Устройство для катодной защиты погружного насоса и электрический кабель для питания электродвигателя защищаемого погружного насоса

 

Изобретение относится к устройствам для катодной защиты нефтепромыслового оборудования, в частности погружного насоса. Устройство для катодной защиты погружного насоса включает станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную соединительным кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, при этом СКЗ дополнительно подключена к корпусу погружного насоса дополнительной токопроводящей жилой электрического кабеля для питания электродвигателя погружного насоса. Электрический кабель для питания электродвигателя защищаемого погружного насоса оснащен дополнительной токопроводящей жилой, предназначенной для подключения корпуса погружного насоса к СКЗ, при этом в качестве дополнительной токопроводящей жилы использована равноценная с остальными токопроводящая жила электрического кабеля и все токопроводящей жилы электрического кабеля упакованы в броню. Технический результат заключается в создании устройства для катодной защиты спускаемого в скважину погружного насоса без снижения эффективности устройства по мере удаления насоса от дневной поверхности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для катодной защиты нефтепромыслового оборудования, в частности погружного насоса.

Известны устройства для защиты углеродистой стали, преимущественно наземных и подземных трубопроводов, от общей коррозии с использованием протекторов из металлов различной природы, в том числе с наложением контролируемой разности потенциалов [1, 2]. Основным недостатком известных устройств является сложность их применения в скважинах, например нефтепромысловых, так как в них происходит отрыв протекторов, извлечение которых требует проведения трудоемких и дорогостоящих работ по разбуриванию и подъему отработанного металла. Высокую стоимость традиционной протекторной защиты скважинного оборудования определяет и использование протекторов из дорогого магниево-цинкового сплава, остающихся при попытках подъема в скважине и практически уничтожаемых разбуриванием.

Наиболее близким к заявляемому устройству для катодной защиты погружного насоса является устройство для катодной защиты скважинного оборудования, в том числе с установкой, например, электроцентробежных насосов (ЭЦН) [3], включающее станцию катодной защиты (СКЗ), оснащенную электродом сравнения и ампервольтметром и подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю.

Недостатком известного устройства для катодной защиты погружного насоса является то, что оно не обеспечивает эффективную защиту глубинного скважинного оборудования и в том числе спущенного в скважину насоса - в удаленных от дневной поверхности зонах по причине снижения в них защитной разности потенциалов.

Известен бронированный электрический кабель [4] для питания электродвигателей погружных электронасосов, состоящий из трех параллельно расположенных в одной плоскости изолированных жил, защитной подушки и брони, наложенной на защитную подушку с зазором по боковой поверхности изолированных жил кабеля. Недостатком известного кабеля является невозможность его применения в качестве элемента защиты погружного насоса от электрохимической коррозии.

Наиболее близким к заявляемому электрическому кабелю для питания электродвигателя погружного насоса является электрический кабель для погружных нефтенасосов [5], содержащий токопроводящие жилы, покрытые термостойкой изоляцией и барьерным элементом, упакованные в броню из стальной оцинкованной ленты, причем продольно поверх каждого барьерного элемента установлен заземляющий провод. Недостатком известного кабеля является его громоздкость и невозможность применения в качестве элемента защиты погружного насоса от электрохимической коррозии.

Решаемая предлагаемыми изобретениями задача и ожидаемый технический результат заключаются в создании устройства для катодной защиты спускаемого в скважину погружного насоса без снижения эффективности защиты по мере удаления насоса от дневной поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для катодной защиты погружного насоса, включающем станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную соединительным кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, СКЗ дополнительно подключена к корпусу погружного насоса дополнительной токопроводящей жилой электрического кабеля для питания электродвигателя погружного насоса.

Поставленная задача решается также тем, что электрический кабель для питания электродвигателя защищаемого погружного насоса оснащен дополнительной токопроводящей жилой.

В электрическом кабеле для питания электродвигателя защищаемого погружного насоса в качестве дополнительной токопроводящей жилы используют равноценную с остальными токопроводящую жилу электрического кабеля.

Все токопроводящие жилы электрического кабеля упакованы в броню.

Авторам известен электрический кабель для погружных электронасосов [6] плоской или круглой формы, содержащий параллельные или скрученные круглые жилы с изолирующей оболочкой, охваченные защитной подушкой и броней, отличающийся тем, что имеет по меньшей мере один канал, образованный изолирующей оболочкой, предназначенный, например, для подачи химреагента или проведения исследований. Известен также предназначенный для передачи энергии при больших уровнях мощности четырехжильный электрический кабель [7, 8], четвертая жила которого, имеющая уменьшенное сечение, используется в качестве нулевого проводника.

Авторами впервые предложен электрический кабель для питания электродвигателя погружного насоса с дополнительной токопроводящей жилой и его применение в качестве элемента защиты погружного насоса от электрохимической коррозии. Поэтому заявляемые изобретения, по мнению авторов, соответствуют критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.

Вариант четырехжильного предлагаемого кабеля представлен на фиг.1. Здесь:

А - равноценные токопроводящие жилы;

Б - изолирующий материал;

В - броня кабеля.

Изготовляется кабель, например, по ТУ 16-505 для кабелей с пластмассовой изоляцией для погружных электронасосов плоской формы. Работает как элемент устройства для катодной защиты погружного насоса следующим образом. На предлагаемом четырехжильном кабеле с равноценными токопроводящими жилами спускают в скважину, например, установку ЭЦН; при этом три токопроводящие жилы кабеля выполняют функцию питающих жил кабеля установки ЭЦН, а четвертая - дополнительная - токопроводящая жила связывает корпус ЭЦН со станцией катодной защиты.

Так как все четыре токопроводящие жилы предлагаемого устройства изолированы и упакованы в броню, связь корпуса ЭЦН со станцией катодной защиты предпочтительно осуществлять через точку подключения соединительного кабеля СКЗ к дневной поверхности обсадной колонны (фиг.2).

На фиг.2 представлена схема катодной защиты скважинного оборудования с установкой ЭЦН с применением предлагаемых устройств. Здесь:

1 - обсадная колонна;

2 - установка ЭЦН;

3 - насосно-компрессорная труба;

4 - анодный заземлитель;

5 - станция катодной защиты, оснащенная электродом сравнения и ампервольтметром;

6 - соединительный кабель;

7 - четырехжильный силовой кабель установки ЭЦН в качестве элемента предлагаемого устройства для катодной защиты ЭЦН;

8 - питающие жилы силового кабеля установки ЭЦН;

9 - дополнительная жила силового кабеля установки ЭЦН.

Эффективность заявляемых устройств исследована и доказана в нефтепромысловых условиях следующим образом.

На станции катодной защиты устанавливали различные режимы разностей потенциалов и снимали показания потенциалов с дневной поверхности обсадной колонны, корпуса электроцентробежного насоса и с системы “корпус электроцентробежного насоса - обсадная колонна”. Разность потенциалов измеряли относительно медно-сульфатного электрода, установленного в грунте. Согласно регламенту работы станций катодной защиты (ГОСТ 9.602-89 С. 11), нормальным режимом защиты считается интервал потенциалов минус 0,87 ... минус 2,5 В.

Результаты исследования эффективности катодной защиты по прототипу [3] и заявляемыми устройствами приведены в таблице и позволяют сделать следующие заключения:

- Установка электроцентробежного насоса в скважине является анодом по отношению к грунту (разность потенциалов выше минус 0,7,В, вариант 1).

- Нагрузка станции катодной защиты через обсадную колонну недостаточно эффективна для защиты ЭЦН при данной глубине погружения (разность потенциалов минус 0,57 В, вариант 2 - прототип).

- Подключение СКЗ к корпусу ЭЦН через четвертую жилу силового кабеля без подключения к дневной поверхности обсадной колонны защищает ЭЦН, а обсадную колонну - нет (разность потенциалов минус 0,78 В, вариант 3).

- Подключение СКЗ к корпусу ЭЦН четвертой жилой силового кабеля ЭЦН и к дневной поверхности обсадной колонны дает возможность создать защитный потенциал в интервале от минус 0,9 В до минус 1,08 В, эффективно “запирающем” коррозионные процессы и электроцентробежного насоса, и обсадной колонны, т.е. всего скважинного оборудования (вариант 4).

Таким образом, заявляемые устройства эффективны и промышленно применимы.

Источники информации

1. Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник (Стрижевский И.В. и др.) - М: Недра, 1981. - 293 с.

2. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии /Под ред. Б.В.Строкана, А.М.Сухотина. - Л.: Химия, 1987. - 280 с.

3. Даутов Ф.И. и др. Катодная защита обсадных колонн скважин от коррозии на нефтяных месторождениях. М.: ВНИИОЭНГ, 1981, 55 с.

4. Патент РФ №2154319, Н 01 В 7/18, опубл. 10.08.2000.

5. Свидетельство на полезную модель №22265, Н 01 В 7/18, опубл. 10.03.2002.

6. Свидетельство на полезную модель №24040, Н 01 В 7/18, опубл. 20.07.2002.

7. Патент РФ №2111569, H 01 В 9/00, опубл. 20.05.1998.

8. Патент РФ №2113740, Н 01 В 9/00, опубл. 20.06.1998.

Формула изобретения

1. Устройство для катодной защиты погружного насоса, включающее станцию катодной защиты - СКЗ, подключенную соединительным кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, отличающееся тем, что СКЗ дополнительно подключена к корпусу погружного насоса дополнительной токопроводящей жилой электрического кабеля для питания электродвигателя погружного насоса.

2. Электрический кабель для питания электродвигателя защищаемого погружного насоса, оснащенный дополнительной токопроводящей жилой, предназначенной для подключения корпуса погружного насоса к СКЗ.

3. Электрический кабель по п.2, отличающийся тем, что в качестве дополнительной токопроводящей жилы использована равноценная с остальными токопроводящая жила электрического кабеля.

4. Электрический кабель по п.2 или 3, отличающийся тем, что все токопроводящие жилы электрического кабеля упакованы в броню.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2