CN116262973A - 一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，包括外连接钢丝电缆、悬挂下放连接虹、金属外壳、辅助阳极内部并联电缆、单体阳极电缆、填料和单体阳极；所述的悬挂下放连接虹设在金属外壳上端，所述的单体阳极为多个，且并列设在金属外壳内；每个所述的单体阳极通过对应的单体阳极电缆与辅助阳极内部并联电缆连接；所述的外连接钢丝电缆上端位于悬挂下放连接虹外，下端穿过悬挂下放连接虹，并与金属外壳内的辅助阳极内部并联电缆上端连接；所述的填料填充在金属外壳内。本装置运输方便和安装简单，当投入生产时能有效降低单体阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
Description
技术领域
本发明属于阴极保护领域，具体涉及一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置。
背景技术
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。整个保护系统的60％电能消耗在辅助阳极接地电阻上，因此如何降低辅助阳极的接地电阻，成为影响外加电流阴极保护系统使用寿命和节能的关键。
现有的外加电流阴极保护，主要为城市管网和地面管道阴极保护。油气田系统中的套管阴极保护应用较少，油气田丛式井组阴极保护系统是以保护地下200-1500m的套管为目的，其阳极床一般在地下100-300m深，系统本发明主要针对丛式井组阴极保护系统设计的。
现有阳极专利中，关于牺牲阳极专利较多，如专利号ZL03211028.6（埋地钢制管道手镯式阳极），是保护油田埋地的钢管腐蚀的牺牲阳极。专利号ZL201020175853.6（套管防腐多点接地的牺牲阳极装置），是保护油田套管的牺牲阳极。专利号ZL201220591945.1（储罐内腐蚀控制用牺牲阳极装置），是防止储罐内腐蚀用的牺牲阳极装置。
关于外加电流阴极保护方面的辅助阳极专利较少，只有专利号ZL20179504.6（非等径埋地阳极），是外加电流阴极保护的方式对埋地管线进行防护的浅层辅助埋地阳极。没有关于套管阴极保护中使用的100-300m深埋辅助阳极。
因此需要开展油气田丛式井组阴极保护系统的辅助阳极研究，降低辅助阳极的接地电阻，达到提高阴极保护系统使用寿命和节能的的双重效果。
发明内容
为了克服现有使用寿命短且不节能的问题，本发明提供一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，本发明通过将辅助阳极（单体阳极）配装在金属壳体中，同时在金属壳体内添加了填料，能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
本发明采用的技术方案为：
一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，包括外连接钢丝电缆、悬挂下放连接虹、金属外壳、辅助阳极内部并联电缆、单体阳极电缆、填料和单体阳极；所述的悬挂下放连接结构设在金属外壳上端，所述的单体阳极为多个，且并列设在金属外壳内；每个所述的单体阳极通过对应的单体阳极电缆与辅助阳极内部并联电缆连接；所述的外连接钢丝电缆上端位于悬挂下放连接结构外，下端穿过悬挂下放连接结构，并与金属外壳内的辅助阳极内部并联电缆上端连接；所述的金属外壳内上部设有挡板，所述的填料填充在挡板下端的金属外壳内；挡板上端的金属外壳内填充有降电阻剂；单体阳极位于挡板下方的金属外壳内。
所述的悬挂下放连接结构焊接在金属外壳上端。
所述的悬挂下放连接结构为悬挂下放连接虹或变换接头。
所述的多个单体阳极沿着金属外壳的中轴线从上到下均匀分布。
所述的单体阳极为高硅铸铁阳极、贵金属氧化物阳极、石墨阳极和铂阳极中的一种或多种的组合。
所述的填料包括焦炭颗粒和无机盐，所述的焦炭颗粒和无机盐的质量比为1:1～2。
所述的焦炭颗粒为球形，其粒径范围为2mm～5mm。
所述的无机盐包括氯化钠和氯化钾，氯化钠和氯化钾的重量比1:1～3。
所述的金属外壳壁厚至少为5mm，金属外壳上均匀分布直径为1mm的小孔，所述的金属外壳下端为椎体。
所述的金属外壳采用铬镍不锈钢材质。
本发明的有益效果为：
本发明将多个单体阳极并联组成辅助阳极后设在金属外壳内，同时在金属壳体内添加了填料，能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗。
本发明方便了辅助阳极装置的运输和安装，当投入生产时能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
本发明中金属外壳上均布有小孔，地层水通过金属外壳周围均匀分布的小孔，进入本装置内，并与单体阳极周围的填料接触，填料中的焦炭颗粒将吸水降低单体阳极的接地电阻，同时填料中的无机盐NaCl和KCl溶解于地层水，提高了填料的电导率，降低了单体阳极的接地电阻。
本发明中，金属外壳采用铬镍不锈钢材质，抗腐蚀性强。
本发明中，金属外壳下端采用抛物线形椎体，通体采用一次铸造成型，便于在后续运输中，造成金属外壳的损坏。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中，附图标记为：1、外连接钢丝电缆；2、悬挂下放连接结构；3、金属外壳；4、辅助阳极内部并联电缆；5、单体阳极电缆；6、填料；7、单体阳极。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有使用寿命短且不节能的问题，本发明提供如图1所示的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，本发明通过将辅助阳极配装在金属壳体中，同时在金属壳体内添加了填料，能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，包括外连接钢丝电缆1、悬挂下放连接结构2、金属外壳3、辅助阳极内部并联电缆4、单体阳极电缆5、填料6和单体阳极7；所述的悬挂下放连接结构2设在金属外壳3上端，所述的单体阳极7为多个，且并列设在金属外壳3内；每个所述的单体阳极7通过对应的单体阳极电缆5与辅助阳极内部并联电缆4连接；所述的外连接钢丝电缆1上端位于悬挂下放连接结构2外，下端穿过悬挂下放连接结构2，并与金属外壳3内的辅助阳极内部并联电缆4上端连接；所述的金属外壳3内上部设有挡板，所述的填料6填充在挡板下端的金属外壳3内；挡板上端的金属外壳3内填充有降电阻剂；单体阳极7位于挡板下方的金属外壳3内。
本发明中，降电阻剂为NaSO4，降电阻剂填充的地方为为密闭空间，挡板优选为可溶解镁铝合金隔离板。本发明方便了可辅助阳极的运输和安装，当投入生产时能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
当本发明提供的辅助阳极装置埋于地床后，地层水通过金属外壳3上的孔洞进入腔体，与填料6和镁铝合金隔离板（挡板）接触。填料3中的无机盐无机盐溶解降低辅助阳极接地电阻。镁铝合金隔离板与地层水接触溶解后，一方面腔体中的NaSO4进一步溶解增加地床的电导率，降低辅助阳极接地电阻，另一方面该腔体为密闭空间，辅助阳极工作时产生的气体可以向上运移，进去腔体，减少气阻影响，进一步降低辅助阳极接地电阻。
如图1所示，本发明将多个单体阳极7并联组成辅助阳极后设在金属外壳3内，本发明方便了辅助阳极装置的运输和安装，当投入生产时能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。当本发明浸泡在地层水中时，地层水通过金属外壳3周围均匀分布的小孔，进入本发明内，与单体阳极7周围的填料6接触，通过填料6吸水，降低单体阳极7的接地电阻，同时部分填料6可溶解于地层水，提高了填料6的电导率，进一步的降低了单体阳极7的接地电阻。
实施例2：
基于实施例1的基础上，本实施例中，优选的，所述的悬挂下放连接结构2焊接在金属外壳3上端。
优选的，所述的悬挂下放连接结构2为悬挂下放连接虹或变换接头。
本发明中，悬挂下放连接虹为碗状的，碗状的开口边缘焊接在金属外壳3的上端。
本发明中悬挂下放连接结构2，方便外接钢丝电缆1下放，悬挂下放连接结构2也可为变换接头，采用钢管丝扣连接下放。
优选的，所述的多个单体阳极7沿着金属外壳3的中轴线从上到下均匀分布。
优选的，所述的单体阳极7为高硅铸铁阳极、贵金属氧化物阳极、石墨阳极和铂阳极中的一种或多种的组合。
本发明中高硅铸铁阳极中的含硅量为14-16%，本发明中优选为、14.5%、15%、15.5%。本发明中，贵金属氧化物阳极优选为MMO贵金属氧化物阳极，本发明中单体阳极7根据生产需要改为其它阳极，本发明中将不再一一描述。本发明中单体阳极7可以为一个单体，也可为多个单体联合使用，根据设定寿命以及需求进行单体阳极7数量的增减。本发明中，单体阳极7优选为3个、4个、5个、6个。
优选的，所述的填料6包括焦炭颗粒和无机盐，所述的焦炭颗粒和无机盐的质量比为1:1～2。
本发明中填料6，在投入地下100-300m深阳极床生产运行时，将位于地层水位以下，进而本发明将浸泡在地层水中，地层水通过金属外壳3周围均匀分布的小孔，进入本装置内，与单体阳极7周围的填料6接触，填料6中的焦炭颗粒将吸水降低单体阳极7的接地电阻，同时填料6中的无机盐NaCl和KCl溶解于地层水，提高了填料6的电导率，降低了单体阳极7的接地电阻。
优选的，所述的焦炭颗粒为球形，其粒径范围为2mm～5mm。
本发明中，焦炭颗粒为球形，电阻率<50Ω·cm，粒径范围2mm～5mm，含碳量>85%，密度>1.7g/cm3。
本发明中，优选的，所述的无机盐包括氯化钠和氯化钾，氯化钠和氯化钾的重量比1:1～3；粒径范围小于2mm。根据阳极性能，也可选择其它无机盐，满足需求即可。
本发明中，悬挂下放连接结构2与金属外壳3采用焊接连接，焊接处拉伸强度大于辅助阳极装置重量的2倍。
优选的，所述的金属外壳3壁厚至少为5mm，金属外壳3上均匀分布直径为1mm的小孔，所述的金属外壳3下端为椎体。
优选的，所述的金属外壳3采用铬镍不锈钢材质。
本发明中，金属外壳3，壁厚为5mm，周围均匀分布直径为1mm的小孔，下端采用抛物线形椎体，通体采用一次铸造成型。本发明方便了可辅助阳极的运输和安装，当投入生产时能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
本发明中金属外壳3，为铬镍不锈钢材质，也可根据不同的声场需求改为其它金属材料，长度根据阳极的数量和各阳极和长度确定，壁厚为5mm，周围均匀分布直径为1mm的小孔，下端采用抛物线形椎体，通体采用一次铸造成型。本发明方便的运输和安装，当投入生产时能有效降低辅助阳极的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的。
实施例3：
基于实施例1或2的基础上，本实施例中，提供一种由外连接钢丝电缆1、悬挂下放连接结构2、金属外壳3、辅助阳极内部并联电缆4、单体阳极电缆5、填料6和单体阳极7组成的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置。
一、选取本发明提供的辅助阳极装置，实施例中，单体阳极7优选采用MMO贵金属氧化物阳极，根据阴极保护系统有效期15年计算，采用6支单体并联。
本实施例中，填料6选采为质量比为1:1的焦炭颗粒和无机盐。其中，焦炭颗粒为球形，电阻率45Ω·cm，粒径范围2mm～5mm，含碳量>85%，密度>1.7g/cm3。无机盐由重量比1:2的NaCl和KCl组成，无机盐粒径范围小于2mm。金属外壳3采用铬镍不锈钢材质，壁厚为5mm，周围均匀分布直径为1mm的小孔，下端采用抛物线形椎体，通体采用一次铸造成型。本发明中设置悬挂下放连接结构2，方便外接钢丝电缆1下放。
二、钻阳极井，采用二开井身结构：首先采用Φ311mm钻头钻穿黄土层，至180m（0-30米为黄土层），此段下入钢制套管段，管径为Φ219mm，壁厚6mm，连接方式为螺纹连接；然后采用Φ180mm钻头钻至设计深度220米，后清洗井筒至进出口水质一致。
三、用钢丝连接本发明的悬挂下放连接结构2，连接外连接钢丝电缆1，外连接钢丝电缆1采用聚氯乙烯电缆，聚氯乙烯电缆优选为VV32-1Kv-1*16mm2，然后将本发明下至井底完井。
实施例4：
基于实施例1或2的基础上，本实施例中，提供一种由外连接钢丝电缆1、悬挂下放连接结构2、金属外壳3、辅助阳极内部并联电缆4、单体阳极电缆5、填料6和单体阳极7组成的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置。
一、选取本发明提供的辅助阳极装置，实施例中，单体阳极7采用MMO贵金属氧化物阳极，根据阴极保护系统有效期15年计算，采用6支单体并联。
填料6，由焦炭颗粒和无机盐组成，质量比为1:1。焦炭颗粒为球形，电阻率45Ω·cm，粒径范围2mm～5mm，含碳量>85%，密度>1.7g/cm3。无机盐由NaCl和KCl组成，重量比1:2，粒径范围小于2mm。
采用变换接头，采用导气管下放。
二、钻阳极井，采用二开井身结构：首先采用Φ311mm钻头钻穿黄土层，至180m（0-30米为黄土层），此段下入钢制套管段，管径为Φ219mm，壁厚6mm，连接方式为螺纹连接；然后采用Φ180mm钻头钻至设计深度220米，后清洗井筒至进出口水质一致。
三、用钢丝连接本发明的悬挂下放连接结构2，连接外连接钢丝电缆1，外连接钢丝电缆1采用聚氯乙烯电缆，优选为VV32-1Kv-1*16mm2，然后将本发明下至井底完井。
实施例5：
基于实施例1或2的基础上，本实施例中，提供一种由外连接钢丝电缆1、悬挂下放连接结构2、金属外壳3、辅助阳极内部并联电缆4、单体阳极电缆5、填料6和单体阳极7组成的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置。
一、选取本发明提供的辅助阳极装置，
（1）本实施例中，单体阳极7采用高硅铸铁阳极，根据阴极保护系统有效期15年计算，采用8支单体并联。
（2）填料6，由焦炭颗粒和无机盐组成，质量比为1:1。焦炭颗粒为球形，电阻率45Ω·cm，粒径范围2mm～5mm，含碳量>85%，密度>1.7g/cm3。无机盐由NaCl和KCl组成，重量比1:2，粒径范围小于2mm。
（3）悬挂下放连接结构2，方便钢丝下放。
（4）金属外壳3，为铬镍不锈钢材质，壁厚为5mm，周围均匀分布直径为1mm的小孔，下端采用抛物线形椎体，通体采用一次铸造成型。
二、钻阳极井，采用一开井身结构：首先采用Φ311mm钻头钻穿黄土层，至250m（0-80米为黄土层），后清洗井筒。
三、用外径Ф42，内径Ф32内外喷塑钢质导气管连接本发明的变换接头2，连接外连接钢丝电缆1，外连接钢丝电缆1采用聚氯乙烯电缆，优选为VV32-1Kv-1*16mm2，然后将本装置下至井底完井。
本发明通过将单体阳极7极配装在金属壳体3中，同时优化阳极体周围填料6，能有效降低单体阳极7的接地电阻，从而达到提高其寿命和降低系统能耗的目的，同时本发明提供的辅助阳极装置方便运输和安装。
以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本发明中未详细描述的装置结构及其方法步骤均为现有技术，本发明中将不再进行进一步的说明。
Claims (10)
1.一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：包括外连接钢丝电缆（1）、悬挂下放连接结构（2）、金属外壳（3）、辅助阳极内部并联电缆（4）、单体阳极电缆（5）、填料（6）和单体阳极（7）；所述的悬挂下放连接结构（2）设在金属外壳（3）上端，所述的单体阳极（7）为多个，且并列设在金属外壳（3）内；每个所述的单体阳极（7）通过对应的单体阳极电缆（5）与辅助阳极内部并联电缆（4）连接；所述的外连接钢丝电缆（1）上端位于悬挂下放连接结构（2）外，下端穿过悬挂下放连接结构（2），并与金属外壳（3）内的辅助阳极内部并联电缆（4）上端连接；所述的金属外壳（3）内上部设有挡板，所述的填料（6）填充在挡板下端的金属外壳（3）内；挡板上端的金属外壳（3）内填充有降电阻剂；单体阳极（7）位于挡板下方的金属外壳（3）内。
2.根据权利要求1所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的悬挂下放连接结构（2）焊接在金属外壳（3）上端。
3.根据权利要求2所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的悬挂下放连接结构（2）为悬挂下放连接虹或变换接头。
4.根据权利要求1所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的多个单体阳极（7）沿着金属外壳（3）的中轴线从上到下均匀分布。
5.根据权利要求4所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的单体阳极（7）为高硅铸铁阳极、贵金属氧化物阳极、石墨阳极和铂阳极中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的填料（6）包括焦炭颗粒和无机盐，所述的焦炭颗粒和无机盐的质量比为1:1～2。
7.根据权利要求6所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的焦炭颗粒为球形，其粒径范围为2mm～5mm。
8.根据权利要求6所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的无机盐包括氯化钠和氯化钾，氯化钠和氯化钾的重量比1:1～3。
9.根据权利要求1所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的金属外壳（3）壁厚至少为5mm，金属外壳（3）上均匀分布直径为1mm的小孔，所述的金属外壳（3）下端为椎体。
10.根据权利要求9所述的一种丛式井组阴极保护系统的辅助阳极装置，其特征在于：所述的金属外壳（3）采用铬镍不锈钢材质。
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