(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111281424.6 (22)申请日 2021.11.01 (71)申请人 西安石油大 学 地址 710065 陕西省西安市电子二路东段 18号西安石油大 学 (72)发明人 吕祥鸿　王晨　寇迪　雷博　 (74)专利代理 机构 西安西达专利代理有限责任 公司 61202 代理人 第五思军 (51)Int.Cl. C23F 13/06(2006.01) C23F 13/18(2006.01) C23F 13/04(2006.01) E21B 17/00(2006.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种可用 于油管外耐温阳极防腐工具及防 腐方法 (57)摘要 油管外耐温阳极防腐工具， 包括有中心管、 尼龙套筒、 阳极、 弹簧触臂、 尼龙套筒卡簧、 弹簧 卡簧、 双作用卡簧、 牺牲 阳极卡簧； 尼龙套筒 通过 两个尼龙套筒卡簧装配在中心管两端， 阳极通过 双作用卡簧与牺牲阳极卡簧装配在尼龙套筒上； 其包括以下步骤： 1)弹簧触臂材料为304不锈钢， 设定合理尺寸及结构； 2)几何的创建及装配模 型； 3)考虑弹簧触臂在运动过程中的变形效应； 4)采用动态、 显性算法进行模拟计算； 5)套管和 弹簧触臂间采用表面 ‑表面接触方式， 接触约束 算法采用运动约束算法； 6)载荷和边界条件定 义； 7)网格划分及提交运算； 本发明解决了现有 油管外耐温阳极防腐工具中起下管柱出现卡死 的问题， 具有结构 简单、 安装方便、 的特点。 权利要求书1页 说明书5页 附图11页 CN 114086184 A 2022.02.25 CN 114086184 A 1.一种可用于油管外耐温阳极防腐工具， 包括有油管 （1） 、 尼龙套筒卡簧 （2） 、 尼龙套筒 （3） 、 弹簧卡簧 （4） 、 弹簧触臂 （5） 、 双作用卡簧 （6） 、 阳极 （7） 、 牺牲阳极卡簧 （8） ； 其特征在于， 尼龙套筒 （3） 通过两个尼龙套筒卡簧 （2） 固定在中心管 （1） 两端； 三个弹簧触臂 （5） 通过弹簧 卡簧 （4） 和双作用卡簧 （6） 均匀固定在尼龙套筒 （3） 上； 阳极 （7） 通过双作用卡簧 （6） 与牺牲 阳极卡簧 （8） 固定在尼龙套 筒 （3） 上。 2.根据权利要求1所述的一种可用于油管外耐温阳极防腐工具， 其特征在于， 所述的弹 簧触臂 （5） 沿轴向弯80 °， 三个弹簧触臂外径相同。 3.利用权利要求1所述的一种可用于油管外耐温阳极防腐工具进行防腐的方法， 包括 以下步骤： 步骤1， 弹簧触臂 （5） 的材料选取304不锈钢， 尺寸为： 宽度b0=20mm， 厚度t=2mm； 周向弯曲 弧度80度后， 宽度b1=15mm， 轴向弦长a=20 0mm； 步骤2 ， 创建几何装配模型， 模型中共有四类部件， 分别是外部为尼龙套筒 （3） 的油管 （1） 、 弹簧触臂 （5） 以及和弹簧触臂 （5） 直接接触的外部套管 （9） 和套管箍； 首先创建弹簧触 臂 （5） 模型， 定义为三 维可变形实体， 油管 （1） 模型也定义为三 维解析刚体部件， 在建立部件 的同时， 要 给四类部件的模 型分别定义一个参考点， 所有部件创建完成之后运用平移、 旋转 方法把弹簧触臂 （5） 、 外 部为尼龙套 筒 （3） 的油管 （1） 、 套管 （9） 和套管箍进行装配； 步骤3 ， 考虑弹簧触臂 （5） 在运动过程中的变形效应， 形体必须添加材料属性， 在 ABAQUS的属性这一栏将弹簧触臂 （5） 的材料属性赋予弹簧触臂， SUS304的相关属性参数分 别为： 弹簧触臂密度为7.85/  g•cm‑3、 杨氏模量为194020E/MPa， 泊松比为0.3 µ， 抗拉强度520 σb/MPa， 屈服强度为210σc/MPa， 在属性中创建材 料， 输入上述数据； 步骤4 ， 创建分析步， 采用动态、 显性算法进行模拟计算， 在Step模块中， 创建分析步 initial为初始过程， 创建分析步Step ‑1为套管 （9） 运动 过程， 将它的时间设置为10s， 质量 放大因子设置10 000； 步骤5， 和弹簧触臂 （5） 间采用表面 ‑表面接触方式， 接触约束算法采用运动约束算法， 套管 （9） 与弹簧触臂 （5） 之间的摩擦系数为0.1， 模拟在运动时弹簧触臂 （5） 的真实受力情 况； 步骤6， 载荷和边界条件定义， 在边界条件中， 将油管 （1） 和弹簧触臂 （5） 两端进行完全 固定， 套管 （9） 的边界条件类型定义为位移， U2取值为600， 使套管 （9） 沿着油管的轴向方向 运动， 模拟套管 （9） 与弹簧触臂 （5） 接触的真实情况； 步骤7， 网格划分及提交运算， 网格划分数量越多， 计算精度也更加的精确， 但计算的量 也会增大， 本次建立模型， 弹簧触臂 （5） 按照近似单元尺寸 进行划分， 厚度 方向划分出四个单元格数， 使计算更加精确， 最后对当前模型创建作业， 进行数据检查， 提 交作业， 分析 结果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114086184 A 2一种可用于油管外耐温阳极防腐工具及防腐方 法 技术领域 [0001]本发明涉及油套管设备技术领域， 具体涉及一种可用于油管外耐温阳极防腐工具 及防腐方法。 背景技术 [0002]目前油田套管外壁主要采用环氧冷缠带和牺牲阳极进行防腐； 套管内壁采用添加 缓蚀剂和牺牲阳极技术。 油田大多数套管无明显的外腐蚀， 套破井均从内壁向外壁发生穿 孔， 说明套管外壁防腐措施需要改进， 但由于井下介质环境、 工艺条件的复杂、 油水介质的 强腐蚀性及井温的升高， 缓蚀剂的缓蚀率有着明显的下降趋势， 使得井下管柱仍表现严重 的腐蚀， 尤其在高温下使用不当会加速对管柱的腐蚀。 同时， 现有的耐温阳极防腐工具在工 作时， 由于其设计不合理， 弹簧一端固定， 一端滑动， 在阳极对套管内壁提供保护电流不断 消耗时， 使得弹簧触臂逐渐挤压， 导致其在入井、 起出作业过程中在止口位置出现卡死现 象， 影响油管柱起下井作业， 因此， 设计改进油套管内耐温阳极 防腐工具， 并进行有限元模 拟计算， 使其在起下 管柱时顺利通过止口位置 。 发明内容 [0003]为克服上述现有技术的不足， 本发明的目的是提供种一种可用于油管外耐温阳极 防腐工具及防腐方法， 具有结构 简单、 安装方便、 起下 管柱顺利、 防腐效果 好的特点。 [0004]为实现上述目的， 本 发明采用的技术方案是： 该耐温阳极防腐工具包括有中心管、 尼龙套筒、 弹簧触臂、 阳极， 阳极采用双作用卡簧与牺牲阳极卡簧固定在尼龙套筒上， 尼龙 套筒通过尼龙套筒卡簧固定在中心管上， 弹簧触臂 通过弹簧卡簧和双作用卡簧固定在尼龙 套筒卡簧上。 [0005]所述的弹簧触臂 （5） 沿轴向弯80 °， 三个弹簧触臂外径相同。 [0006]利用所述的一种可用于油管外耐温阳极防腐工具进行防腐的方法， 包括以下步 骤： 步骤1， 弹簧触臂材料选取304不锈钢， 尺寸为： 原始宽度b0=20mm， 厚度t=2mm； 周向 弯曲弧度80度后， 宽度b1=15m m， 轴向弦长a=20 0mm； 步骤2， 创建几何装配模型， 模型中共有四类部件， 分别是外部为尼龙套筒的油管、 弹簧触臂以及和其直接接触的外部套管和套管箍。 首先创建弹簧触臂， 定义为三维可变形 实体， 油管也定义为三 维解析刚体部件， 在建立部件的同时， 要 给各模具分别定义一个参考 点， 所有部件创建完成之后运用平移、 旋转等方法把弹簧触臂、 外部为尼龙套筒的油管、 套 管和套管箍进行装配； 步骤3 ， 考虑弹簧触臂 （5） 在运动过程中的变形效应， 形体必须添加 材料属性， 在 ABAQUS的属性这一栏将弹簧触臂的材料属性赋予弹簧触臂， SUS304的相关属性参数分别 为： 弹簧触臂密度为7.85/  g•cm‑3、 杨氏模量为194020E/MP a， 泊松比为0.3 µ， 抗拉强度520 σb/MPa， 屈服强度为210σc/MPa， 在属性中创建材 料， 输入上述数据；说　明　书 1/5 页 3 CN 114086184 A 3