[發明專利]為管子加內襯的方法和系統

有效

• 申請號: 201580010632.9
• 申請日: 2015-02-27
• 公開（公告）號: CN106104135B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: P·C·克里塞爾斯;梁咐永;H·L·格瓦爾
• 申請（專利權）人: 國際殼牌研究有限公司
• 主分類號: F16L58/10
• 分類號: F16L58/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 王長青

技術領域

本發明涉及為油管柱加內襯以保護油管柱免受腐蝕和/或滲漏的方法和系統。

背景技術

用于由地下儲層開發和生產油、氣或其它礦物質的井孔通常配備有保護性油管柱、套管柱和/或其它內襯管柱。這些可以包括下到井孔開孔區且用水泥固定就位的管柱。在這里，術語套管通常用于表示從地面延伸至井孔的管子，而內襯管通常用于表示從井下位置進一步向井孔下延伸的管子。在下文中，主要應用術語套管，但本發明同樣適用于內襯管。

可以設計套管柱或內襯管柱以承受多種力例如塌落、破裂和拉斷以及鹽水化學浸蝕。套管柱通常由各自長度例如約10米的多個互連管段組裝而成。套管聯接將相鄰管段連接起來。套管段可以制造成在每端帶陽螺紋，其中應用帶有陰螺紋的較短長度的套管接箍將各套管段連接起來。替代地，管段可以制造成在一端帶有陽螺紋和另一端帶有陰螺紋。

套管可以用來保護淡水地層、隔離損失返回區或隔離具有明顯不同壓力梯度的地層層。將套管放入井孔的操作通常稱為"鋪管"。

在最內部套管的內部，井孔通常可以配備有另一個油管柱，通常稱為生產管柱或生產油管。在這里，生產油管可以與其它完井組件組裝以構成生產管柱。所述生產管柱是儲層流體產出到地面的主管道。生產管柱通常以適合于井孔條件和生產方法的構造與油管和完井組件組裝。類似于套管柱的方式，油管本身可以由相互連接的管段組成。生產管柱的重要功能是保護主井孔管件(包括套管和內襯管)免受儲層流體的腐蝕或侵蝕。

生產油管的內表面和它們的相關連接經常承受相對高溫、高壓和高腐蝕性流體中的一個或多個。溫度可以高達175℃或更高。壓力可以高達1400bar或更高。例如由于在水存在下烴、CO₂和/或H₂S的組合，儲層流體可能是高腐蝕性的。在烴生產中應用二次和三次強化采收方法如氣體注入、水驅和化學劑驅等，可能會進一步加重這種情況。

用于井孔管件包括套管或生產油管的管段通常由具有不同組成的普通碳鋼制成，所述普通碳鋼經過熱處理以改變強度。替代地，所述管段可以由不銹鋼、鎳合金、鋁、鈦、玻璃纖維和其它材料特殊制造。

材料具有不同耐腐蝕性。例如碳鋼相對便宜，但比上述其它材料更容易腐蝕。

存在幾種類型的腐蝕機理，包括：侵蝕-腐蝕(也稱作沖擊)、應力腐蝕開裂、硫化物應力開裂、氫氣點蝕和電化學腐蝕。

金屬中的腐蝕可能由其中條件允許電流的一種金屬到另一種金屬或者一塊金屬的部分表面到相同金屬的另一部分的電流引起。另外，對于發生這種能量流動來說，必須存在濕導體或電解液。能量經電解液介質從負極區通到正極區。

不同金屬的電接觸或電耦合經常導致腐蝕加重。這種形式的腐蝕通常稱為電化學腐蝕。電化學腐蝕相當普遍且非常麻煩，在多種環境中發生。例如，鋁和鐵管偶合在一起會造成鋁管段非常迅速腐蝕。電化學腐蝕機理可以考慮在海水中浸沒的鋅與鉑的電連接效果進行描述。在這些條件下，鉑是惰性的和不發生腐蝕，但鋅受到攻擊。鋅表面上發生的反應是鋅陽極氧化為鋅離子，而溶解氧陰極還原為氫氧根離子。如果測量這兩種金屬的電位，將會發現鉑具有正電位而鋅具有負電位。正如可能理解的那樣，隨著電位差增加，電化學腐蝕加劇。

從腐蝕角度來看，很明顯如果實際可行或經濟可行，在油和氣應用中用不易被腐蝕的材料替換鋼管及相關硬件將是非常希望的。非金屬部件，例如玻璃纖維套管、油管、抽油桿等均可用于油田應用中。但性能局限性(包括運行載荷、壓力和溫度)限制了其對金屬硬件的全面替換。另一方面，由耐腐蝕固體合金(CRA)如不銹鋼和鎳合金制備的管段可以提供足夠的耐腐蝕性。但由耐腐蝕固體合金制備的管段通常比碳鋼貴得多。這可能使項目不夠經濟。另外，新開發的烴儲層生產越來越多的腐蝕性烴，例如包含較大百分比的H₂S，需要更高級別的耐腐蝕合金(CRA)，而更高級別的CRA越來越貴。例如，相比于API P110級碳鋼，由CRA制備的相同管段可能貴至5倍、10倍或甚至25倍(當分別由316L、SM25CRW-110/125或C22 CRA制備時)。

已開發了幾種制造方法來制備例如用于運輸油和氣的耐腐蝕覆層或內襯碳鋼管，以實現在經濟上優于耐腐蝕固體合金(CRA)管如不銹鋼和鎳合金。但主要由于缺乏經證實的足夠耐腐蝕性的螺紋連接，對于井下管件，應用這些覆層或內襯管還沒有被接受。

為了防止電化學腐蝕，可以應用絕緣涂層。對用于管段和螺紋接頭以保護金屬基質不發生腐蝕的涂層來說，所述涂層必須在上述苛刻井下條件下耐受攻擊和保持對金屬基質的粘附性。