RU2636540C1

RU2636540C1 - Method of cathode protection of casing strings of wells and oil-field pipelines against corrosion

Info

Publication number: RU2636540C1
Application number: RU2016131097A
Authority: RU
Inventors: Альберт Атласович Фатхуллин; Сергей Александрович Долгих; Фарид Шафкатович Шакиров
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-11-23

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: method includes drilling holes to a depth greater than the length of the corresponding anode grounding electrode, drilling of each hole in interval of anode grounding deepening, setting a carpet, after completion of drilling, immediately before lowering the anode grounding electrodes in the hole, pumping up to upper level of clay solution mud and current-conducting colmatage solution, lowering anode grounding electrode, installing protective current on the casing string through cathode protection station, adjusting parameters of the cathode protection on the corresponding cathode cable. The holes are drilled at designed distance from casing strings of wells, groups of wells with similar design parameters are determined according to respective resistances, a corresponding common cathode cable is laid between each group of wells connected to the cathode protection station and in parallel with each of casing strings of wells, and wells with different resistances are provided with individual cathode cables with cathode protection station. The anode grounding electrodes are connected in parallel with a common anode cable which is connected to the cathode protection station, and the parameters of cathode protection on cathode cables by protective current are adjusted so that variation of parameters from average value does not exceed 10%.EFFECT: servicing cathode protection facilities with different values of electric protection characteristics and simplification of protection currents adjustment.1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способу защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от грунтовой коррозии.The invention relates to the oil industry, and in particular to a method for protecting casing strings of wells and oilfield pipelines from ground corrosion.

Известна схема катодной защиты двух или более сооружений (патент RU №2151218, МПК C23F 13/02, опубл. 20.06.2000), включающая регулируемый выпрямитель-источник постоянного тока, защищаемые сооружения, анодное заземление, кремниевые вентили-регулированные сопротивления. Плюсовая клемма регулированного выпрямителя подключена к анодному заземлению, минусовая клемма - к общей точке соединенных между собой кремниевых вентилей, аноды которых подключены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые сопротивления.A known cathodic protection scheme for two or more structures (patent RU No. 2151218, IPC C23F 13/02, publ. 06/20/2000), including an adjustable rectifier-source of direct current, protected structures, anode grounding, silicon-controlled resistance valves. The positive terminal of the regulated rectifier is connected to the anode ground, the negative terminal is to the common point of the interconnected silicon valves, the anodes of which are connected to each of the protected structures through adjustable resistances.

Недостатком данной схемы является сложность практической реализации в реальных условиях. Катодная защита характеризуется тем, что при определенном напряжении, приложенном к анодному заземлению, и при определенном токе наступает состояние электролитического равновесия на границе раздела сооружение-грунт. Чтобы устанавливать необходимые потенциалы на сооружениях путем варьирования напряжения регулируемого выпрямителя - источника постоянного тока, необходимо устанавливать регулируемыми сопротивлениями разность потенциалов, которая должна быть равной нулю. Этот процесс кропотливый и сложный, который может затянуться по времени, к тому же постоянно необходимо уравновешивать схему регулируемыми сопротивлениями.The disadvantage of this scheme is the difficulty of practical implementation in real conditions. Cathodic protection is characterized by the fact that at a certain voltage applied to the anode ground, and at a certain current, a state of electrolytic equilibrium occurs at the construction-soil interface. In order to establish the necessary potentials in buildings by varying the voltage of an adjustable rectifier - a direct current source, it is necessary to set the potential difference with adjustable resistances, which should be equal to zero. This process is painstaking and complex, which can take a while, moreover, it is constantly necessary to balance the circuit with adjustable resistances.

Известен также способ защиты трех обсадных колонн и выкидных линий на кусте скважин (см. Катодная защита обсадных колонн нефтяных скважин: Учеб. пособие / С.А. Долгих, В.Э. Ткачева, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев. - Казань: КНИТУ, 2013, с. 75-77), по которому предусматривается установка преобразователя типа ПДЕ-М-1200 у существующей КТПН в шкафу катодной защиты совместно с блоком для перераспределения тока по скважинам.There is also a method of protecting three casing strings and flow lines on a wellbore (see Cathode protection of oil casing strings: Textbook / S.A. Dolgikh, V.E. Tkacheva, R.A. Kaydrikov, B.L. Zhuravlev . - Kazan: KNITU, 2013, pp. 75-77), which envisages the installation of a PDE-M-1200 converter at an existing KTPN in a cathodic protection cabinet together with a unit for redistributing current through wells.

Недостатком данного способа защиты является то, что фактически распределение тока, текущего от преобразователя к обсадным колоннам скважин, происходит не через установленный БДЗ. Ток всегда течет по линии наименьшего сопротивления, т.е. вначале к обсадной колонне, имеющей наименьшее сопротивление (из-за некачественного цементирования при бурении обсадной колонны), а затем к другим обсадным колоннам, имеющим более качественное цементное кольцо за обсадной колонной, а следовательно, более высокое сопротивление.The disadvantage of this protection method is that, in fact, the distribution of current flowing from the converter to the casing of the wells does not occur through the installed BDZ. Current always flows along the line of least resistance, i.e. first, to the casing having the least resistance (due to poor cementing during drilling of the casing), and then to other casing, having a better cement ring behind the casing, and therefore higher resistance.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии и устройство для его осуществления (патент RU №2571104, МПК C23F 13/02, Е21В 41/02, H01R 4/00, опубл. 20.12.2015). Способ включает этапы предварительного бурения скважины до глубины большей на 2,5-3,0 м длины анодного заземлителя, разбуривания скважины в интервале заглубления анодного заземлителя, в который устанавливают ковер, по окончании бурения непосредственно перед спуском электродов в скважину, закачки до верхнего уровня ковера глинистого раствора, установки анодного заземлителя. Устанавливают защитный ток для начального периода эксплуатации системы катодной защиты, производят поляризацию в течение 3-7 сут, после чего измеряют общие и поляризационные потенциалы защищаемых сооружений, при изменении силы защитного тока более чем на 20% от установленного делают вывод об утечке глинистого раствора из шурфа и закачивают до верхнего уровня анода гель, состоящий на 100 литров воды: 2 кг мела, 2 кг клея марки КМЦ и 1 кг соли, закаченный гель выдерживают до превращения в желеобразное состояние 5-10 ч, снова замеряют силу тока, по восстановлению силы тока до исходной судят о полном восстановлении токопроводности между грунтом и анодом и о достижении катодной защиты скважины. Устройство катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии содержит электрод-токовод с кабелем, рабочий электрод, кабельный вывод, контрольно-измерительный пункт, перфорированную полимерную газоотводную трубку, ковер, трубу обсаживающую полиэтиленовую, канат капроновый, заполнитель, в качестве которого используют гель, состоящий на 100 литров воды: 2 кг мела, 2 кг клея марки КМЦ, 1 кг соли.The closest in technical essence and the achieved result is a method of cathodic protection of casing strings of wells and oil pipelines against corrosion and a device for its implementation (patent RU No. 2571104, IPC C23F 13/02, ЕВВ 41/02, H01R 4/00, publ. 20.12 .2015). The method includes the steps of pre-drilling the well to a depth greater than 2.5-3.0 m of the length of the anode ground electrode, drilling the well in the interval of deepening the anode ground electrode into which the carpet is installed, at the end of drilling immediately before the electrodes are lowered into the well, and pumping it to the upper level of the carpet clay solution, installation of anode ground electrode system. The protective current is set for the initial period of operation of the cathodic protection system, polarization is carried out for 3-7 days, after which the total and polarization potentials of the protected structures are measured, when the protective current is changed by more than 20% of the established value, a conclusion is made about the leakage of clay solution from the pit and a gel consisting of 100 liters of water is pumped to the upper level of the anode: 2 kg of chalk, 2 kg of CMC glue and 1 kg of salt, the injected gel is kept until it turns into a jelly-like state for 5-10 hours, the current is measured again, by when the current strength is restored to the initial value, the complete restoration of the conductivity between the soil and the anode is judged and the cathodic protection of the well is achieved. The cathodic protection device for casing of wells and oil-field pipelines against corrosion includes an electrode-current lead with a cable, a working electrode, a cable outlet, a control and measuring station, a perforated polymer gas outlet pipe, a carpet, a polyethylene casing pipe, a nylon rope, and a filler using gel , consisting of 100 liters of water: 2 kg of chalk, 2 kg of glue grade CMC, 1 kg of salt.

Недостатком данного способа являются невозможность определения реальной величины тока, текущего от станции катодной защиты (СКЗ) к обсадной колонне, а также необходимость строительства парных объектов защиты (скважина, трубопровод) и шурфов с анодными заземлителями, при этом к каждому объекту защиты и анодному заземлителю идут индивидуальные соответственно катодный и анодный кабели, что приводит к большим затратам на строительство шурфов и сетки кабелей.The disadvantage of this method is the impossibility of determining the real value of the current flowing from the cathodic protection station (SCZ) to the casing, as well as the need to build paired objects of protection (borehole, pipeline) and pits with anode grounding conductors, while to each protection object and anode grounding go individual cathode and anode cables, respectively, which leads to high costs for the construction of pits and wire mesh.

Технической задачей предлагаемого изобретения является сокращение материальных затрат по строительству и обслуживанию катодной защиты на объектах с группами скважин с различными электрическими характеристиками защиты за счет сокращения суммарной длины дорогостоящих катодных и анодных кабелей и упрощения регулировки токов защиты.The technical task of the invention is to reduce material costs for the construction and maintenance of cathodic protection at facilities with well groups with different electrical protection characteristics by reducing the total length of expensive cathode and anode cables and simplifying the adjustment of protection currents.

Техническая задача предлагаемого изобретения решается способом катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии, включающим бурение шурфов до глубины, большей длины соответствующего анодного заземлителя, разбуривание каждого шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя, в который устанавливают ковер, по окончании бурения непосредственно перед спуском электродов в шурф, закачки до верхнего уровня ковера глинистого раствора и токопроводящего кольматирующего раствора, в которые спускают анодный заземлитель, установку защитного тока на обсадную колонну скважин через СКЗ, регулировку параметров катодной защиты на соответствующем катодном кабеле.The technical problem of the invention is solved by the method of cathodic protection of casing strings of wells and oil field pipelines against corrosion, including drilling pits to a depth greater than the length of the corresponding anode ground electrode, drilling each hole in the depth interval of the anode ground electrode into which the carpet is installed, at the end of drilling immediately before the electrodes are lowered into the pit, injections to the upper level of the clay mud carpet and conductive mudding solution into which the ano grounding conductor, installation of protective current on the casing of the wells through the SCZ, adjustment of cathodic protection parameters on the corresponding cathode cable.

Новым является то, что шурфы бурят на проектном расстоянии от обсадных колонн скважин, определяют группы скважин с одинаковыми конструктивными параметрами по соответствующим сопротивлениям, между ними прокладывают соответствующий общий катодный кабель, соединенный с СКЗ и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин, анодные заземлители параллельно соединяют с общим анодным кабелем, который подсоединяют СКЗ, регулируют параметры катодной защиты по защитному току так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.The new one is that pits are drilled at a design distance from the casing of the wells, groups of wells with the same design parameters are determined by the corresponding resistances, an appropriate common cathode cable is connected between them, connected to the SKZ and parallel to each of the casing of the wells, anode grounding conductors are connected in parallel with a common anode cable that connects the RMS, adjust the parameters of the cathodic protection according to the protective current so that the spread of the parameters from the average value does not exceed 10%.

На чертеже представлена схема реализации способа катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии.The drawing shows a diagram of the implementation of the method of cathodic protection of casing strings of wells and oil field pipelines against corrosion.

Способ катодной защиты обсадных колонн (на чертеже показаны условно) скважин 1 и 2 и нефтепромысловых трубопроводов (не показаны) от коррозии включает бурение шурфов (показаны условно) до глубины, большей длины соответствующего анодного заземлителя 3 и 4, разбуривание каждого шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя 3 или 4, в который устанавливают ковер (на чертеже не показан). По окончании бурения непосредственно перед спуском анодных заземлителей 3 или 4 в шурф производят закачивание до верхнего уровня ковера глинистого раствора и токопроводящего кольматирующего раствора, в которые спускают анодный заземлитель 3 или 4. Регулируют параметры катодной защиты на соответствующем катодном кабеле 5 или 6, устанавливая защитный ток на обсадную колонну скважин 1 или 2 через СКЗ 7. Шурфы под соответствующие анодные заземлители 3 или 4 бурят на проектном расстоянии (50-100 м) от соответствующих обсадных колонн скважин 1 или 2. Определяют группы скважин 1 или 2 с одинаковыми конструктивными параметрами по соответствующим сопротивлениям (обычно разброс не более ±15%), между ними прокладывают соответствующий общий катодный кабель 5 или 6, соединенный к СКЗ 7 и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин 1 или 2 соответственно. Анодные заземлители 3 или 4 параллельно соединяют с соответствующим общим анодным кабелем 8 или 9, который подсоединяют СКЗ 7. Регулируют параметры катодной защиты благодаря реле-регулятору 10 (или переменному резистору) по защитному току так, чтобы разброс параметров на катодных кабелях 5 или 6 от среднего значения, определяемого технологическими параметрами защищаемых обсадных колон 1 или 2, не превышал 10%.The method of cathodic protection of casing strings (conventionally shown in the drawing) of wells 1 and 2 and oil field pipelines (not shown) from corrosion involves drilling pits (conventionally shown) to a depth greater than the length of the corresponding anode ground electrode 3 and 4, drilling each hole in the interval of deepening of the anode ground electrode 3 or 4, in which the carpet is installed (not shown in the drawing). At the end of drilling, immediately before the descent of the anode earthing switches 3 or 4 into the pit, the clay solution and the conductive slurry solution are pumped to the upper level of the carpet, into which the anode earthing switch 3 or 4 is lowered. The cathodic protection parameters are adjusted on the corresponding cathode cable 5 or 6, setting the protective current to the casing string of wells 1 or 2 through the SKZ 7. Pits under the appropriate anode ground electrodes 3 or 4 are drilled at the design distance (50-100 m) from the corresponding casing strings of wells 1 or 2. O group groups of wells 1 or 2 with the same design parameters according to the corresponding resistances (usually the spread is not more than ± 15%), between them lay the corresponding common cathode cable 5 or 6, connected to SKZ 7 and in parallel with each of the casing strings of wells 1 or 2, respectively . Anode grounding conductors 3 or 4 are connected in parallel with the corresponding common anode cable 8 or 9, which connects RMS 7. They regulate the cathodic protection parameters thanks to the relay regulator 10 (or variable resistor) in terms of the protective current so that the spread of parameters on the cathode cables 5 or 6 from the average value determined by the technological parameters of the protected casing 1 or 2 did not exceed 10%.

Предлагаемый способ катодной защиты обсадных колонн скважин 1 и 2 и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии отличается от прототипа тем, что группируются скважины 1 или 2 по одному общему конструктивному признаку - сопротивлению, они разбиваются на группы 1 или 2, каждая группа соединяется одним общим катодным кабелем 5 или 6 с СКЗ 7 и параллельно с обсадными колоннами скважин 1 или 2. По катодным кабелям 5 или 6 течет общий ток на соответствующие обсадные колонны 1 или 2. Это позволяет значительно сократить суммарную длину кабелей 5, 6, 8 и 9 и упростить настройку токов катодной защиты, так как настраивается сразу группа скважин 1 или 2.The proposed method for the cathodic protection of casing of wells 1 and 2 and oil pipelines from corrosion differs from the prototype in that wells 1 or 2 are grouped according to one common structural feature - resistance, they are divided into groups 1 or 2, each group is connected by one common cathode cable 5 or 6 with SKZ 7 and in parallel with the casing strings of wells 1 or 2. The total current flows through the cathode cables 5 or 6 to the corresponding casing strings 1 or 2. This can significantly reduce the total length of cables 5, 6, 8 and 9 and control Stith setting cathodic protection currents have been adjusted once the group 1 or 2 wells.

Предлагаемый способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии позволяет сократить затраты на подземную прокладку катодных кабелей, кроме того, отсутствует необходимость в установке дополнительных БДЗ или каких-то других блоков деления тока. Общее сокращение затрат по сравнению с аналогом и прототипом при осуществлении катодной защиты, например, трех обсадных колонн скважин составляет 30%. В современных ценах сокращение затрат составит 224 тыс. руб.The proposed method for the cathodic protection of casing strings of wells and oilfield pipelines against corrosion can reduce the cost of underground laying of cathode cables, in addition, there is no need to install additional BDZ or some other current division units. The total cost reduction compared to the analogue and prototype in the implementation of cathodic protection, for example, three casing wells is 30%. At current prices, cost reduction will amount to 224 thousand rubles.

Claims

A method of cathodic protection of casing strings of wells and oil-field pipelines against corrosion, including drilling pits to a depth greater than the length of the corresponding anode ground electrode, drilling each hole in the depth interval of the anode ground electrode, installing a carpet, after drilling is completed just before the anode grounding pipes are lowered into the hole, they are pumped to the top the level of the clay mud carpet and the conducting mud fluid, the descent of the anode ground electrode, the installation of a protective current on the casing at the cathodic protection station (CPS), adjusting the cathodic protection parameters on the corresponding cathode cable, characterized in that the pits are drilled at the design distance from the casing of the wells, the groups of wells with the same design parameters are determined according to the corresponding resistances, an appropriate common well is laid between each group of wells a cathode cable connected to the SKZ and parallel to each of the casing strings of the wells, while the anode grounding conductors are connected to a common anode cable, which is connected they are assigned to the SCZ, and the parameters of the cathodic protection according to the protective current are regulated so that the spread of the parameters from the average value does not exceed 10%.