CN116262972A - 基于外加电流的套管阴极保护设备 - Google Patents

基于外加电流的套管阴极保护设备 Download PDF

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李琼玮
杨立华
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Abstract

本发明公开一种基于外加电流的套管阴极保护设备，包括依次连接的交流电源、电子开关、稳压器、整流器、直流电源，直流电源依次连接有电流采集和调节装置，电流采集和调节装置和电子开关均与中控系统连接，中控系统还分别连接有套管电位测试装置和数字显示器。本发明能够保护包括套管段地面以下200‑1000m不同深度的测试点和相应位置的长效参比电极，测试保护套管的实际电位，如自然电位，或者阴极保护的运行电位。通过测试调节能够使套管的阴极保护电位达到‑0.85‑‑1.2V，通过实时管控和自适应调节来实现油水井管套的阴极保护。

Description

基于外加电流的套管阴极保护设备
技术领域
本发明属于油井设备技术领域，涉及一种基于外加电流的套管阴极保护设备。
背景技术
在油水井套管阴极保护领域，一般阴极保护包括外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。外加电流阴极保护系统一般有外加直流电源、辅助阳极、参比电极和连接电缆组成。其中阴极保护仪集合将阴极保护系统的各部分功能为一体，可以有效的调节、测试各参数，保证阴极保护的效果。现有的阴极保护仪主要有：
(1)电源方面，如专利号申请号202020506660.8(阴极保护电流控制装置及外加电流阴极保护系统)，是关于利用太阳能的阴极保护电流控制装置。不具有自动调整运行参数功能及数据传输。
(2)参数测试，如专利号申请号201610980218.7(阴极保护监测方法及装置)，是关于怎样获得极化电位，继而确定阴保系统保护电位的方法。专利号申请号201720842175.6(一种管道阴极保护参数测量装置)，是关于阴极保护电位、管内电流、管道涂层电阻测试和传输，不具有自动调整运行参数功能。专利号申请号201911058937.3(阴极保护测试装置)，是关于解决测量得到的断电电位的准确性较低的问题。专利号申请号201310597200.5(一种阴极保护监测装置及方法)，专利号申请号201320746399.9(一种阴极保护监测装置)，是关于测试阴极保护系统中的电位的装置。
(3)参数采集，如专利号申请号202010654999.7(恒电位仪数据处理装置、方法及阴极保护系统)，可以实时采集、显示以及远传恒电位仪运行数据。专利号申请号201210366333.7(基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统)，专利号申请号201210490646.3(阴极保护数据自动采集系统无线传感器网络通信协议方法)是关于测试阴极保护系统中的数据采集。
(2)参数控制，如专利号申请号202020145918.6(阴极保护电流控制装置及外加电流阴极保护系统)，是关于阴极保护电流控制装置。专利号申请号201710619757.2(阴极保护系统中的电流控制方法及装置)，是关于解决阴极保护系统中的电流控制的问题。
这些专利只是实现了阴极保护系统中部分功能，各模块间不能协同工作，随着信息化发展，需要利用各方面技术发展成果，集成设备，实现阴极保护系统的自动化调节和智能运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于外加电流的套管阴极保护设备，通过中控系统，调节输出电源的电压和电流；进而通过阴极保护运行参数和确定的保护参数比较，实现各运行参数的自动调节，保证阴极保护系统的自适应运行。
本发明所采用的技术方案是：
基于外加电流的套管阴极保护设备，包括依次连接的交流电源、电子开关、稳压器、整流器、直流电源，直流电源依次连接有电流采集和调节装置，电流采集和调节装置和电子开关均与中控系统连接，中控系统还分别连接有套管电位测试装置和数字显示器。
直流电源能够连接若干个电流采集和调节装置，每个电流采集和调节装置均与中控系统连接。
交流电源依次通过手动开关、保险丝与电子开关连接。
交流电源、手动开关、保险丝、电子开关、稳压器、整流器、直流电源和中控系统均固定在机房内，机房内还固定有风扇和温度传感器，风扇和温度传感器均与中控系统连接。
中控系统还连接有无线传输系统。
中控系统还连接有线传输系统。
本发明的有益效果是：
本发明能够保护包括套管段地面以下200-1000m不同深度的测试点和相应位置的长效参比电极，测试保护套管的实际电位，如自然电位，或者阴极保护的运行电位。通过测试调节能够使套管的阴极保护电位达到-0.85--1.2V，通过实时管控和自适应调节来实现油水井管套的阴极保护。
附图说明
图1是本发明基于外加电流的套管阴极保护设备的结构图；
图2是本发明实施例1中油水井套管的位置关系图；
图3是本发明实施例2中油水井套管的位置关系图；
图4是本发明实施例3中油水井套管的位置关系图；
图5是本发明实施例4中油水井套管的位置关系图；
图中，1.中控系统，2.无线传输系统，3.有线传输系统，4.套管电位测试装置，5.数字显示器，6.油水井套管，7.电流采集和调节装置，8.直流电源，9.整流器，10.稳压器，11.电子开关，12.保险丝，13.手动开关，14.交流电源，15.阳极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于外加电流的套管阴极保护设备，如图1，包括依次连接的交流电源14、手动开关13、保险丝12、电子开关11、稳压器10、整流器9、直流电源8，直流电源8依次连接有电流采集和调节装置7，电流采集和调节装置7和电子开关11均与中控系统1连接，中控系统1还分别连接与套管电位测试装置4、数字显示器5、风扇、温度传感器、无线传输系统2和有线传输系统3。
直流电源8能够连接若干个电流采集和调节装置7，直流电源8的个数为2～8个，每个电流采集和调节装置7均与中控系统1连接，每个电流采集和调节装置7均连接有相应的数字显示器5。
交流电源14、手动开关13、保险丝12、电子开关11、稳压器10、整流器9、直流电源8、中控系统1风扇、温度传感器和无线传输系统2均固定在机房内。
本发明在使用时，将直流电源8与阳极15连接，将电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4均连接至油水井套管6的阴极保护段，电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4对阴极保护段的电流和电位信息进行采集和调节；使保护运行电位在-0.85--1.2V区间，如套管阴极保护运行电位高于-0.85V，中控系统1反馈信号，降低直流电源8输出电位，使其更负，如套管的保护运行电位低于-1.2V，则中控系统1反馈信号，升高直流电源8输出电位，使其更正，直至保护运行电位在-0.85--1.2V区间；当套管的保护电位比套管的自然电位偏-100mV～-300mV时即实现正常运行。
无线传输系统2包括数据流量卡，数据转化，发射装置，无线传输系统2和有线传输系统3能够将直流电源8的输出电压，总电流，每口井的保护电流和保护电位上传至作业区、厂部，同时可接受远端指令进行电流和电位调节，也可远程发送指令，通过电子开关11实现远程启停；其中数据采集，可以通过中控系统1进行自动设定，如1次/小时，并上传，同时具有数据存储功能。
调整单井电流输出，使套管的保护电位比套管的自然电位偏-100mV～-300mV，当直流电源8输出电压不能满足总井需要时，则提高直流电源8输出电压。
另外中控系统1可以管理风扇，通过温度测量，停开风扇，即35℃以上开机，35℃以下关机。
本发明中，交流电源14可以使用200V或380V交流电源，也可根据现场情况使用更广泛的电源。
本发明中，可根据保护油水井数，可保护1-8口油水井套管6。
本发明中，本阴极保护仪，根据安装实用环境不同，可选择避雷系统和排流装置配合使用。
实施例1
本实施例用于保护1口油水井套管6，如图2，深井阳极，250m深，阳极与套管的相对位置，保护套管深度200-1000m，单井供电电流3-10A，套管外径139.7mm，内径126.24mm，材质J55钢。
将本发明装置的电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4均连接至油水井套管6的阴极保护段，直流电源8与阳极15连接，电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4对阴极保护段的电流和电位信息进行采集和调节；使保护运行电位在-0.85--1.2V区间。
单井电流调节：单井支路电流调节电阻3Ω，共1条支线；
数字显示器5：包括1口井的运行电流，直流电源的电压和电流，共2个电流显示器和1和电压显示器；
有线传输系统3：采用油田专用网络SCADA系统；
套管电位测试装置4：测试点位于500m，测试点包括2根导线，一根连接套管外壁，另一根连接二氧化锰参比电极，测试点附近10cm以内；
使用时首先套管电位测试装置4测试500m处套管自然电位，结果为-0.77v，因此按照-100mV电位偏移保护可确定，套管保护电位-0.87v～-1.2v。
其次采用直流电源8调节：(总电流-10A，最大输出电压100v，由阳极接地电阻5Ω，地层电阻1Ω，套管极化电阻1Ω，单井可调电阻3Ω，总电阻约10Ω)，中控系统1：通过单井电流调节及测试，调节各单井电流8A，使套管充分极化7天，此时500m处套管电位为-1.3v。
中控系统1调节：500m处套管电位为～1.3v低于-1.2v，中控系统多次单井电流至5A，运行10天后，500m处套管电位为～1.0v，保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
特殊情况系统调节：系统运行至春季，北方降雨少，地层电阻和阳极接地电阻增加，单井电流为4A，套管保护电位为-0.81v，此时中控系统调节单井电流6A，运行10天后，500m处套管电位为～1.0v，保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
数据上传：井组阴极保护的总电压、电流，各单井的运行电流上传至作业区和厂部，数据采集1次/小时，有专门软件形成单井电流运行图。
实施例2
本实施例要保护2口油水井，如图3，深井阳极，250m深，阳极与套管的相对位置，保护套管深度200-1000m，单井供电电流3-10A，套管外径139.7mm，内径126.24mm，材质J55钢。
将本发明装置的电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4均连接至油水井套管6的阴极保护段，直流电源8与阳极15连接，电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4对阴极保护段的电流和电位信息进行采集和调节；使保护运行电位在-0.85--1.2V区间，
选择220V交流电源，直流电源8采用输出电压0～150V，电流0～100A；
单井电流调节：单井支路电流调节电阻3Ω，共2条支线；
数字显示器5：包括2口井的运行电流，直流电源的电压和电流，共3个电流显示器和1和电压显示器；
有线传输系统3：油田专用网络SCADA系统；
套管电位测试装置4：距离阳极井最远的井作为测试点，测试点位于500m，测试点包括2根导线，一根连接套管外壁，另一根连接二氧化锰参比电极，测试点附近(10cm以内)；
首先测试500m处套管自然电位，结果为-0.77v，此时井口自然电位为-0.55v，另1口井的井口自然电位相同为-0.55v，因此按照-100mv电位偏移保护可确定，套管保护电位-0.87v～-1.2v。
单井保护电流调节：直流电源调节(总电流-40A，最大输出电压100v，由阳极接地电阻5Ω，地层电阻1Ω，套管极化电阻1Ω，单井可调电阻3Ω，总电阻约10Ω)，中控系统1通过单井电流调节及测试，调节各单井电流8A，使套管充分极化7天，此时500m处套管电位为-1.3v，井口电位-1.25v，另1口井电位为-1.22v。
中控系统1调节：500m处套管电位为～1.3v低于-1.2v，中控系统1多次调节单井电流5A，运行10天后，500m处套管电位为～1.0v，井口电位-1.1v，另1口井电位为-1.0v。保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
特殊情况系统调节：系统运行至春节，北方降雨少，地层电阻和阳极接地电阻增加，各单井电流为4A，套管保护电位为-0.80v，此时中控系统调节直流电源输出电流至20A，此时各单井电流5A，运行10天后，500m处套管电位为～-1.0v，保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
数据上传：井组阴极保护的总电压、电流，各单井的运行电流上传至作业区和厂部，数据采集1次/小时，有专门软件形成单井电流运行图。
实施例3：
本实施例用于保护4口油水井套管6，如图4，深井阳极230m深，阳极与套管的相对位置，保护套管深度200-1000m，单井供电电流3-10A，套管外径139.7mm，内径126.24mm，材质J55钢。
将本发明装置的电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4均连接至油水井套管6的阴极保护段，直流电源8与阳极15连接，电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4对阴极保护段的电流和电位信息进行采集和调节；使保护运行电位在-0.85--1.2V区间。
采用220V交流电源，手动开关，保险丝，电子开关，稳压器，直流电源参数为：输出电压0～150V，电流0～100A；
单井电流调节：单井支路电流调节电阻(3Ω)，共4条支线；
数字显示器5：包括4口井的运行电流，直流电源的电压和电流，共7个电流显示器和1和电压显示器；
有线传输系统3：油田专用网络SCADA系统；
套管电位测试装置4：距离阳极井最远的井作为测试点，测试点位于500m，测试点包括2根导线，一根连接套管外壁，另一根连接二氧化锰参比电极，测试点附近(10cm以内)；
使用时首先测试500m处套管自然电位，结果为-0.77v，此时井口自然电位为-0.55v，其它3口井的井口自然电位相同为-0.55v，因此按照-100mv电位偏移保护可确定，套管保护电位-0.87v～-1.2v。
单井保护电流调节：直流电源调节(总电流-40A，最大输出电压120v，由阳极接地电阻5Ω，地层电阻1Ω，套管极化电阻1Ω，单井可调电阻3Ω，总电阻约10Ω)，中控系统通过单井电流调节及测试，调节各单井电流8A，使套管充分极化7天，此时500m处套管电位为-1.3v，井口电位-1.25v，其它3口井电位为-1.22v、-1.23v、-1.25v。
中控系统1调节：500m处套管电位为～1.3v低于-1.2v，中控系统多次调节单井电流5A，运行10天后，500m处套管电位为～1.0v，井口电位-1.1v，其它3口井电位为-1.0v、-1.1v、-0.95v。保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
特殊情况系统调节：系统运行至春节，长庆油田陕北降雨少，地层电阻和阳极接地电阻增加，各单井电流为4A，套管保护电位为-0.80v，此时中控系统调节直流电源输出电流至20A，此时各单井电流5A，运行10天后，500m处套管电位为～-1.0v，保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
数据上传：井组阴极保护的总电压、电流，各单井的运行电流上传至作业区和厂部，数据采集1次/小时，有专门软件形成单井电流运行图。
实施例4
本实施例用于同一个井场，2口深井阳极保护5口油水井套管6，为一个井场2套阴极保护系统。如图5，系统一：左上深井阳极，保护左边2口油水井套管6；系统二：右上深井阳极，保护右边3口油水井套管6。深井阳极都为260m深，阳极与套管的相对位置如图所示。保护套管深度200-1000m，单井供电电流3-10A，套管外径139.7mm，内径126.24mm，材质J55钢。
本实施例需要2套本发明装置，其中一套装置的电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4均连接系统一的油水井套管6的阴极保护段，直流电源8与系统一的阳极15连接；
另一套装置的电流采集和调节装置7与套管电位测试装置4均连接系统二的油水井套管6的阴极保护段，直流电源8与系统二的阳极15连接；
直流电源参数为：输出电压0～150V，电流0～100A；
单井电流调节：单井支路电流调节电阻(3Ω)，共4条支线；
数字显示器5：包括4口井的运行电流，直流电源的电压和电流，共7个电流显示器和1和电压显示器；
有线传输系统3：油田专用网络SCADA系统；
套管电位测试装置4：距离阳极井最远的井作为测试点，测试点位于500m，测试点包括2根导线，一根连接套管外壁，另一根连接二氧化锰参比电极，测试点附近(10cm以内)；
使用时首先测试500m处套管自然电位，结果为-0.77v，此时井口自然电位为-0.55v，其它3口井的井口自然电位相同为-0.55v，因此按照-100mv电位偏移保护可确定，套管保护电位-0.87v～-1.2v。
单井保护电流调节：直流电源调节(总电流-40A，最大输出电压120v，由阳极接地电阻5Ω，地层电阻1Ω，套管极化电阻1Ω，单井可调电阻3Ω，总电阻约10Ω)，中控系统通过单井电流调节及测试，调节各单井电流8A，使套管充分极化7天，此时500m处套管电位为-1.3v，井口电位-1.25v，其它3口井电位为-1.22v、-1.23v、-1.25v。
中控系统1调节：500m处套管电位为～1.3v低于-1.2v，中控系统多次调节单井电流5A，运行10天后，500m处套管电位为～1.0v，井口电位-1.1v，其它3口井电位为-1.0v、-1.1v、-0.95v。保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
特殊情况系统调节：系统运行至春节，长庆油田陕北降雨少，地层电阻和阳极接地电阻增加，各单井电流为4A，套管保护电位为-0.80v，此时中控系统调节直流电源输出电流至20A，此时各单井电流5A，运行10天后，500m处套管电位为～-1.0v，保护电位运行至设定区间，系统正常运行。
数据上传：井组阴极保护的总电压、电流，各单井的运行电流上传至作业区和厂部，数据采集1次/小时，有专门软件形成单井电流运行图。

Claims (6)

1.基于外加电流的套管阴极保护设备，其特征在于，包括依次连接的交流电源(14)、电子开关(11)、稳压器(10)、整流器(9)、直流电源(8)，所述直流电源(8)依次连接有电流采集和调节装置(7)，所述电流采集和调节装置(7)和电子开关(11)均与中控系统(1)连接，所述中控系统(1)还分别连接有套管电位测试装置(4)和数字显示器(5)。
2.如权利要求1所述的基于外加电流的套管阴极保护设备，其特征在于，所述直流电源(8)能够连接若干个电流采集和调节装置(7)，每个所述电流采集和调节装置(7)均与中控系统(1)连接。
3.如权利要求1所述的基于外加电流的套管阴极保护设备，其特征在于，所述交流电源(14)依次通过手动开关(13)、保险丝(12)与电子开关(11)连接。
4.如权利要求3所述的基于外加电流的套管阴极保护设备，其特征在于，所述交流电源(14)、手动开关(13)、保险丝(12)、电子开关(11)、稳压器(10)、整流器(9)、直流电源(8)和中控系统(1)均固定在机房内，所述机房内还固定有风扇和温度传感器，所述风扇和温度传感器均与中控系统(1)连接。
5.如权利要求1所述的基于外加电流的套管阴极保护设备，其特征在于，所述中控系统(1)还连接有无线传输系统(2)。
6.如权利要求1所述的基于外加电流的套管阴极保护设备，其特征在于，所述中控系统(1)还连接有线传输系统(3)。
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