CN110938824B - 深井阳极装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深井阳极装置，属于石油天然气采集领域。所述装置包括：套筒、阳极电缆、阳极、缆绳与承重件；套筒包括从上至下顺次连接的第一套筒与第二套筒；承重件位于第一套筒上，第二套筒底端与预制好的深井井底相抵；第一套筒、第二套筒与深井井底形成井筒，井筒内充有电解液；缆绳一端与阳极连接，另一端与承重件连接；阳极电缆一端与阳极连接，另一端通过承重件与地面电源连接；阳极浸入电解液内；第一套筒为绝缘套筒，第二套筒为导电套筒。本发明通过绝缘的第一套筒与导电的第二套筒，保证了井筒内电场的稳定性与均匀性；通过缆绳与阳极连接后下入井筒内，方便对阳极进行更换和维修，提高了本装置的利用效率。

Description

深井阳极装置

技术领域

本发明涉及石油天然气采集技术领域，特别涉及一种深井阳极装置。

背景技术

阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀的金属结构物表面施加一个外加电流，使金属结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。外加电流阴极保护是阴极保护技术的一种，阳极装置是外加电流阴极保护过程中安装放置阳极的装置，又称之为辅助阳极。在外加电流阴极保护系统中，将保护电流从电源引入深井中的阳极装置，通过阳极装置将电流送入金属结构物，使金属结构物的表面进行阴极极化，防止设备被电化学腐蚀，电流再由设备流入电源，形成一个回路。设备在回路中为阴极，处于还原环境中，不会被氧化腐蚀，而阳极装置为阳极，进行氧化反应遭受腐蚀。

相关技术采用的阳极装置主要包括：钢管套、填充物、阳极电缆、排气管和阳极。钢管套位于预制好的深井内，钢管套与深井井底相抵形成井筒，阳极电缆一端与地面电源线连接，另一端与阳极连接，阳极位于井筒内，阳极周围填充焦炭等作为填充物，阳极以上的部分通过填充石头或砂砾来填平井筒，钢管套内插有排气管，通过该排气管将钢管套内填充物电解后的废气排出。

发明人发现相关技术至少存在以下技术问题：

由于钢管套具有导电功能，电流可以从井底一直流向深井井口，电流容易上窜，导致深井井底产生的电场不均匀，且由于电流可以上窜到深井井口，使得深井井底的电场对地表电场影响也较大，降低了阳极装置的作业效率；并且阳极下入钢管套后便无法更换维修，导致阳极装置报废率较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种深井阳极装置，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

一方面，提供了一种深井阳极装置，所述装置包括：套筒、阳极电缆、阳极、缆绳与承重件；

所述套筒包括从上至下顺次连接的第一套筒与第二套筒；

所述承重件位于所述第一套筒上，所述第二套筒底端与预制好的深井井底相抵；

所述第一套筒、所述第二套筒与所述深井井底形成井筒，所述井筒内充有电解液；

所述缆绳一端与所述阳极连接，另一端与所述承重件连接；

所述阳极电缆一端与所述阳极连接，另一端通过所述承重件与地面电源连接；

所述阳极浸入所述电解液内；

所述第一套筒为绝缘套筒，所述第二套筒为导电套筒。

在一种可以实现的方式中，所述装置还包括：扶正件；

所述扶正件位于所述井筒内，所述缆绳与所述扶正件连接，所述扶正件的外壁与所述井筒的内壁相抵。

在一种可以实现的方式中，所述第一套筒与所述第二套筒的内壁设有台阶或凹槽，所述扶正件位于所述台阶上或嵌入所述凹槽内。

在一种可以实现的方式中，所述扶正件中心设有第一通孔，所述阳极电缆穿过所述第一通孔与所述阳极连接；

所述扶正件沿圆周纵向设有第二通孔，所述电解液通过所述第二通孔在所述井筒内流动。

在一种可以实现的方式中，所述装置还包括：套筒盖；

所述套筒盖盖合在所述第一套筒上，所述承重件位于所述第一套筒与所述套筒盖之间。

在一种可以实现的方式中，所述装置还包括接线盒；

所述接线盒一端与所述阳极电缆连接，另一端与所述地面电源连接。

在一种可以实现的方式中，所述第二套筒上沿圆周横向开设有排流孔，所述井筒与所述深井的井壁通过所述排流孔贯通。

在一种可以实现的方式中，所述阳极为阳极棒或阳极块，所述阳极棒或所述阳极块连接于所述缆绳上。

在一种可以实现的方式中，所述阳极为镁合金阳极、锌合金阳极、铝合金阳极、镁带、锌带、镯状阳极以及钛极氧化物中的一种或几种。

另一方面，提供了一种外加电流阴极保护系统，所述系统包括上述任一项所述的深井阳极装置、恒电位仪、参比电极和电极电缆；

所述恒电位仪、所述参比电极与所述深井阳极装置通过所述电极电缆顺次连接；

被保护金属结构物通过所述电极电缆与所述深井阳极装置连接后与所述恒电位仪连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过绝缘的第一套筒与导电的第二套筒顺次连接，通过导电的第二套筒将电流传递至被保护的设备上，通过绝缘的第一套筒将井筒内的电流与井口隔离，使井筒内的电流不上窜至井口，保证了井筒内电场的稳定性与均匀性，降低了井筒内的电场对地表电场的影响；通过缆绳的一端与承重件连接，另一端与阳极连接后下入井筒内，当阳极被腐蚀或毁坏后可以通过缆绳将阳极拉出井口，进行更换和维修，提高了深井阳极装置的利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的深井阳极装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的深井阳极装置结构示意图；

图3是本发明实施例提供的深井阳极装置扶正件结构示意图。

附图标记分别表示：

1-套筒，101-第一套筒，102-第二套筒，2-电解液，3-阳极电缆，4-阳极，

5-缆绳，6-承重件，7-井筒，8-扶正件，81-第一通孔，82-第二通孔，

9-套筒盖，10-接线盒，11-井壁。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种深井阳极装置，如附图1和附图2所示，该装置包括：套筒1、阳极电缆3、阳极4、缆绳5与承重件6。

套筒1包括从上至下顺次连接的第一套筒101与第二套筒102。承重件6位于第一套筒101上，第二套筒102底端与预制好的深井井底相抵。

第一套筒101、第二套筒102与深井井底形成井筒7，井筒7内充有电解液2。

缆绳5一端与阳极4连接，另一端与承重件6连接，阳极电缆3一端与阳极4连接，另一端通过承重件6与地面电源连接，阳极4浸入电解液2内。

第一套筒101为绝缘套筒，第二套筒102为导电套筒。

作业时，先利用钻井工具钻取设计深度的井深，例如，设计深度为30m、35m、40m、45m等的井深，通过缆绳5将第二套筒102固定后采用滑轮将第二套筒102缓慢下入井内，当第二套筒102的上端距离井口平面距离15-25m时，例如距离15m、17m、19m、20m、25m等，连接第一套筒101后继续下入井内直至第二套筒102的底端与井底相抵。将第一套筒101与第二套筒102下放至井内后向第一套筒101、第二套筒102与井壁11之间填入砾石，固定第一套筒101与第二套筒102的同时保证第一套筒101与第二套筒102居中。阳极电缆3与阳极4连接，缆绳5将阳极4固定后下入井筒7内，将阳极电缆3、缆绳5的另一端固定在第一套筒101上的承重件6上，向井内缓慢注入电解液2，直至电解液2位于阳极4以上，且不少于35cm。经过设定时间后通过电阻仪进行本装置的电阻测试，当阳极4的电阻值小于0.1欧姆时，本装置可以投入使用。

本发明实施例提供的装置至少具有以下技术效果：

本发明实施例提供的深井阳极装置，采用绝缘与导电相结合的两段式设计，如附图1所示，通过绝缘的第一套筒101与导电的第二套筒102顺次连接，通过第二套筒102将电流传递至被保护的设备上，通过第一套筒101将井筒7内的电流与井口隔离，保证井筒7内的电流不上窜至井口，保证了井筒7内电场的稳定性与均匀性；通过缆绳5的一端与承重件6连接，另一端与阳极4连接后下入井筒7内，当阳极4被腐蚀或毁坏后可以通过缆绳5将阳极拉出井口，进行更换和维修，提高了阳极装置的利用效率。

示例的，上述第一套筒101可以是橡胶筒、聚氯乙烯筒、玻璃筒或高分子聚合物形成的套筒等。第二套筒102可以是金属套筒，也可以是合金套筒，例如钢制套筒等。第二套筒102采用金属材质或者钢制套筒时，不但可以起到导电作用，还可以固定支撑深井，防止深井井底塌陷。

可选的，上述第二套筒102可以是多根套筒，由于单根第二套筒102的长度小于井深的长度，因此可以将多根第二套筒102连接后下入井内。第一套筒101可以是一根绝缘套筒，也可以是两根。第一套筒101为一根时，长度小于30厘米，当第一套筒101为两根时，两根套筒的长度为20-30厘米。第一套筒101的长度根据井深来决定，不宜太长，太长对装置来说没有必要，且会增加成本，太短则起不到隔离井内电流的目的。因此，第一套筒101的长度为20-30厘米即可。示例的，可以是20厘米、21厘米、22厘米、23厘米、24厘米、25厘米、26厘米、27厘米、28厘米、29厘米、30厘米等。

可选的，电解液2可以是地层水、活性水等具有导电性能的液体。

相关技术采用向深井孔内填入填料作为电解物，并在填入填料的同时在井内设置排气孔，将填料电解后的废气物排出，此种方法容易导致废气物堵塞排气管，影响装置的使用效率。本发明实施例提供的装置采用向井筒7内注入电解液2，电解液2电解后产物为水，不需要外排，简化了装置的结构，提高了装置的利用效率和使用年限。

缆绳5的一端与阳极4连接，另一端与承重件6连接，承重件6在承载阳极4重量的同时，使阳极4在井筒7内保值一定的深度，在阳极4被腐蚀时可以取出更换。

可选的，承重件6可以是在第一套筒101上设置的支撑杆，支撑杆的长度大于第一套筒101的直径，支撑杆与第一套筒101之间可以是固定连接，例如焊接、铰接等；也可以是可拆卸连接，例如螺栓连接等。当支撑杆与第一套筒101固定连接时，阳极4报废或需要检修更换时，通过缆绳5将阳极4从井筒7内拉出，将阳极4从缆绳5上拆卸，进行更换。当支撑杆与第一套筒101可拆卸连接时，也可以通过支撑杆拉动缆绳5，进而将阳极4拉出井筒7，对阳极4实现更换和检修。

承重件6还可以是位于第一套筒101上的支撑环，支撑环中间设有横杆，支撑环与第一套筒101之间可以是固定连接，例如焊接、铰接等，此时，当阳极4需要更换或检修时，可以通过拉动缆绳5进而拉动阳极4，阳极4可以通过支撑环的环间空隙被拉出，对阳极4进行更换或检修。也可以是可拆卸连接，例如螺栓连接等。此时，当阳极4需要更换或检修时，可以直接通过拉动支撑环进而拉动缆绳5，将阳极4取出。缆绳5可以连接在支撑杆或横杆的一端或中间，当缆绳5连接在支撑杆的中间时，可以将阳极4的位置固定在井筒7的中间，防止其碰触井筒7的内壁。承重件6也可以是固定在第一套筒101上端的螺栓柱，可以将缆绳5连接在螺栓柱上固定阳极4在井筒7内的位置。

可选的，阳极4的数量至少为1个，示例的，可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、10个、16个等。

可选的，如附图1、附图2和附图3所示，本发明实施例提供的装置还包括：扶正件8。

扶正件8位于井筒7内，缆绳5与扶正件8连接，扶正件8的外壁与井筒7的内壁相抵。

扶正件8的中心设有第一通孔81，阳极电缆3穿过第一通孔81与阳极4连接。

相关技术采用的深井阳极装置将阳极4直接放入井筒7内，然后填充焦炭等填充物，最后再填充砂子、砾石等来进行封井，此种方法导致阳极4在井筒7内没有固定措施，阳极4受到施工的影响容易发生偏移，长期碰触井筒7的内壁，影响阳极4的正常使用。

本发明实施例提供的装置设置扶正件8固定阳极4在井筒7内的位置，从而可以防止阳极4在井筒7内晃动，碰触井筒7的内壁，影响电流的输出。通过缆绳5与扶正件8连接后位于井筒7内，作为一种示例，扶正件8可以是与井筒7等直径的圆形块，圆形块外壁与井筒7的内壁相抵，同时，通过缆绳5给扶正件8提供向上的拉力，实现扶正件8在井筒7内的固定。

作为一种示例，扶正件8也可以是沿圆形块圆周方向设置的多个爪，多个爪与井筒7的内壁相抵，实现对阳极4的固定。圆形块可以采用聚氯乙烯材质，也可以采用橡胶材质、或者钢制等材质，采用聚氯乙烯或橡胶材质的扶正件8相比采用钢制等金属材质的可以减轻缆绳5的承重。

扶正件8中心开设的第一通孔81的内径大于阳极电缆3的直径，方便阳极电缆3通过，进而达到对阳极电缆3的扶正作用。

第一通孔81可以是圆柱形的通孔，也可以是正方形、长方形、三角形或不规则形状的通孔。第一通孔81可以开设在扶正件8的中心位置，也可以沿扶正件8的圆周方向开设在其他位置，但是开设在中心位置相对于开设在其他位置，对阳极电缆3的扶正作用要好。

可以理解的是，扶正件8的作用是固定阳极4在井筒7内的位置，因此，扶正件8可以位于阳极4的上方或下方，且不远离阳极4。扶正件8的数量根据阳极4的数量确定，为了达到对阳极4更好的扶正作用，示例的，1个阳极4的附近至少有一个扶正件8，也可以是2个阳极4的上方或下方有一个扶正件8。

可选的，第一套筒101与第二套筒102的内壁设有台阶或凹槽，扶正件8位于台阶上或嵌入凹槽内。

通过在第一套筒101与第二套筒102的内壁设有台阶或凹槽，将扶正件8与台阶相抵或嵌入凹槽内，实现扶正件8在井筒7内的限位与固定。

示例的，当第一套筒101与第二套筒102的内壁设置台阶时，扶正件8可以是外径略小于第一套筒101与第二套筒102内径的圆形块，圆形块的外沿与台阶相抵，上述台阶可以是沿第一套筒101与第二套筒102内壁圆周方向设置的连续台阶，也可以是间断式的台阶，只要能达到将扶正件8固定在井筒7内的目的即可。

当第一套筒101与第二套筒102的内壁开设凹槽时，扶正件8的外径大于井筒7的内径，使扶正件8嵌入凹槽内。示例的，凹槽可以是沿第一套筒101与第二套筒102内壁圆周方向设置的连续凹槽，此时，扶正件8可以是外沿连续的圆圈，将圆圈的外沿嵌入凹槽内。当凹槽为不连续时，扶正件8可以是圆圈上设有与凹槽相适配的爪，将圆圈的爪嵌入凹槽内。

可选的，扶正件8沿圆周方向设有第二通孔82，电解液2通过第二通孔82在井筒7内流动。

扶正件8上沿圆周方向开设有第二通孔82，避免扶正件8受到电解液2的浮力作用，无法起到对阳极4的扶作用。示例的，第二通孔82可以是在扶正件8上开设的圆形、正方形、长方形、三角形等不规则形状的通孔，第二通孔82的数量可以是1-8个，例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个等。第二通孔82的数量和直径可以根据扶正件8的直径确定，当扶正件8的直径较小时，可以开设较少的但是直径稍大的通孔，或者数量较多，但直径较小的通孔，只要能使井筒7内的电解液2流通，降低对扶正件8的浮力即可。

可选的，如附图2所示，装置还包括：套筒盖9；套筒盖9盖合在第一套筒101上，承重件6位于第一套筒101与套筒盖9之间。

相关技术提供的深井阳极装置采用在井筒7内填充岩石、砂砾和焦炭等填充物来填平深井，此种方式导致占地面积大，且井内阳极4容易受到地面施工的影响。本发明实施例提供的装置在第一套筒101上设置套筒盖9，对第一套筒101进行封闭。

套筒盖9的直径大于或等于第一套筒101的直径，当支撑件6为支撑杆时，支撑杆的长度大于或等于第一套筒101的直径，但小于套筒盖9的直径，套筒盖9将支撑杆包含在盖内；套筒盖9与第一套筒101可拆卸连接，例如螺纹连接，螺栓连接等。

当支撑件6为支撑环或者支撑圈时，支撑环或支撑圈的直径大于或等于第一套筒101的直径且大于或等于套筒盖9的直径时，套筒盖9通过与支撑环或支撑圈的上端面连接实现对第一套筒101的封闭与盖合，示例的，套筒盖9与支撑环或支撑圈之间可以是螺纹连接，也可以是螺栓连接等。支撑环或支撑圈的直径也可以小于套筒盖9的直径，套筒盖9通过与第一套筒101连接实现对第一套筒101的封闭与关闭。

套筒盖9可以是圆盘形的盖子，在盖子上设置半环形提手，方便对套筒盖9的提起与盖合。套筒盖9可以是钢制材质的盖子，也可以是生铁材质或塑料材质的盖子。

可选的，如附图2所示，本发明实施例提供的装置还包括接线盒10；

接线盒10一端与阳极电缆3连接，另一端与地面电源连接。

设置接线盒10，阳极电缆3通过接线盒10与地面电源连接，可以保证本装置的用电安全。示例的，接线盒10可以采用聚氯乙烯材质、橡胶等材质的盒子。

可选的，第二套筒102上沿圆周横向开设有排流孔，井筒7与深井的井壁11通过排流孔电解液2通过排流孔与深井的井壁11连通。

通过在第二套筒102上开设排流孔，可以减少第二套筒102的阻力，保证第二套筒102输出的电流稳定。排流孔的直径为5-10mm，例如，5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等。排流孔的数量可以为5-20个，例如5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、13个、15个、16个、17个、18个、19个、20个等。

可选的，阳极4为阳极棒或阳极块，阳极棒或阳极块连接于缆绳5上。

阳极4可以为多个阳极棒或阳极块，为了保证井筒7内电场均匀，多个阳极块或阳极棒可以等间距的连接于缆绳5上。示例的，阳极棒或阳极块可以是粘接在缆绳5上，也可以是捆绑在缆绳5上。

可选的，阳极棒或阳极块为镁合金阳极、锌合金阳极、铝合金阳极、镁带、锌带、镯状阳极以及钛极氧化物中的一种或几种。

另一方面，本发明实施例还提供了一种外加电流阴极保护系统，该系统包括上述任一项的深井阳极装置、恒电位仪、参比电极和电极电缆。

恒电位仪、参比电极与深井阳极装置通过电极电缆顺次连接。

被保护金属结构物与深井阳极装置连接后与恒电位仪连接。

恒电位仪与参比电极、深井阳极装置以及被保护的金属结构物连接后形成一个回路，本发明实施例提供的深井阳极装置在上述回路中为阳极，被氧化腐蚀，电流通过恒电位仪释放后经过深井阳极装置，到达被保护的金属结构物，金属结构物在得到电子后，其表面进行阴极极化，电流流入恒电位仪，金属结构物在上述回路中为阴极，处于还原环境中，不会被腐蚀。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深井阳极装置，其特征在于，所述装置包括：套筒(1)、阳极电缆(3)、阳极(4)、缆绳(5)与承重件(6)；

所述套筒(1)包括从上至下顺次连接的第一套筒(101)与第二套筒(102)；所述承重件(6)位于所述第一套筒(101)上，所述第二套筒(102)底端与预制好的深井井底相抵；

所述第一套筒(101)、所述第二套筒(102)与所述深井井底形成井筒(7)，所述井筒(7)内充有电解液(2)；

所述缆绳(5)一端与所述阳极(4)连接，另一端与所述承重件(6)连接；

所述阳极电缆(3)一端与所述阳极(4)连接，另一端通过所述承重件(6)与地面电源连接；

所述阳极(4)浸入所述电解液(2)内；

所述第一套筒(101)为绝缘套筒，所述第二套筒(102)为导电套筒。

2.根据权利要求1所述的深井阳极装置，其特征在于，所述装置还包括：扶正件(8)；

所述扶正件(8)位于所述井筒(7)内，所述缆绳(5)与所述扶正件(8)连接，所述扶正件(8)的外壁与所述井筒(7)的内壁相抵。

3.根据权利要求2所述的深井阳极装置，其特征在于，所述第一套筒(101)与所述第二套筒(102)的内壁设有台阶或凹槽，所述扶正件(8)位于所述台阶上或嵌入所述凹槽内。

4.根据权利要求2所述的深井阳极装置，其特征在于，所述扶正件(8)中心设有第一通孔(81)，所述阳极电缆(3)穿过所述第一通孔(81)与所述阳极(4)连接；

所述扶正件(8)沿圆周纵向设有第二通孔(82)，所述电解液(2)通过所述第二通孔(82)在所述井筒(7)内流动。

5.根据权利要求1所述的深井阳极装置，其特征在于，所述装置还包括：套筒盖(9)；

所述套筒盖(9)盖合在所述第一套筒(101)上，所述承重件(6)位于所述第一套筒(101)与所述套筒盖(9)之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的深井阳极装置，其特征在于，所述装置还包括接线盒(10)；

所述接线盒(10)一端与所述阳极电缆(3)连接，另一端与所述地面电源连接。

7.根据权利要求1所述的深井阳极装置，其特征在于，所述第二套筒(102)上沿圆周横向开设有排流孔，所述井筒(7)与所述深井的井壁(11)通过所述排流孔贯通。

8.根据权利要求1所述的深井阳极装置，其特征在于，所述阳极(4)为阳极棒或阳极块，所述阳极棒或所述阳极块连接于所述缆绳(5)上。

9.根据权利要求1所述的深井阳极装置，其特征在于，所述阳极(4)为镁合金阳极、锌合金阳极、铝合金阳极、镁带、锌带、镯状阳极以及钛极氧化物中的一种或几种。

10.一种外加电流阴极保护系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-9任一项所述的深井阳极装置、恒电位仪、参比电极和电极电缆；

所述恒电位仪、所述参比电极与所述深井阳极装置通过所述电极电缆顺次连接；

被保护金属结构物通过所述电极电缆与所述深井阳极装置连接后与所述恒电位仪连接。

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