 0. 3、Pr+Nd 0. 4、B 0. I ;油井深度 1450 米,油井產(chǎn)液量 6. 7 噸 / 天,產(chǎn)油量2. 8噸/天,含水率53%,蠟含量16. 7%,原采用熱洗清蠟,熱洗周期30天,采用特種合金防蠟工具后清蠟周期延長至319天,防蠟效果顯著。實(shí)施例5
一種管路式特種合金防蠟工具,具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I中的相同,其中制備合金管的防蠟合金A的具體成分為(按重量百分比)Ni 14. 6、Cu 45. 9、Zn 27. O、Sn 5. 6、Pb 3. 5、Co1.4、La+Nd 1.0,Ti 0. 9、B 0. 10 ;管路式特種合金防蠟工具通過連接頭串接在管路中,位于抽油泵下10米處。油井深度1900米,油井產(chǎn)液量4. 5噸/天,產(chǎn)油量I. 7噸/天,含水率62%,蠟含量
15.5%,原采用電熱清蠟,清蠟周期40天,采用合金工具后清蠟周期延長至254天,防蠟效果顯著。
實(shí)施例6
一種涂層式特種合金防蠟工具,具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2中的相同,其中,金屬材料基體為碳鋼,且使用離子體噴涂法在基體上形成防蠟合金B(yǎng)表面層,防蠟合金B(yǎng)表面層厚度16微米,合金B(yǎng)的具體成分為(按重量百分比):Cu 91.0,Ni 7.0,Co I. UTi 0. 4,La+Ce 0. 5 ;合金防蠟工具過連接頭串接在管路中,位于抽油泵下10米。油井深度約1500米,油井產(chǎn)液量7. 8噸/天,產(chǎn)油I. 7噸/天,含水率78%,含蠟量
21.1%,原采用熱洗清蠟,熱洗周期35天,采用防蠟合金制成的油田井下防蠟工具后清蠟周期延長至234天,防蠟效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種管路式特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟工具由合金管(U)、外套管(12)和凸形組合器(13)組成; —其中,外套管(12)套在合金管(11)的外部,然后使用凸形組合器(13)進(jìn)行固定連接; —所述的合金管(11)由防蠟合金A制成,分為上段(111)和下段(112)兩段,中間部位有封堵(113),且合金管上段(111)和下段(112)的外壁有多條連通的溝槽(114),溝槽(114)底部開有大量小孔(115); ——所述的防蠟合金A的化學(xué)組成為(按重量百分比計(jì))=Ni 5 30,Cu 30 70,Zn5.0 30,Sn I. 0 7. 0,Pb I. 0 5. 0,Co 0. 5 2. 0,RE 0. I I. 0 ;其中 RE 為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合。
2.一種涂層式特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟工具由內(nèi)管(21)、外管(22)和凸形組合器(23)組成; —其中,外管(22)套在內(nèi)管(21)的外部,然后使用凸形組合器(23)進(jìn)行固定相連;——所述的內(nèi)管(21)為金屬材料基體,且管壁上由大量的小孔,內(nèi)管(21)的內(nèi)壁與外壁以及外管(22)的內(nèi)壁上噴涂有防蠟金屬B表面層; ——所述的防蠟合金B(yǎng)具體為包含有以下組成元素(重量百分比wt%):Cu 65 95,Ni3 30,Co I. 0 5. 0,RE 0. I 0. 5,其中,RE為稀土元素。
3.一種組合式特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟工具由管路式特種合金防蠟工具與涂層式特種合金防蠟工具串聯(lián)而成; 其中,所述的管路式特種合金防蠟工具由合金管(11)、外套管(12)和凸形組合器(13)組成; —外套管(12)套在合金管(11)的外部,然后使用凸形組合器(13)進(jìn)行固定連接;—所述的合金管(11)由防蠟合金A制成,分為上段(111)和下段(112)兩段,中間部位有封堵(113),且合金管上段(111)和下段(112)的外壁有多條連通的溝槽(114),溝槽(114)底部開有大量小孔(115); ——所述的防蠟合金A的化學(xué)組成為(按重量百分比計(jì))=Ni 5 30,Cu 30 70,Zn5.0 30,Sn I. 0 7. 0,Pb I. 0 5. 0,Co 0. 5 2. 0,RE 0. I I. 0 ;其中 RE 為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合; 所述的涂層式特種合金防蠟工具由內(nèi)管(21)、外管(22)和凸形組合器(23)組成; —外管(22)套在內(nèi)管(21)的外部,然后使用凸形組合器(23)進(jìn)行固定相連; ——所述的內(nèi)管(21)為金屬材料基體,且管壁上由大量的小孔,內(nèi)管(21)的內(nèi)壁與外壁以及外管(22)的內(nèi)壁上噴涂有防蠟金屬B表面層; ——所述的防蠟合金B(yǎng)的化學(xué)組成為(按重量百分比計(jì))=Cu 65 95,Ni 3 30,CoI. 0 5. 0,RE 0. I 0. 5,其中,RE為稀土元素,選自La、Ce、Pr、Nd、Gd之一或其組合。
4.按照權(quán)利要求I或2所述的特種合金防蠟工具,其特征在于外套管與組合器的連接方式為螺紋連接。
5.按照權(quán)利要求2或3所述的特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟金屬B表面層的厚度為0. 10 30微米。
6.按照權(quán)利要求I或2所述的特種合金防蠟工具,其特征在于防蠟金屬B表面層的噴涂方式為火焰噴涂或等離子體噴涂。
7.按照權(quán)利要求2或3所述的特種合金防蠟工具,其特征在于所述的金屬材料基體為不銹鋼、低合金鋼或碳鋼。
8.按照權(quán)利要求I或3所述的特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟合金A中還含有下述組成元素之一或多種(重量百分比wt%):Ti 0.5 I. O,F(xiàn)e 0.1 I. O、B 0. 05 0.15。
9.按照權(quán)利要求2或3所述的特種合金防蠟工具,其特征在于所述的防蠟合金B(yǎng)中還含有下述組成元素之一或多種(重量百分比wt%) Ti 0. 2 0. 5,B 0. 03 0. 10。
全文摘要
本發(fā)明提供了特種合金防蠟工具,該防蠟工具是通過電化學(xué)作用改變蠟分子的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變蠟晶的團(tuán)聚行為,有效抑制和減緩蠟的凝結(jié)成塊,促使析出的蠟以微小晶體形態(tài)懸浮在液體中并隨液體流動(dòng),因此有效防止和延緩蠟在管壁、抽油桿上的凝結(jié),從而延長油井的洗井作業(yè)周期。特種合金防蠟工具作為一種原油生產(chǎn)清防蠟新技術(shù)的應(yīng)用,除提高原油生產(chǎn)效率外,還避免了熱洗/化學(xué)洗井導(dǎo)致的污染,具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號(hào)E21B17/00GK102720466SQ20111007932
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者呂曼棋, 張海峰, 胡壯麒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所