BRPI0710754A2

BRPI0710754A2 - Method for Using a Cathodic Printed Current Protection System

Info

Publication number: BRPI0710754A2
Application number: BRPI0710754-4A
Authority: BR
Inventors: Sicco Dwars; Christopher Ozemoya Ubuane
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2011-06-14

Abstract

MÉTODO PARA USAR UM SISTEMA DE PROTEÇçO CATàDICA DE CORRENTE IMPRESSA. É descrito um método para usar um sistema de proteção catódica de corrente impressa (JCCP) que fornece uma corrente elétrica de tal modo que uma estrutura metálica (10) possui uma tensão negativa entre 0,5 e 1,5 Volts em relação à terra, para energizar um ou mais aparelhos elétricos (5), o método compreendendo: - prover um ou mais aparelhos elétricos (5) que possuem cada uma um par de contatos elétricos (1, 2); - conectar um contato elétrico (1) de cada aparelho elétrico à estrutura; e - conectar o outro contato elétrico (2) de cada aparelho elétrico à terra provendo deste modo energia elétrica a cada uma das aparelhos elétricos. E preferido que as aparelhos elétricos (5) sejam equipadas de um ou mais conversores de energia CC-CC (6) que são configurados para reforçar uma tensão de entrada elétrica entre 0,5 e 1,5 Volts para uma tensão de saída elétrica entre 3 e 5 Volts.METHOD FOR USING A CATHEDIC PRINTED CURRENT PROTECTION SYSTEM. A method is described for using a printed current cathodic protection system (JCCP) that provides an electrical current in such a way that a metal structure (10) has a negative voltage between 0.5 and 1.5 Volts in relation to the ground, to energize one or more electrical appliances (5), the method comprising: - providing one or more electrical appliances (5) that each have a pair of electrical contacts (1, 2); - connect an electrical contact (1) of each electrical device to the structure; and - connect the other electrical contact (2) of each electrical device to the earth, thereby providing electrical energy to each of the electrical devices. It is preferred that the electrical appliances (5) are equipped with one or more DC-DC power converters (6) that are configured to reinforce an electrical input voltage between 0.5 and 1.5 Volts for an electrical output voltage between 3 and 5 Volts.

Description

"MÉTODO PARA USAR UM SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA DECORRENTE IMPRESSA""METHOD FOR USING A PRINTED CATHODIC PROTECTION SYSTEM"

A invenção relaciona-se a um método para usar um sistema deproteção catódica de corrente impressa (ICCP) para prover energia a um oumais aparelhos elétricos.The invention relates to a method for using a cathodic printed current protection system (ICCP) to power one or more electrical apparatus.

Proteção catódica é comumente aplicada para proteger contracorrosão estruturas marítimas, subterrâneas e outras estruturas de metalsujeitas à corrosão. Estas estruturas podem ser tanques de armazenagem deágua, tubulações de gás, suportes de plataforma de petróleo, trilhos deferrovias e muitas outras facilidades de metal expostas a um ambientecorrosivo.Cathodic protection is commonly applied to counter-corrosion protect marine, underground and other metal structures subjected to corrosion. These structures can be water storage tanks, gas pipelines, oil rig supports, railway tracks and many other metal facilities exposed to a corrosive environment.

Se linhas de fluxo, tubulações, tanques e outras estruturas demetal são enterradas e/ou submersas, condições do solo e/ou da água, taiscomo salinidade, condutividade e porosidade têm um efeito corrosivo naestrutura, fazendo com que esta perca metal para o solo ou água em torno.Para inibir esta corrosão, estruturas de metal podem ser protegidas contracorrosão pela aplicação de um sistema de anodo de sacrifício no qual ummetal mais ativo na série galvânica que o da estrutura é usado como um anodode sacrifício, ou por um Sistema de Proteção Catódica de Corrente Impressa(ICCP) onde uma corrente elétrica é impressa em um anodo enterrado (+),que conduz a estrutura metálica para uma tensão negativa em relação aoambiente.If flowlines, pipelines, tanks and other demetal structures are buried and / or submerged, soil and / or water conditions such as salinity, conductivity and porosity have a corrosive effect on the structure, causing it to lose metal to the ground or In order to inhibit this corrosion, metal structures can be protected against counter-corrosion by applying a sacrificial anode system in which a more active metal in the galvanic series than that of the structure is used as a sacrificial anod, or by a Protection System. Cathode Printed Current (ICCP) where an electric current is printed on a buried anode (+), which conducts the metal structure to a negative voltage relative to the environment.

A corrente elétrica para um sistema ICCP pode ser fornecidapor um ou mais dispositivos transformador/retificador, que pode fornecer umacorrente contínua (CC) de até IOOA a uma tensão abaixo de 1,3V. A tensão égeralmente mantida abaixo de 1,3 V para inibir a formação de hidrogênio emqualquer água e/ou hidrocarbonetos no interior e/ou exterior da estrutura, umavez que o hidrogênio formado também reagiria com o metal da estrutura edetecção modo causaria fragilidade do hidrogênio da estrutura.E conhecido da Patente U.S. 6.715.550 e Patente Européia1252416, transferir uma corrente alternada de baixa tensão (CA) ou Correntecontínua (CC) via um tubo de produção ou invólucro em um poço para um oumais aparelhos elétricos no furo abaixo.The electrical current for an ICCP system may be supplied by one or more transformer / rectifier devices, which may provide a direct current (DC) of up to 100A at a voltage below 1.3V. The voltage is generally maintained below 1.3 V to inhibit the formation of hydrogen in any water and / or hydrocarbons inside and / or outside the structure, since the hydrogen formed would also react with the metal of the structure and the detection mode would cause hydrogen fragility. It is known from US Patent 6,715,550 and European Patent 1252416 to transfer a low voltage (AC) or Direct Current (DC) alternating current via a production pipe or casing in a well to one or more electrical appliances in the hole below.

Entretanto, até então tem sido considerado inexeqüível usarenergia elétrica a uma tensão abaixo de 1,3 V derivada de um sistema deproteção catódica de corrente impressa (ICCP) para fornecer energia a um oumais aparelhos elétricos.However, it has hitherto been considered unenforceable to use electrical energy at a voltage below 1.3 V derived from a Cathodic Printed Current Protection (ICCP) system to supply power to one or more electrical appliances.

E um objetivo da presente invenção prover um método paraderivar energia elétrica de uma estrutura eletricamente condutora, que éprotegida contra corrosão por um sistema de proteção catódica de correnteimpressa (ICCP), de tal modo que um ou mais aparelhos elétricos sãoalimentadas por energia elétrica derivada do sistema ICCP. Isto evita o uso de(longos) cabos elétricos ou o uso de um gerador, células solares, dínamoacionado pelo vento, etc.It is an object of the present invention to provide a method for deriving electrical energy from an electrically conductive structure that is protected against corrosion by a cathodic printed current protection system (ICCP) such that one or more electrical appliances are powered by electrical energy derived from the system. ICCP. This avoids the use of (long) electrical cables or the use of a generator, solar cells, wind dynamo, etc.

De acordo com a invenção, é provido um método para usar umsistema de ICCP que fornece uma corrente elétrica de tal modo que umaestrutura metálica possui uma tensão negativa em relação à terra paraenergizar um ou mais aparelhos elétricos, o método compreendendo:According to the invention, there is provided a method for using an ICCP system that provides an electric current such that a metal structure has a negative ground voltage to energize one or more electrical apparatus, the method comprising:

- prover um ou mais aparelhos elétricos que possuem cada um,um par de contatos elétricos;- providing one or more electrical apparatus each having a pair of electrical contacts;

- conectar um contato elétrico de cada aparelho elétrico àestrutura; e- connect an electrical contact of each electrical device to the structure; and

- conectar o outro contato elétrico de cada aparelho elétrico àterra provendo deste modo energia elétrica a cada uma das aparelhos elétricos.- connect the other electrical contact of each electrical appliance to earth thereby providing electrical power to each of the electrical appliances.

O sistema ICCP pode fornecer uma corrente elétrica CC àestrutura de metal com uma tensão entre 0,5 e 1,5 Volts e uma intensidade decorrente entre 1 e 150 Ampères.The ICCP system can supply a DC electric current to the metal structure with a voltage between 0.5 and 1.5 Volts and a resulting intensity between 1 and 150 Amps.

E preferido que um ou mais aparelhos elétricos compreendamum conversor de energia CC-CC (Corrente contínua - Corrente contínua), queé adaptado para converter energia elétrica se a tensão entre os contatoselétricos estiver entre 0,5 e 1,5 Volts CC.It is preferred that one or more electrical appliances comprise a DC-DC power converter, which is adapted to convert electrical energy if the voltage between the electrical contacts is between 0.5 and 1.5 Volts DC.

O conversor de energia CC-CC preferivelmente é do tipo decapacitor comutado e funciona como um amplificador de tensão elétrica, quegera uma tensão de saída entre 3 e 5 Volts em resposta à tensão de 0,5 e 1,5Volts CC entre os contatos elétricos.The DC-DC power converter is preferably of the switched-type decapacitor type and functions as an electrical voltage amplifier, generating an output voltage of between 3 and 5 Volts in response to the voltage of 0.5 and 1.5 Volts DC between the electrical contacts.

Pelo menos um aparelho elétrico pode ser provida de umabateria recarregável, que é configurada para prover uma tensão de partida abaixo de 500 mV CC.At least one electrical apparatus may be provided with a rechargeable battery which is configured to provide a starting voltage below 500 mV DC.

A estrutura pode ser usada para transmitir dados unidirecionaisou bidirecionais, modulando a corrente de carga da energia elétricatransmitida via estrutura, onde a corrente de carga é modulada por meio deuma tecnologia de modulação de carga CC, FM, AM, pulso, chilreio e/oubanda ultra larga.The framework can be used to transmit unidirectional or bidirectional data by modulating the charge current of the electrical energy transmitted via the framework, where the charge current is modulated by means of DC, FM, AM, pulse, chirp and / or ultra band charge modulation technology. wide.

A estrutura pode fazer parte de um sistema de produção deóleo e/ou gás, de aço ou outro metal e os dados incluem informação de sensor,tal como uma pressão na cabeça do poço ou no furo abaixo em um poço deprodução de óleo e/ou gás, temperatura, fluxo de fluido e/ou areia, corrosão e/ou tensões de proteção catódica.The structure may be part of an oil and / or gas, steel or other metal production system and the data includes sensor information such as a wellhead or downhole pressure in an oil and / or oil production well. gas, temperature, fluid and / or sand flow, corrosion and / or cathodic protection voltages.

A estrutura de aço ou outro metal pode compreender uma oumais tubulações de aço, que estão localizadas na ou próximo à superfície daterra, tal como uma montagem de tubulações enterradas ou submersas, umvaso de aço de armazenagem de fluido, uma plataforma marítima de produçãode óleo e/ou gás e/ou um trilho de ferrovia.The steel or other metal structure may comprise one or more steel pipes, which are located on or near the ground surface, such as a buried or submerged pipe assembly, a fluid storage steel vessel, an offshore oil production platform and / or gas and / or a rail track.

Uma pluralidade de aparelhos elétricos podem ser conectada àestrutura e a energia elétrica obtida dos aparelhos pode ser seqüenciada econtrolada, de tal modo que a carga elétrica total no sistema de proteçãocatódica de corrente impressa é mantida abaixo de um máximo pré-determinado.A plurality of electrical appliances may be connected to the structure and the electrical energy obtained from the appliances may be sequenced and controlled such that the total electrical charge in the printed current protection system is maintained below a predetermined maximum.

Estas e outras características, vantagens e realizações dométodo de acordo com a invenção são descritas nas reivindicações que aacompanham, resumo e na seguinte descrição detalhada das realizaçõespreferidas do método, de acordo com a invenção, onde é feita referência aosdesenhos anexos.These and other features, advantages and embodiments of the method according to the invention are described in the accompanying claims, summary and the following detailed description of the preferred embodiments of the method according to the invention, where reference is made to the accompanying drawings.

Figura 1 mostra esquematicamente uma tubulação de metalenterrada, que é protegida contra corrosão por um sistema de proteçãocatódica de corrente impressa (ICCP) do qual a corrente impressa é usadapara prover energia via uma conversor de energia CC-CC a um aparelhoelétrico;Figure 1 schematically shows a metal inlet pipe which is protected against corrosion by a cathode printed current protection system (ICCP) from which the printed current is used to supply power via a DC-DC power converter to an electrical apparatus;

Figura 2 mostra um esquema elétrico de uma primeirarealização do conversor elétrico CC-CC mostrado na Figura 1; eFigure 2 shows an electrical scheme of a first embodiment of the CC-DC electrical converter shown in Figure 1; and

Figura 3 mostra um esquema elétrico de uma segundarealização do conversor de energia CC-CC mostrado na Figura 1.Figure 3 shows an electrical diagram of a second embodiment of the DC-DC power converter shown in Figure 1.

Figura 1 mostra uma tubulação de ação 10 que está enterradaao longo de uma parte substancial de sua extensão na terra lie que estáconectada em seu lado a montante a um conduíte de saída 12 de uma cabeçade um poço 13 de um poço de produção de óleo e gás 14, por meio de umprimeiro isolante elétrico 15 e que está conectada em seu lado a jusante a umafacilidade de processamento e/ou distribuição de óleo e/ou gás 16 por umsegundo isolante elétrico 17. O poço 14 e a facilidade de produção 16 sãoconectados cada um à terra 11 conforme ilustrado pelas linhas 18 e destemodo conectados eletricamente um ao outro através da terra 11, conformeilustrado pela linha tracejada 19.Figure 1 shows an action pipe 10 that is buried along a substantial portion of its length in the Ile earth that is connected on its upstream side to an outlet conduit 12 of a head and a well 13 of an oil and gas production well. 14 by means of a first electrical insulator 15 and which is connected on its downstream side to an ease of processing and / or distribution of oil and / or gas 16 by a second electrical insulator 17. Well 14 and facility 16 are each connected. one to ground 11 as illustrated by lines 18 and thus electrically connected to each other through ground 11 as illustrated by dashed line 19.

Um conversor de energia 20 para o sistema de ProteçãoCatódica de Corrente Impressa (ICCP) possui um par de contatos de entrada21 e 22 que estão conectados a uma fonte de alimentação de energia elétrica23 que pode ser uma rede de alimentação de energia elétrica e um par decontatos de saída 24 e 25 dos quais um contato 24 está eletricamenteconectado à facilidade 16 e o outro contato 25 está eletricamente conectado àtubulação 10. Ao invés de conectar o contato 24 à facilidade, este contatopode ser conectado diretamente à terra 18. O conversor de energia 20 ICCP éconfigurado para fornecer uma corrente elétrica contínua (CC) aos contatos desaída elétricos 24 e 25 a uma amperagem que pode exceder 100 Ampères,porém de tal modo que a tensão entre os contatos não excede 1,3 Volts demodo a evitar formação de hidrogênio no interior e exterior da tubulação 10que possa criar fragilidade do hidrogênio.A power converter 20 for the Printed Current Code Protection (ICCP) system has a pair of input contacts21 and 22 which are connected to an electrical power supply23 which can be a mains power supply and a pair of contacts. 24 and 25 of which one contact 24 is electrically connected to facility 16 and the other contact 25 is electrically connected to piping 10. Instead of connecting contact 24 to the facility, this contactor can be directly connected to ground 18. Power converter 20 ICCP is configured to provide a direct current (DC) to the 24 and 25 electrical output contacts at an amperage that may exceed 100 Amps, but such that the voltage between the contacts does not exceed 1.3 Volts so as to avoid hydrogen formation in the pipe inside and outside that can create brittleness of hydrogen.

Um aparelho elétrico 5 compreendendo um conversor deenergia CC-CC 6 é conectada à extremidade a montante da linha de tubulaçãode ação 10 e ao conduíte de saída 12 da cabeça de poço 13, por meio de umpar de contatos de entrada elétricos Ie 2. O conversor de energia CC-CC 6 éconfigurado para reforçar a tensão elétrica da energia elétrica derivada doscontatos de entrada 1 e 2, de tal modo que se a tensão entre os contatos deentrada elétricos 1 e 2 está entre 0,5 e 1,5 a tensão entre os contatos de saídaelétricos 3 e 4 do conversor de energia CC-CC 6 está entre 3 e 5 Volts. Estatensão de saída entre 3 e 5 Volts é suficiente para energizar uma bateriarecarregável e/ou um sensor de pressão, temperatura e/ou outro sensor nacabeça de poço 13 e a um transmissor de sinal sem fio 7, que transmite dadoscoletados pelo sensor a um centro de controle (não mostrado). A aparelhoelétrico 5 pode compreender um monitor de tensão que monitora a tensãoentre os contatos de entrada elétricos 1 e 2 do conversor de energia CC-CC 6e transmite a tensão monitorada ao centro de controle, de onde a corrente e/outensão elétrica fornecidas pelo conversor de energia ICCP 20 podem serajustadas no sentido de manter a tensão elétrica entre os contatos de entrada 1e 2 dentro da faixa desejada de 0,5 a 1,5 Volts, mais preferivelmente entre 0,7e 1,1 Volts.An electrical apparatus 5 comprising a DC-DC power converter 6 is connected to the upstream end of the action piping line 10 and to the outlet conduit 12 of the wellhead 13 by means of a pair of electrical input contacts Ie 2. The converter DC-6 power supply is configured to reinforce the electrical voltage of the electrical energy derived from the input contacts 1 and 2, such that if the voltage between the electrical input contacts 1 and 2 is between 0.5 and 1.5 the voltage between the electrical output contacts 3 and 4 of the dc-dc power converter 6 are between 3 and 5 volts. Output rating between 3 and 5 Volts is sufficient to energize a rechargeable battery and / or a pressure, temperature and / or other wellhead sensor 13 and a wireless signal transmitter 7, which transmits data collected by the sensor to a center. control (not shown). The electrical apparatus 5 may comprise a voltage monitor that monitors the voltage between the electrical input contacts 1 and 2 of the DC-DC power converter 6e transmits the monitored voltage to the control center, from which the current and / or voltage supplied by the power converter. ICCP 20 power can be adjusted to maintain the electrical voltage between the input contacts 1 and 2 within the desired range of 0.5 to 1.5 Volts, more preferably between 0.7 and 1.1 Volts.

Figura 2 mostra um esquema elétrico de uma primeirarealização do conversor de energia CC-CC 6. Os contatos de entrada 1 e 2 doconversor 6 são conectados à tubulação 10 e ao conduíte de saída 12 dacabeça de poço 13 e são interconectados pelo primeiro isolante elétrico 15. Oscontatos de entrada elétricos 1 e 2 são conectados a um par de capacitorescomutados em ponte H múltiplos 30 e 31, que são controlados por ummicrocontrolador 38, tal como um microchip PICl 8F1320. Os capacitorescomutados em ponte H múltiplos 30 e 31 são arranjados no esquema elétricoilustrado, que compreende adicionalmente uma série de diodos 33, uma chavede seleção de modo 34, um conversor redutor CC-CC 35 e uma bateria recarregável 36 compreendendo uma célula LiPo 1-10 Ah, que é configuradapara prover uma tensão de partida abaixo de 500 mV-CC. O microcontrolador38 e outros componentes do conversor de energia CC-CC controlam oscapacitores comutados em ponte H múltiplos 30 e 31 de tal modo que, entreos contatos de entrada elétricos 3 e 4 do conversor de energia CC-CC 6 é criada uma tensão entre 3 e 5 Volts.Figure 2 shows an electrical schematic of a first run of the DC-DC 6 power converter. Input contacts 1 and 2 of converter 6 are connected to pipe 10 and outlet conduit 12 of the wellhead 13 and are interconnected by the first electrical insulator 15 Electrical input contacts 1 and 2 are connected to a pair of multiple H-bridge capacitors 30 and 31, which are controlled by a microcontroller 38, such as a PICl 8F1320 microchip. Multiple H-bridge capacitors 30 and 31 are arranged in the illustrated wiring diagram, further comprising a series of diodes 33, a mode selection switch 34, a DC-to-DC converter 35 and a rechargeable battery 36 comprising a LiPo cell 1-10 Ah, which is configured to provide a starting voltage below 500 mV-DC. The microcontroller38 and other components of the DC-DC power converter control multiple H-bridge capacitors 30 and 31 such that between the electrical input contacts 3 and 4 of the DC-DC power converter 6 a voltage is created between 3 and 5 volts.

Figura 3 mostra uma realização alternativa do conversor deenergia CC-CC 6, onde o conversor 6 compreende uma série de η capacitorescomutados em ponte H, Hl, H2, H3, H4, H5, Hn, e η tipicamente é 10. Cadacapacitor comutado Hl-Hn compreende um capacitor 40 que é arranjado entreuma chave superior 41 e uma chave inferior 42. A chave superior 41 de cadacapacitor Hn tem um contato que está conectado a um conduíte elétricosuperior 43 e um outro contato que está conectado a um contato de uma chaveinferior 42 de um capacitor subseqüente Hn+1, de tal modo que os capacitoresHl-Hn podem ser conectados sem série, reforçando deste modo a tensão elétrica, de tal modo que, se a tensão elétrica entre os contatos de entradaelétricos 1 e 2 estiver entre 0,5 e 1,5 Volts, a tensão entre os contatos de saídado conversor de energia CC-CC estará entre 3 e 5 Volts.Figure 3 shows an alternative embodiment of the DC-DC power converter 6, where converter 6 comprises a series of η bridged capacitors H, Hl, H2, H3, H4, H5, Hn, and η is typically 10. Switched capacitor Hl- Hn comprises a capacitor 40 which is arranged between an upper switch 41 and a lower switch 42. Each upper capacitor switch 41 Hn has one contact that is connected to a higher electrical conduit 43 and another contact that is connected to a contact of a lower switch 42 of a subsequent capacitor Hn + 1, such that the capacitorsHl-Hn can be connected without series, thereby reinforcing the electrical voltage such that if the electrical voltage between the electrical input contacts 1 and 2 is between 0, 5 and 1.5 Volts, the voltage between the DC-DC power converter output contacts will be between 3 and 5 Volts.

Claims

1. Method for using a printed cathodic protection system (ICCP) which supplies an electrical current such that a metal structure has a negative voltage to earth to energize one or more electrical appliances, the method comprising: provide one or more electrical appliances each having a pair of electrical contacts, - connect an electrical contact of each electrical appliance to the structure; e- connect the other electrical contact of each electrical appliance to earth thereby providing electrical energy to each of the electrical appliances, and wherein the structure is used to transmit data by modulating the charge current of the electrical energy transmitted via the structure.

Method according to claim 1, characterized in that one or more electrical appliances comprise a DC-DC power converter (DC), which is adapted to convert electrical energy if the voltage between the electrical contacts is between 0.5 and 1.5 Volts DC.

Method according to claim 2, characterized in that the DC-DC power converter comprises an electrical voltage amplifier which generates an output voltage of between 3 and 5 Volts in response to the voltage potential of 0.5 and 1; 5 Volts DC between the electrical contacts, preferably where the DC-DC power converter is of the switched capacitor type.

Method according to claim 1, characterized in that a DC electric current is supplied to the metal structure with a voltage of between 0.5 and 1.5 Volts and a current intensity of between 1 and 150Ampères.

A method according to claim 1, characterized in that at least one electrical apparatus is provided with a rechargeable battery which is configured to provide a starting voltage below 500 mV DC.

Method according to claim 5, characterized in that the charge current is modulated by means of a DC, FM, AM, pulse, chirp and / or ultra wideband charge demodulation technology, preferably wherein the transmission of data is bidirectional.

Method according to claim 6, characterized in that the structure is part of an oil and / or gas production system and the data includes sensor information, such as a head-down pressure or downhole in a well. oil and / or gas production, temperature, fluid and / or sand flow, corrosion and / or cathodic protection voltages and / or equipment control information, such as information required to control one or more gas and / or gas lift valves. or other valves.

A method according to claim 1, characterized in that the structure is a steel structure, preferably wherein the steel structure comprises one or more steel pipes, which are located at or near the earth surface, such as a pipe assembly. buried and / or submerged, a defluent storage steel vessel, an offshore oil and / or gas production platform and / or a rail track, more preferably where the structure comprises an oil and / or oil transport pipe assembly. gas that are connected to a distributor.

The method according to claim 1, characterized in that a plurality of electrical appliances are connected to the structure and the electrical energy obtained from the appliances is sequenced and controlled such that the total electrical charge in the printed current cathodic protection system is maintained. below a predetermined maximum.