Способ катодной защиты обсадной колонны скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты обсадной колонны нагнетательной или добывающей скважины от коррозии с наложением контролируемой разности потенциалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе нефтяной. Технический результат заключается в повышении эффективности катодной защиты удаленных от дневной поверхности зон обсадной колонны. Способ включает наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем. Дополнительно накладывают разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем. Устройство содержит станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю. СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны. В качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины используют точку выше верхнего интервала перфорации или нижнюю точку обсадной колонны. Разность потенциалов между нижерасположенной или нижней точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем накладывают через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне с применением изолированного соединительного провода. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты обсадной колонны нагнетательной или добывающей скважины от коррозии с наложением контролируемой разности потенциалов (катодная защита) и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе нефтяной.

Известны способы защиты металла обсадных колонн нагнетательных и добывающих скважин в нефтепромысловых средах с применением химреагентов - ингибиторов коррозии путем их дозировки в пласт и в межтрубное пространство скважины, ограниченное обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой [1, 2]. Основным недостатком известных способов является высокий расход химреагентов при низкой фактической эффективности защиты от коррозии, что связано с отложением сульфидных пленок на поверхности металла и затрудненным доступом ингибиторов к ней.

Известны способы 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 [3, 4]. Основным недостатком известных способов 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 является способ катодной защиты обсадных колонн скважин [5], включающий наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем с помощью станции катодной защиты (СКЗ), оснащенной электродом сравнения и ампервольтметром. В результате происходит смещение потенциала защищаемого участка обсадной колонны и его пассивирование. В то же время способ не обеспечивает эффективную защиту удаленных от дневной поверхности зон обсадной колонны по причине снижения в них защитной разности потенциалов.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для катодной защиты обсадной колонны скважины [5], включающее СКЗ, оснащенную электродом сравнения и ампервольтметром и подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает эффективную защиту удаленных от дневной поверхности зон обсадной колонны по причине снижения в них защитной разности потенциалов.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности способа и устройства для катодной защиты удаленных от дневной поверхности зон обсадной колонны без снижения эффективности по мере удаления от дневной поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в способе катодной защиты обсадной колонны скважины, включающем наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем, дополнительно накладывают разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем.

В качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины используют точку выше верхнего интервала перфорации обсадной колонны скважины.

В качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины используют нижнюю точку обсадной колонны скважины.

Разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем накладывают через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.

Разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем накладывают с применением изолированного соединительного провода.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для катодной защиты обсадной колонны скважины, содержащем станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны скважины.

В качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины использована точка выше верхнего интервала перфорации обсадной колонны скважины.

В качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины использована нижняя точка обсадной колонны скважины.

СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны скважины через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.

СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны скважины изолированным соединительным проводом. Предлагаемое устройство представлено на фиг.1, где 1 - обсадная колонна; 2 - точка подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне; 3 - нижерасположенная точка обсадной колонны; 4 - изолированный соединительный провод; 5 - станция катодной защиты, оснащенная электродом сравнения и ампервольтметром; 6 - анодный заземлитель; 7, 8 - кабель (соединительный).

Устройство работает следующим образом. Включают станцию катодной защиты и устанавливают необходимый ток защиты, который выбирают по медно-сульфатному электроду сравнения. Происходит равномерная поляризация металла по всей поверхности защищаемого оборудования за счет суммирования токов защиты через верхнюю и нижнюю точки обсадной колонны.

Способ осуществляют следующей последовательностью операций.

1. Наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем.

2. Дополнительное наложение разности потенциалов между нижерасположенной или нижней точкой обсадной колонны и анодным заземлителем, предпочтительно через точку выше верхнего интервала перфорации и через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне. Для катодной защиты обсадной колонны разность потенциалов между нижерасположенной или нижней точкой обсадной колонны и анодным заземлителем накладывают с применением изолированного соединительного провода, спускаемого за обсадной колонной в процессе строительства скважины.

Способ иллюстрируется примерами.

Пример 1. Катодная защита обсадной колонны скважины Сергеевского месторождения НГДУ Уфанефть с глубиной спуска 1800 м (по прототипу).

Известный способ катодной защиты обсадной колонны от коррозии с наложением разности потенциалов имеет ограничения по эффективности в связи с подключением соединительного кабеля от отрицательного полюса СКЗ к точке на дневной поверхности обсадной колонны. При этом происходит снижение эффективного защитного потенциала вдоль оси колонны, что обусловлено наличием токов утечек через электролит - минерализованные нефтепромысловые воды, контактирующие с металлом на всем протяжении скважины.

В качестве кабеля (соединительного) использован кабель КПБП ×16. СК3 №51 тип ОПС2-50-24-У1. Анодный заземлитель - стальная труба весом 5 т, погруженная в землю на глубину 2 м в радиусе 100 м от устья скважины.

Измерение реального защитного потенциала с глубиной проведено зондом-электродом из металла, аналогичного защищаемому, путем спуска его с помощью соединительного кабеля, с обеспечением непрерывного электрического контакта с телом колонны. Результаты приведены в таблице, из которой следует практически полное отсутствие реальной защитной компоненты потенциала на металле уже на глубине 1000 м, поскольку его значения составляют -0,797 В и далее непрерывно снижаются вплоть до стационарного коррозионного потенциала, в то время как 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.

Для дальнейшего анализа на основе полученных данных построена кривая пошагового изменения потенциала, представленная на фиг.2. Результаты ее сопоставления с модельным построением на основе лабораторных исследований отражены в Примере 2.

Пример 2. Катодная защита модели обсадной колонны (по прототипу).

В целях моделирования реального защитного потенциала обсадной колонны при ее контакте с минерализованными нефтепромысловыми водами экспериментально изучено изменение разности потенциалов вдоль оси протяженного стержня длиной 100 мм при перемещении точки подключения отрицательного полюса источника стабилизированного напряжения. Кривая пошагового изменения потенциала представлена на фиг.2 для наглядности совместно с аналогичной кривой для обсадной колонны, полученной на данных примера 1.

Аппроксимация полученных данных экспоненциальными зависимостями свидетельствует о сходстве процессов утечки защитного тока в обоих случаях и практическом исчезновении эффективной защитной компоненты потенциала на металле в точке 5 с дальнейшим снижением до стационарных коррозионных значений (-0,711В).

Пример 3. Эффективность катодной защиты по заявляемому способу (обсадная колонна Примера 1 и модель Примера 2).

Подключение защитной разности потенциалов по заявляемому способу обеспечивает практическую эквипотенциальность как обсадной колонны, так и ее модели, что отражено на фиг.3, на которой представлены пошаговые изменения потенциала для обоих измерений вдоль их оси. Результаты применения способа свидетельствуют о большей эффективности предлагаемой катодной защиты по сравнению с прототипом.

Таким образом, заявляемый способ действительно позволяет повысить эффективность катодной защиты обсадных колонн скважин, изготовленных из углеродистой стали, с использованием в качестве растворимого анода электрода из аналогичной стали, размещенного вне скважины, в зоне устойчивого электролитического контакта. Способ не трудоемок, эффективен и промышленно применим, т.к. для его реализации используют доступное оборудование и материалы.

Источники информации

1. Ибрагимов Г.З., Хисамутдинов Н.И. Справочное пособие по применению химреагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1977. -271 с.

2. Хисамутдинов Н.И., Ибрагимов Г.З. Разработка нефтяных месторождений. Том IV. - М.: ВНИИОЭНГ, 1994. -262 с.

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

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

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

Формула изобретения

1. Способ катодной защиты обсадной колонны скважины, включающий наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем, отличающийся тем, что дополнительно накладывают разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины используют точку выше верхнего интервала перфорации обсадной колонны скважины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины используют нижнюю точку обсадной колонны скважины.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем накладывают через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что разность потенциалов между нижерасположенной точкой обсадной колонны скважины и анодным заземлителем накладывают с применением изолированного соединительного провода.

6. Устройство для катодной защиты обсадной колонны скважины, содержащее станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, отличающееся тем, что СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны скважины.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины использована точка выше верхнего интервала перфорации обсадной колонны скважины.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве нижерасположенной точки обсадной колонны скважины использована нижняя точка обсадной колонны скважины.

9. Устройство по любому из пп.6-8, отличающееся тем, что СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны скважины через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.

10. Устройство по любому из пп.6-9, отличающееся тем, что СКЗ дополнительно подключена к нижерасположенной точке обсадной колонны скважины изолированным соединительным проводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3