CN104562043A - 基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统及电极布位方法 - Google Patents

Abstract

基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，包括有分别与油井套管、阳极井系统相连的脉冲电源；在油井套管与阳极井系统之间设有土壤介质；其布位方法包括以下步骤：1)根据资料确定阳极井的井位；2）确定阳极井的井深；3）确定阳极电缆连接方法；4）确定阴极电缆连接方法；5）参比电极通过绝热材料包裹直接捆绑于油井套管上，分点式绑扎；电位测量仪分别与参比电极和阴极导通，进行保护电位实时监测。通过电位测量仪的反馈数据，脉冲电源自动调节系统，实时调节保护电位，使得油井套管始终处于有效保护范围；具有保护电流传输、高阳极利用率、高效率、适用范围广、阳极使用长寿命、维护简单、延长保护深度的特点。

Description

基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统及电极布位方法

技术领域

本发明属于油田油井的腐蚀与防护技术领域，涉及一种基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统及电极布位方法，用于限制保护电流衰减和延迟阳极失效。可应用于油井套管领域，也可进一步扩展应用至气井套管领域。

背景技术

脉冲电流阴极保护系统的合理电极布位方法不仅关系到整个保护系统的长效运行，而且对油井套管保护效果的优劣起到至关重要的作用。现有阴极保护电极布位方法难以保证阳极在电路接通后的电位与油井套管阴极极化后的电位两者之差，即有效电压；并且工作中的阳极极化大，溶解不均匀，反应产物难以脱落；阳极的实际电容量和理论电容量之比的百分数过小。

另外，阳极作为阴极保护系统的电子来源，消耗率较快，并且由于缓慢而持续的阳极氧化，导致阳极变小而引起阳极的接地电阻增加。最终，当接地电阻增加使得电流不能有效释放，致使阳极提前失效。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统及电极布位方法，在脉冲电流供电的油井套管阴极保护的基础上对其阳极距离、阳极井深、阴极接线位置、参比电极布位以及电连接点连接方法进行合理布局；油井套管阴极保护系统保护效果，油井套管的保护深度以及阳极使用寿命的先决条件是合理的电极布位方法；脉冲电流供电的油井套管阴极保护系统电极布位结构不但解决了阳极材料在阴极保护系统运行时会使阳极发生缩颈，末端消耗较快，继而影响阳极系统的寿命问题；同时由于脉冲电流传输距离较远，在油井套管阴极保护系统运行时可以将保护电流传输到更远的距离，因此油井套管的保护深度明显加深；本电极布位方法不需对原油井套管阴极保护系统的电极布位方法在原理和结构上进行大的改动，可以很方便的实施技术改造；另外本系统具有实用广泛的特点，也可以用于气井套管等阴极保护系统，具有极大的社会效益和经济效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，包括有分别与油井套管、阳极井系统相连的脉冲电源；在油井套管与阳极井系统之间设有土壤介质。

所述的油井套管还与参比电极相连。

所述的阳极井系统包括有阳极，阳极设在阳极井内，阳极1通过阳极电缆连接点分别与密封接头、电缆相连；密封接头分别与阳极支撑结构、整体型埋地接头相连；阳极电缆连接点通过电缆7与整体型埋地接头相连。

所述的油井套管通过阴极电缆连接点、电缆线与电缆绝缘插头相连；阴极电缆连接点上设有密封装置。

基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统的电极布位方法，包括以下步骤：

1)根据资料确定阳极井的井位，几口油井共用一口阳极井时，丛式井的阳极井距油井平面距离不小于50m，当井场狭小井距小于50m时，阳极井位置取与油井平面距离最远点，同时阳极井井深加深到地下200m，为防止地面阳极井引起干扰腐蚀，管线位置近距离内不得钻阳极井；

2）确定阳极井的井深，通过查阅水文地质资料、海拔高度、钻井地质记录、邻近井水位钻井液携沙情况卡准水层，保证阳极下入低电阻层位；

3）确定阳极电缆连接方法，从电流容量和机械强度两方面考虑，阳极系统中的阳极在阳极支撑结构的辅助作用下，每个阳极单独用一根电缆与整体埋地型绝缘接头连接，方便独立的阳极安装和电流调节；

4）确定阴极电缆连接方法，采用铜焊，焊接处焊接处裸露的管壁和导线，均进行防腐绝缘，阴极电连接点通过油井套管深度、套管规格、保护电位、套管自腐蚀电位、阳极消耗率以及阳极寿命来计算得出；

5）参比电极，通过绝热材料包裹直接捆绑于油井套管上，根据油井套管的保护长度以及实测土壤电阻率进行分点式绑扎，电位测量仪分别与参比电极和阴极导通。

本发明具有以下明显优点：

脉冲电流供电的阴极保护系统作为一种新型的阴极保护方法,由于其高效、节能、使用寿命长以及无环境污染等优点,开始引起人们的重视。而且随着油田开发的难度加大，一些超深井的开采，套管有效保护深度的急剧加深，目前油井套管能得到阴极电流保护的深度只在1000一2000m。因此,对于3000m以上的深井,如何延长阴极保护深度就是一个巫待解决的问题。脉冲电流供电的阴极保护技术越来越显示出它巨大的优越性。尤其是它的电极布位方法与直流阴极保护电极布位方法相比 ,具有更远的保护电流传输、高阳极利用率、高效率、适用范围广、阳极使用长寿命、维护简单、可实现长效工作、可延长保护深度、电连接点安装简单易换等优点, 非常适合应用于地理环境复杂、超深井的场合。在21世纪,本发明的脉冲电流供电的阴极保护电极布位结构势必会给阴极保护技术带来一场革命 ,展示出绿色阴极保护技术的发展前景。

在脉冲电源供电的油井套管阴极保护的基础上对其阳极距离、阳极井深、阴极接线位置、参比电极布位以及电连接点连接方法进行合理布局，以此保证阳极在电路接通后的电位与油井套管阴极极化后的电位两者之差，即有效电压；并且使得工作中的阳极极化变小，阳极溶解均匀，反应产物易脱落；增大阳极的实际电容量和理论电容量之比的百分数。从而使得保护电流传输更远；有效提高阳极利用率以及效率、有效延长阳极实用寿命；各电极维护简单；实现长效工作；有效延长保护深度；电连接点安装简单易换。

1）由脉冲电源供电，避免了直流电源供电的油井套管上部已经过保护而下堡还处于欠保护的两极分化状态，由于脉冲电流传输距离远远大于直流电流，因此油井套管保护长度得到提高。

2）参比电极通过绝热材料包裹直接捆绑与油井套管上，即减轻了土壤介质中的IR降影响，又防止了地下热力场对电极性能的不良影响。

3）通过合理的计算得出阳极井位置和井深，辅助阳极系统配套设计有绝缘多孔套管和导气管，有效的防止了阳极缩颈效应和末端效应。阳极井设有防、盗防损井盖，有效的防止了认为破坏和偷盗，降低了经济损失风险。

4）各电极与电缆连接点，采用铜焊，焊接处焊接处裸露的管壁和导线，均进行严格的防腐绝缘。

电极布位结构原理，阳极井系统是以辅助阳极为核心的系统控制中心，用来向油井套管提供电子，使得油井套管达到阴极极化的关键部件。参比电极通过采集油井套管表面保护电位反馈到电位测量仪。运用先进的自动电位调节方法实现油井套管全线保护。

附图说明

图1是本发明系统结构图。

图2是本发明实施例中阳极电缆连接示意图。

图3是本发明实施例中阴极电连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和发明人给出的实例，对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，包括有分别与油井套管8、阳极井系统相连的脉冲电源；在油井套管与阳极井系统之间设有土壤介质。所述的油井套管还与参比电极相连。

参见图2，所述的阳极井系统包括有阳极1，阳极1设在阳极井2内，阳极1通过阳极电缆连接点3分别与密封接头4、电缆7相连；密封接头4分别与阳极支撑结构5、整体型埋地接头6相连；阳极电缆连接点3 通过电缆7与整体型埋地接头6相连。

参见图3，所述的油井套管8通过阴极电缆连接点9、电缆线11与电缆绝缘插头10相连；阴极电缆连接点9上设有密封装置12。

本发明的系统主要包括有阳极井系统和阴极电连接系统以及参比电极辅助检测点。阳极井内设有辅助阳极，阳极连接电缆，套管，导气管，回填料以及阳极支撑结构等器件。辅助阳极安置于阳极支撑结构上与阳极连接电缆一端导通，安装上套管和导气管用回填料埋设于阳极井中。保证阳极在电路接通后的电位与油井套管阴极极化后的电位两者之差，即有效电压；使得工作中的阳极极化变小，阳极溶解均匀，反应产物易脱落；增大阳极的实际电容量和理论电容量之比的百分数。阳极电连接电缆另一端与脉冲电源正极相连接。阴极电连接点与脉冲电源负极用连接电缆导通，电位测量仪分别与参比电极和阴极导通，进行保护电位实时监测。阳极系统配套设计绝缘多孔套管和导气管，有效的防止了阳极缩颈效应和末端效应。阳极井设有防、盗防损井盖，有效的防止了认为破坏和偷盗。

阴极电连接系统，为了保证脉冲保护电流传输距离的有效性和可靠性，采用铜焊将电缆与油井套管永久性连接。为了防止保护电流流失和接头过早腐蚀失效，焊接处裸露的管壁和导线，均进行严格的防腐绝缘。

所述的电连接点都用专用绝缘材料密封，以排除外界干扰和防止电连接点首先腐蚀失效。阳极支撑结构使得阳极处于自然放置状态，防止阳极由于重力效果与连接电缆断开。

基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统的电极布位方法，包括以下步骤：

1)根据资料确定阳极井的井位，几口油井共用一口阳极井时，丛式井的阳极井距油井平面距离不小于50m，当井场狭小井距小于50m时，阳极井位置取与油井平面距离最远点，同时阳极井井深加深到地下200m，为防止地面阳极井引起干扰腐蚀，管线位置近距离内不得钻阳极井；

2）确定阳极井的井深，通过查阅水文地质资料、海拔高度、钻井地质记录、邻近井水位钻井液携沙情况卡准水层，保证阳极下入低电阻层位；

3）确定阳极电缆连接方法，从电流容量和机械强度两方面考虑，阳极系统中的阳极在阳极支撑结构的辅助作用下，每个阳极单独用一根电缆与整体埋地型绝缘接头连接，方便独立的阳极安装和电流调节；

4）确定阴极电缆连接方法，采用铜焊，焊接处焊接处裸露的管壁和导线，均进行防腐绝缘，阴极电连接点通过油井套管深度、套管规格、保护电位、套管自腐蚀电位、阳极消耗率以及阳极寿命来计算得出；

5）参比电极，通过绝热材料包裹直接捆绑于油井套管上，根据油井套管的保护长度以及实测土壤电阻率进行分点式绑扎，电位测量仪分别与参比电极和阴极导通。

在确定了阳极井井位和井深后，阳极系统中的阳极在阳极支撑结构的辅助作用下，每个阳极单独用一根电缆以整体埋地型绝缘接头连接埋设于阳极井中，电缆7的一端与脉冲电源正极相接，通过油井套管的深度、套管规格、保护电位、套管自腐蚀电位、阳极消耗率以及阳极寿命来计算得出阴极电连接点；采用铜焊将电缆与油井套管永久性连接，焊接处裸露的油井套管的管壁和导线，均进行严格的防腐绝缘；电缆另一端与脉冲电源负极相连接；参比电极用绝热材料包裹直接捆绑与油井套管上，电位测量仪分别与参比电极和阴极导通，进行保护电位实时监测。

工作原理：

阳极井系统的每个阳极单独用一根电缆以整体埋地型绝缘接头连接埋设于阳极井中，电缆另一端与脉冲电源正极相接，阳极氧化失去电子，电子通过土壤介质流向油井套管，阳极均匀溶解。

阴极系统通过铜焊将电缆与油井套管永久性连接，电缆另一端与脉冲电源连接，脉冲电源提供保护电流，阳极失去的电子随保护电流流向油井套管，油井套管得到电子，发生还原反应，从而达到阴极极化，腐蚀停止。

电位测量仪分别与参比电极和阴极导通，进行保护电位实时监测。通过电位测量仪的反馈数据，脉冲电源自动调节系统，实时调节保护电位，使得油井套管始终处于有效保护范围。

Claims (6)

1.基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，其特征在于，包括有分别与油井套管（8）、阳极井系统相连的脉冲电源；在油井套管与阳极井系统之间设有土壤介质。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，其特征在于，所述的油井套管还与参比电极相连。

3.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，其特征在于，所述的阳极井系统包括有阳极（1），阳极（1）设在阳极井（2）内，阳极（1）通过阳极电缆连接点（3）分别与密封接头（4）、电缆7相连；密封接头4分别与阳极支撑结构5、整体型埋地接头6相连；阳极电缆连接点（3） 通过电缆（7）与整体型埋地接头（6）相连。

4.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，其特征在于，所述的油井套管（8）通过阴极电缆连接点（9）、电缆线（11）与电缆绝缘插头（10）相连；阴极电缆连接点（9）上设有密封装置（12）。

5.根据权利要求2所述的基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统，其特征在于，所述的参比电极用绝热材料包裹直接捆绑于油井套管上，分点式绑扎。

6.基于脉冲电流的油井套管阴极保护系统的电极布位方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据资料确定阳极井的井位，几口油井共用一口阳极井时，丛式井的阳极井距油井平面距离不小于50m，当井场狭小井距小于50m时，阳极井位置取与油井平面距离最远点，同时阳极井井深加深到地下200m，管线位置近距离内不得钻阳极井；

2）确定阳极井的井深，通过查阅水文地质资料、海拔高度、钻井地质记录、邻近井水位钻井液携沙情况卡准水层，保证阳极下入低电阻层位；

3）确定阳极电缆连接方法，从电流容量和机械强度两方面考虑，阳极系统中的阳极在阳极支撑结构的辅助作用下，每个阳极单独用一根电缆与整体埋地型绝缘接头连接，方便独立的阳极安装和电流调节；

4）确定阴极电缆连接方法，采用铜焊，焊接处焊接处裸露的管壁和导线，均进行防腐绝缘，阴极电连接点通过油井套管深度、套管规格、保护电位、套管自腐蚀电位、阳极消耗率以及阳极寿命来计算得出；

5）参比电极，通过绝热材料包裹直接捆绑于油井套管上，根据油井套管的保护长度以及实测土壤电阻率进行分点式绑扎，电位测量仪分别与参比电极和阴极导通。