Анод для защиты от коррозии нефтегазодобывающих скважин
Изобретение относится к области катодной защиты от подземной коррозии насосно-компрессорных труб нефтегазодобывающих скважин. Анод состоит из токопроводника в оболочке на полимерной основе, при этом он размещен в скважине между насосно-компрессорной и обсадной трубами на всю длину защищаемой поверхности насосно-компрессорной трубы, при этом токопроводник анода представляет собой гибкий стальной трос из коррозионно-стойкой стали в перфорированной оболочке из эластичного, термостойкого, изоляционного материала, причем перфорация оболочки выполнена на всей поверхности по длине анода, а степень перфорации оболочки составляет 10-90%, возрастая пропорционально длине защищаемой поверхности насосно-компрессорной трубы. Технический результат: разработка недорогого, простого в изготовлении и эксплуатации анода, обеспечивающего высокую степень защиты от коррозии наружной поверхности насосно-компрессорной трубы нефтегазодобывающих скважин. 2 ил.
Изобретение относится к глубинным анодным заземлителям и может быть применено для защиты подземных трубопроводов, в частности скважин, от коррозии в нефтегазодобывающей отрасли.
Известно устройство для защиты от коррозии внутренней поверхности насосно-компрессорных труб в нефтегазодобывающих скважинах, включающее установленные внутри колонны по всей ее длине анодные элементы, выполненные в виде полых цилиндров из материала с более высоким электрохимическим потенциалом по сравнению с материалом колонны. (Патент RU 2072029, опубл. 1997.01.20).
Но это устройство отличается сложностью конструкции и необходимостью периодической замены анодных элементов из-за их растворения в процессе работы.
Известен также анодный заземлитель (Патент RU 2216608, опубл. 2002.11.20), содержащий размещенные в скважине с зазором, заполненным электропроводным бетоном, стальной электрод и составляющие заземлитель элементы в виде стальных трубчатых элементов, покрытых слоем электропроводного бетона, окруженных слоем активатора в виде коксовой засыпки и заключенных в стальной тонкостенный кожух со стальной сеткой по торцам, насаженных на электрод и электрически и механически соединенных между собой.
Однако этот анодный заземлитель сложен в изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности и конструктивным признакам является анод (Патент RU 2236483, опубл. 2004.09.20), состоящий из токопроводника и токопроводящей оболочки. Токопроводник состоит из скрученных в жилку медных проволок в количестве 80-390, общим сечением 10-50 мм2. Токопроводящая оболочка изготовлена из токопроводящей резины, включающей каучук и технический углерод. При этом скрученные медные проволоки имеют кратность шагов скрутки проволок в стренгу 15-20, внутренних повивов в жилу 8-12, наружного повива 12-16. Однако такая конструкция анода отличается высокой стоимостью из-за использования меди недостаточной механической прочности.
Перед авторами стояла задача создания недорогого, простого в изготовлении и эксплуатации анода (А), обеспечивающего высокую степень защиты от коррозии наружной поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ) нефтегазодобывающих скважин.
Эта задача решена тем, что анод, состоящий из токопроводника в изоляционной оболочке, размещен в скважине между насосно-компрессорной и обсадной трубами. Токопроводник представляет собой гибкий стальной трос из коррозионно-стойкой стали в перфорированной электроизоляционной оболочке из эластичного термостойкого материала, например фторопласта марки Ф-4М, Ф-40, Ф-4Д и аналогичного. Перфорация изоляционной оболочки выполнена по всей ее площади на всю длину анода. Степень вскрытия изоляции составляет 10-90%.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что размещение анода в пространстве между насосно-компрессорной и обсадной трубами обеспечивает надежную катодную защиту от коррозии наружной поверхности насосно-компрессорной трубы при подключении А и НКТ к станции катодной защиты согласно ГОСТ 51164-98.
Изготовление токопроводника анода в виде стального троса обеспечивает прочность анода при его опускании в многокилометровые скважины, а гибкость - удобство работы с длинным анодом (до 4 км длиной), который можно сворачивать в бухту. Длина анода равна длине защищаемой поверхности НКТ, в противном случае НКТ будет защищена не полностью.
Покрытие токопроводника анода перфорированной изоляционной оболочкой позволяет иметь надежный ионный контакт между НКТ и анодом через перфорационные отверстия. Толщина изоляционной оболочки от 2 до 10 мм надежно предохраняет от короткого электрического замыкания анод и НКТ в процессе монтажа и эксплуатации.
Использование для оболочки эластичного полимерного материала, предпочтительно фторопласта, обеспечивает надежную электроизоляцию при изгибах анода без разрушения и отслоения изоляции.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен разрез промышленной скважины с размещенным в ней анодом, на фиг.2 представлен анод в перфорированной оболочке.
Анод 1 размещен в промышленной скважине между насосно-компрессорной трубой 2 и обсадной трубой 3, пространство между которыми заполнено ионопроводящей средой 4. Анод 1 состоит из стального токопроводника 5 в виде троса, обрамленного нетокопроводящей (электроизоляционной) оболочкой 6 с перфорационными отверстиями 7 в ней. Полимерная электроизоляционная оболочка 6 выполнена, например, из фторопласта марки Ф-4М, Ф-40, Ф-4Д, термостойкостью до 200°С. Этот материал эластичен и обладает высокими изоляционными и прочностными свойствами.
Работает предлагаемый анод следующим образом. Насосно-компрессорная труба подключена к отрицательному полюсу станции катодной защиты (СКЗ), анод - к положительному полюсу. Защитный потенциал минус 0,9-1,1 В относительно медно-сульфатного электрода сравнения согласно ГОСТ 51164-98. Перфорационные отверстия заполнены ионопроводящей средой (затрубный раствор), что обеспечивает ионный контакт между анодом и НКТ. Вследствие того, что анод 1 и НКТ 2 подсоединены к СКЗ, наружная поверхность НКТ 2 надежно электрохимически защищается от коррозионного разрушения по всей поверхности и по всей длине.
Эффективность катодной защиты определяется величиной защитного потенциала на защищаемой поверхности, который зависит от величины локальной катодной плотности тока на этой поверхности. На величину локальной катодной плотности тока защищаемых элементов глубинной скважины преимущественное влияние оказывает электрическое сопротивление анода и обсадных колонн. Причем, при использовании протяженных анодов в изоляции без ее перфорации, НКТ не будут катодно защищены от коррозии. Для того чтобы электрохимическая защита работала, в электроизоляционной оболочке должны быть перфорационные отверстия. Причем, перфорация вблизи поверхности земли составляет 10%, с глубиной возрастает, достигая 90%.
Возрастание степени перфорации от 10 до 90% по мере углубления скважин объясняется тем, что с глубиной возрастает агрессивность среды поэтому степень электрохимической защиты (катодная плотность тока) должна возрастать. Кроме того, наибольшему коррозионному разрушению подвергается нижняя, наиболее разогретая недрами земли часть скважины (температура на глубине 4 км достигает 150-180°С). И по этой причине необходимо увеличивать степень защиты от коррозии на глубине.
10% - это минимальная степень вскрытия, когда эффект электрохимической защиты проявляется.
90% - максимальная степень вскрытия, когда сохраняются надежная защита от электрического короткого замыкания между анодом и НКТ, а также механическая прочность электроизоляционного покрытия.
Таким образом, видно, что предлагаемый нами анод обеспечивает защиту от коррозии наружной поверхности насосно-компрессорной трубы нефтегазодобывающей скважины, а стоимость анода из коррозионностойкой стали значительно ниже, чем из меди.
На предприятии был изготовлен опытный образец анода. Проведенные лабораторные испытания дали хорошие результаты.
На основании вышеизложенного, с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемое нами решение задачи отвечает всем требованиям для признания его изобретением и защиты патентом Российской Федерации.
Анод для защиты от коррозии нефтегазодобывающих скважин, состоящий из токопроводника в оболочке на полимерной основе, отличающийся тем, что он размещен в скважине между насосно-компрессорной и обсадной трубами на всю длину защищаемой поверхности насосно-компрессорной трубы, при этом токопроводник выполнен в виде гибкого стального троса из коррозионно-стойкой стали, а оболочка - перфорированной, из эластичного, термостойкого, изоляционного материала, причем перфорация оболочки выполнена на всей поверхности по длине анода, а степень перфорации оболочки возрастает пропорционально длине защищаемой поверхности насосно-компрессорной трубы от 10 до 90%.
