(57)【要約】  陰極防食システムが、土壌媒体を通過する印加電流陰極防食回路からセラーによって実質的に遮蔽される井戸ケーシングの包囲される上方区分を有する地下井戸ケーシングのために、提供される。印加電流陰極防食回路が、井戸ケーシングの包囲されていない下方区分を防食するために、提供される。井戸ケーシングの包囲される上方区分を防食するために、追加の陰極防食回路が、提供される。前記追加の陰極防食回路は、井戸ケーシングの包囲される上方区分および前記包囲される上方区分に周方向に載置される１つ以上のブレスレット流電陽極を含む流電陽極陰極防食回路である。井戸ケーシングの包囲される上方区分および前記１つ以上のブレスレット流電陽極は、セラー裏込めによって実質的に取り囲まれ、流電陽極陰極防食回路は、セラー裏込めの範囲内の幅広い不均質性にわたって、同様に有効である。
2014528514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラー領域における１つ以上の垂直井戸ケーシング区分に改良された陰極防食を提供するためのブレスレット陽極アセンブリであって、前記セラー領域は、セラー環によって境界され、かつ前記１つ以上の垂直井戸ケーシング区分を取り囲む電解質組成物で部分的に充填され、前記セラー領域における前記１つ以上の垂直井戸ケーシング区分は、セラー領域井戸ケーシングを画定し、前記ブレスレット陽極アセンブリは、
前記セラー領域井戸ケーシングの外側表面の円筒状小区分を周方向に取り囲むように適合される複数の円弧状ブレスレット陽極であって、前記複数の円弧状ブレスレット陽極が、緊締されたときに、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面の前記円筒状小区分上の固定した垂直位置に前記複数の円弧状ブレスレット陽極を締め付けるように動作可能である円形の緊締可能なブレスレット形態で、機械的に接続されるように動作可能であるようにし、前記複数の円弧状ブレスレット陽極の各それぞれの円弧状ブレスレット陽極が、
前記それぞれの円弧状ブレスレット陽極に機械的支持を提供する円弧状陽極フレームであって、前記円形の緊締可能なブレスレット形態で隣接する円弧状ブレスレット陽極の１つ以上の支持具への機械的接続がなされることを可能にするように、各遠位端で１つ以上の支持具を有する、円弧状陽極フレームと、
前記円弧状陽極フレームに接続される円弧状陽極芯であって、前記円弧状陽極フレームが前記円弧状陽極芯内に植設され、前記円弧状陽極芯の表面と前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面との間の前記電解質組成物を通るイオン経路を動作可能に提供するように、前記円弧状陽極芯の前記表面が、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面の前記円筒状小区分を周方向に取り囲むことを可能にするようにし、その中に陽極開口部を画定する、円弧状陽極芯と、によって特徴付けられる、複数の円弧状ブレスレット陽極と、
前記円形の緊締可能なブレスレット形態で、前記複数の円弧状ブレスレット陽極のそれぞれを前記１つ以上の隣接する円弧状ブレスレット陽極に機械的に接続する複数のコネクタであって、前記複数のコネクタのそれぞれが、前記それぞれの円弧状ブレスレット陽極の前記円弧状陽極フレームの前記遠位端のうちの１つにおいて、前記支持具と接続され、さらに、前記１つ以上の隣接する円弧状ブレスレット陽極の前記円弧状陽極フレームの前記遠位端のうちの１つの前記支持具に接続されるように適合可能であり、それによって、前記円形の緊締可能なブレスレット形態が、前記複数のコネクタに適用された力によって、動作可能に緊締されることを可能にする、複数のコネクタと、
１つ以上の金属製短絡棒であって、前記１つ以上の金属製短絡棒のそれぞれが、前記それぞれの金属製短絡棒が前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面と接触するように動作可能であるように、それぞれの円弧状陽極芯の前記陽極開口部を通して、前記複数の円弧状ブレスレット陽極のそれぞれに対して位置付けられ、それによって、前記１つ以上の金属製短絡棒のそれぞれが、前記それぞれの円弧状陽極芯と前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面との間の電気的接続を達成して、前記それぞれの円弧状陽極芯と前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面との間の電子経路を提供するように動作可能であるように、前記複数の金属製短絡棒のそれぞれが、前記それぞれの円弧状陽極芯と直接電気接触するように動作可能であり、前記電子経路および前記イオン経路が、改良された流電陽極陰極防食回路を達成する、１つ以上の金属製短絡棒と、によって特徴づけられる、ブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項２】
前記円弧状陽極フレームが、前記陽極開口部と整列する、その中のフレーム開口部によって特徴付けられ、
前記複数の金属製短絡棒のそれぞれが、それぞれの円弧状陽極フレームの前記フレーム開口部を通して前記複数の円弧状ブレスレット陽極のそれぞれに対して位置付けられるようにさらに動作可能であり、前記複数の金属製短絡棒のそれぞれが、それによって、前記それぞれの円弧状陽極フレームと直接電気接触しており、
前記それぞれの円弧状陽極芯と前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面との間の前記電気的接続が、
前記それぞれの円弧状陽極芯と前記それぞれの円弧状陽極フレームとの間の第１の電気的接続と、
前記それぞれの金属製短絡棒と前記それぞれの円弧状陽極フレームとの間の第２の電気的接続と、によって、さらに特徴付けられる、請求項１に記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項３】
前記陽極開口部および前記フレーム開口部のうちの１つ以上が、ねじ状であり、前記１つ以上の金属製短絡棒のそれぞれが、ねじである、請求項２に記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項４】
前記複数の円弧状ブレスレット陽極が、第１の半円形ブレスレット陽極および第２の半円形ブレスレット陽極を画定するちょうど２つの半円形ブレスレット陽極を含み、前記第１の半円形ブレスレット陽極の前記円弧状陽極フレームが、第１の半円形陽極フレームを画定し、前記第２の半円形ブレスレット陽極の前記円弧状陽極フレームが、第２の半円形陽極フレームを画定し、前記２つの半円形ブレスレット陽極が、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面の前記円筒状小区分を周方向に取り囲むように動作可能であるように、前記２つの半円形ブレスレット陽極のそれぞれが、水平に対立して位置付けられるように適合され、
前記第１の半円形ブレスレット陽極のための前記半円形陽極フレームおよび前記第２の半円形ブレスレット陽極のための前記半円形陽極フレームが、それらの各遠位端でちょうど２つの支持具を含み、各支持具が、そこから外向きに、それに対して垂直な角度で突設し、
前記複数のコネクタが、ちょうど４つの締結具を有し、前記ちょうど４つの締結具のそれぞれが、前記第１の半円形陽極フレーム上のそれぞれの支持具および前記第２の半円形陽極フレーム上のそれぞれの支持具に対応する、請求項１〜３のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項５】
前記電解質組成物が、海水を上回る抵抗率を有し、
前記セラー領域井戸ケーシングが、２メートル未満の垂直長さ寸法を有し、
前記円弧状陽極芯の前記表面と前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面との間の前記イオン経路が、前記電解質組成物を通して、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面に改良された陰極防食をその全体に提供するように動作可能である、請求項１〜４のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項６】
前記セラー領域内の前記電解質組成物が、不均質電解質組成物であり、
前記イオン経路が、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面に沿ういずれの断面円に沿ういずれの点とも同等である有効な経路長を有する改良されたイオン経路であり、前記不均質電解質組成物内に位置付けられる予めパッケージ化された円筒状陽極によって提供され得るものよりも低い改良された全体抵抗値を提供する、請求項１〜５のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項７】
前記セラー領域井戸ケーシングが、コーティングされていない地金である外側表面を有する、請求項１〜６のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項８】
前記金属製短絡棒が、尖端を有するねじである、請求項１〜７のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項９】
前記ブレスレット陽極アセンブリが、少なくとも１つの円弧状陽極フレームと前記セラー領域井戸の前記外側表面とを電気的に接続するケーブルコネクタによってさらに特徴付けられ、前記１つ以上の垂直井戸ケーシング区分が、水井戸を目的としたものである、請求項１〜８のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項１０】
前記円弧状陽極芯が、前記円弧状陽極フレームに一体的に接続される、請求項１〜９のいずれかに記載のブレスレット陽極アセンブリ。
【請求項１１】
地下井戸ケーシングのための改良された陰極防食システムであって、前記地下井戸ケーシングが、セラー領域中にその上方垂直井戸ケーシング区分および前記セラー領域より下に１つ以上の下方井戸ケーシング区分を有し、前記セラー領域が、セラー環によって境界され、前記セラー領域中の前記垂直井戸ケーシング区分が、セラー領域井戸ケーシングを画定し、前記改良された陰極防食システムが、
前記下方井戸ケーシング区分のうちの前記１つ以上と連通する海底電解質によって取り囲まれる地下陽極ベッドによって特徴付けられる印加電流陰極防食システムであって、前記地下陽極ベッドが、前記海底電解質を通して前記下方井戸ケーシング区分のうちの前記１つ以上に第１のイオン経路を提供するように適合され、前記地下陽極ベッドはさらに、前記地下井戸ケーシングに第１の電子経路を提供するように、１つ以上のケーブルおよび１つ以上の陰極防食整流器を通して前記地下井戸ケーシングに電気的に接続され、前記印加電流陰極防食システムが、前記地下井戸ケーシングに一次陰極防食を提供する、印加電流陰極防食システムと、
前記セラー領域井戸ケーシングに周方向に載置され、かつセラー電解質によって取り囲まれる１つ以上のブレスレット陽極によって特徴付けられる改良された流電陽極陰極防食システムであって、前記セラー電解質が、前記セラー環によって境界され、かつ前記セラー領域井戸ケーシングの外側表面を取り囲み、前記１つ以上のブレスレット陽極が、前記セラー領域井戸ケーシングを周方向に取り囲み、かつ前記セラー電解質を通して、前記セラー領域井戸ケーシングに第２のイオン経路を提供し、前記１つ以上のブレスレット陽極が、前記地下井戸ケーシングに第２の電子経路を提供するように、１つ以上の短絡ねじを通して、前記セラー領域井戸ケーシングにさらに電気的に接続され、前記改良された流電陽極陰極防食システムが、前記地下井戸ケーシングに二次陰極防食を提供する、改良された流電陽極陰極防食システムと、によって、特徴付けられる、改良された陰極防食システム。
【請求項１２】
前記セラー環が、前記地下陽極ベッドから前記セラー領域井戸ケーシングへの前記第１のイオン経路を遮蔽する、請求項１１に記載の陰極防食システム。
【請求項１３】
前記第１の電子経路を前記下方井戸ケーシング区分の深い区分に動作可能に送るように、前記下方井戸ケーシング区分のうちの１つ以上が、表面コーティングされ、前記下方井戸ケーシング区分の１つ以上の前記深い区分が、コーティングされていない地金である、請求項１１〜１２のいずれかに記載の陰極防食システム。
【請求項１４】
前記セラー領域井戸ケーシングが、コーティングされていない地金である外側表面を有する、請求項１１〜１３のいずれかに記載の陰極防食システム。
【請求項１５】
前記セラー電解質が、海水を上回る抵抗率を有する不均質電解質組成物であり、
前記第２のイオン経路が、改良されたイオン経路であって、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面に沿ういずれの断面円に沿ういずれの点とも同等である有効な経路長を有し、前記セラー電解質内に位置付けられる予めパッケージ化された円筒状陽極によって提供され得るものよりも低い改良された全体抵抗値を提供する、請求項１１〜１４のいずれかに記載の陰極防食システム。
【請求項１６】
前記短絡ねじの先端が、前記第２の電子経路の有効性を動作可能に改良するように尖っている、請求項１１〜１５のいずれかに記載の陰極防食システム。
【請求項１７】
前記改良された流電陽極陰極防食システムが、前記セラー電解質における腐食から前記セラー領域井戸ケーシングを保護するための改良された流電陽極陰極防食回路を完成する前記第２の電子経路と重複する第３の電子経路を提供するように、１つ以上のブレスレット陽極に電気的に接続され、かつ前記セラー領域井戸ケーシングに電気的に接続されるケーブルによって、さらに特徴付けられる、請求項１１〜１６のいずれかに記載の陰極防食システム。
【請求項１８】
地下井戸ケーシングに改良された陰極防食を提供するための方法であって、前記地下井戸ケーシングが、セラー領域中のその上方垂直井戸ケーシング区分および前記セラー領域より下の１つ以上の下方井戸ケーシング区分を有し、前記セラー領域が、セラー環によって境界され、前記セラー領域中の前記垂直井戸ケーシング区分が、セラー領域井戸ケーシングを画定し、前記方法が、
前記下方井戸ケーシング区分のうちの１つ以上と連通する海底電解質によって取り囲まれる地下陽極ベッドによって特徴付けられる印加電流陰極防食回路を完成するステップであって、前記地下陽極ベッドが、前記海底電解質を通して前記下方井戸ケーシング区分のうちの１つ以上に第１のイオン経路を提供するように適合され、前記地下陽極ベッドが、前記地下井戸ケーシングに第１の電子経路を提供するように、１つ以上のケーブルおよび１つ以上の陰極防食整流器を通して前記地下井戸ケーシングにさらに電気的に接続され、前記印加電流陰極防食システムが、前記地下井戸ケーシングに一次陰極防食を提供する、印加電流陰極防食回路を完成するステップと、
前記セラー領域井戸ケーシングに周方向に載置され、セラー電解質によって取り囲まれる１つ以上のブレスレット陽極によって特徴付けられる改良された流電陽極陰極防食回路を完成するステップであって、前記セラー電解質が、前記セラー環によって境界され、かつ前記セラー領域井戸ケーシングの外側表面を取り囲み、前記１つ以上のブレスレット陽極が、前記セラー領域井戸ケーシングを周方向に取り囲み、かつ前記セラー電解質を通して、前記セラー領域井戸ケーシングに第２のイオン経路を提供し、前記１つ以上のブレスレット陽極が、前記地下井戸ケーシングに第２の電子経路を提供するように、１つ以上の短絡ねじを通して、前記セラー領域井戸ケーシングにさらに電気的に接続され、前記改良された流電陽極陰極防食システムが、前記地下井戸ケーシングに二次陰極防食を提供する、改良された流電陽極陰極防食回路を完成するステップと、によって特徴付けられる、方法。
【請求項１９】
前記セラー環が、前記地下陽極ベッドから前記セラー領域井戸ケーシングへの前記第１のイオン経路を遮蔽する、請求項１８に記載の改良された陰極防食を提供するための方法。
【請求項２０】
前記第１の電子経路を前記下方井戸ケーシング区分の深い区分に動作可能に送るように、前記下方井戸ケーシング区分のうちの１つ以上が、表面コーティングされ、前記下方井戸ケーシング区分の１つ以上の前記深い区分が、コーティングされていない地金である、請求項１８〜１９のいずれかに記載の改良された陰極防食を提供するための方法。
【請求項２１】
前記セラー電解質が、海水を上回る抵抗率を有する不均質電解質組成物であり、
前記第２のイオン経路が、改良されたイオン経路であって、前記セラー領域井戸ケーシングの前記外側表面に沿ういずれの断面円に沿ういずれの点とも同等である有効な経路長を有し、前記セラー電解質内に位置付けられる予めパッケージ化された円筒状陽極によって提供され得るものよりも低い改良された全体抵抗値を提供する、請求項１８〜２０のいずれかに記載の改良された陰極防食を提供するための方法。
【請求項２２】
前記金属製短絡ねじの先端が、前記第２の電子経路の有効性を動作可能に改良するように尖っている、請求項１８〜２１のいずれかに記載の改良された陰極防食を提供するための方法。
【請求項２３】
前記改良された流電陽極陰極防食システムが、前記セラー電解質における腐食から前記セラー領域井戸ケーシングを防食するための改良された流電陽極陰極防食回路を完成する前記第２の電子経路と重複する第３の電子経路を提供するように、１つ以上のブレスレット陽極に電気的に接続され、前記セラー領域井戸ケーシングに動作可能に電気的に接続されるように適合されるケーブルによってさらに特徴付けられる、請求項１８〜２３のいずれかに記載の改良された陰極防食を提供するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、油または水といった地下資源のための井戸製造システム、および具体的には、井戸セラー（ｃｅｌｌａｒ）領域の湿潤土の腐食作用から金属製井戸ケーシングを防食するための設備および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐食環境に沈められる井戸ケーシングといった井戸製造システムの鋼部品は、腐食を防止するためのいくつかの防食形態を必要とする。例えば、陰極防食（「ＣＰ」）システムは、井戸製造システムの鋼部品を腐食から保護するために従来使用されてきた。
【０００３】
一特定の種類のＣＰシステムは、流電陽極陰極防食（「ＧＡＣＰ」）システムとして知られている。ＧＡＣＰシステムにおいて、鋼構造は、陰極よりも高反応の金属から成る陽極を含む電気化学セル中の陰極として位置付けられることによって、腐食から保護されることができる（「防食された金属」）。陽極は、例えば、アルミニウム、亜鉛、またはマグネシウム等の、より高反応の金属から成ってもよい。電気化学セルは、電解質（例えば、水または湿潤土）を含み、陽極および陰極は、陽極と陰極との間にイオン経路を提供するように、同じ電解質中に位置付けられる。電気化学セルにおいて、陽極および陰極はまた、陽極と陰極との間に電子経路を提供するように、例えば、導電ケーブルによって、折衷的に接続される。
【０００４】
したがって、防食された金属および陽極が電気化学セル中に位置付けられるとき、より反応性の高い陽極は、防食された金属構造よりも優先して腐食し、それにより、防食された金属の腐食を防止する。電気化学セル中のそれらの相対位置による、陽極と防食された金属との間の自然電位の差異のため、陽極が腐食するとき、高エネルギー電子が電気的接続を通して陽極から陰極に流れ、それによって、防食された金属構造における酸化反応を防止する。このため、陽極は、陽極材料が枯渇するまで、防食された金属（陰極）の代わりに腐食する。ＧＡＣＰシステムにおけるその陽極は、「犠牲陽極」として知られており、および同様に、ＧＡＣＰシステムはまた、「犠牲陽極システム」として知られている。
【０００５】
ＧＡＣＰシステムは、海水の高伝導性ならびに流電陽極がパイプライン上に配置され得る容易さによって、海中パイプラインの陰極防食のために従来使用されてきた。一方で、ＧＡＣＰシステムは、高抵抗性の海底電解質によって取り囲まれる大きい金属構造の防食に必須となるより高い電流出力のため、地下井戸ケーシングの陰極防食に対しては主に使用されていない。
【０００６】
別の種類のＣＰシステムは、印加電流陰極防食（「ＩＣＣＰ」）システムとして知られている。ＩＣＣＰシステムは、ＩＣＣＰシステムがより大きい電流出力を提供する外部電源に接続されることが必要となるより反応性の低い陽極金属を使用することを除き、いろいろな意味で、ＧＡＣＰシステムと類似している。先行技術において、ＩＣＣＰシステムは、井戸製造システムの地下井戸ケーシングの防食を目的として使用されてきた。印加電流陰極防食システムは、（例えば、地下陽極ベッドに位置付けられる）１つ以上の外部陽極と陰極表面（例えば、井戸ケーシング）との間の電流を印加するために、Ｄ／Ｃ電源（例えば、整流されたＡ／Ｃ電源）を用いる。陽極ベッドおよび井戸ケーシングはともに地下に埋没され、海底電解質（例えば、陽極ベッドの裏込め、または井戸ケーシングの湿潤土）によって取り囲まれる。
【０００７】
ＩＣＣＰシステムは、典型的な井戸製造システムにおける地下パイプラインの全長を防食することが意図されるが、しかし、ＩＣＣＰシステムは、海底電解質から遮蔽されるそれらの区分といった井戸ケーシングの特定の区分を十分に防食することに、しばしば失敗する。特に、井戸ケーシングのある区分、例えば、地表面において、または地表面付近で、セラーによって包囲されるそれらの区分（掘削中に穴を固定するために、掘削作業の前に井戸水頭の基部に取り付けられ、井戸製造作業中に適所に残される円形の金属環、またはセメント環といった非金属環等）は、例えば、海底電解質から遮蔽され、このため、従来のＩＣＣＰシステムによって不十分にしか防食されない。セラーによって包囲される井戸ケーシングのそれら特定の区分は、例えば、井戸ケーシングの上方２メートルであり得る。
【０００８】
地下井戸ケーシングの陰極防食のためのＧＡＣＰの従来の使用法の１つは、ＩＣＣＰシステムといった他の手段によって防食されるべき井戸ケーシング残余部分を残して、井戸ケーシングの表面上、または表面付近における比較的少数の井戸ケーシング継手または区分に、追加の陰極防食システムを提供することであった。したがって、複合されたＩＣＣＰおよびＧＡＣＰシステムは、井戸ケーシングの全体の防食、ならびにセラー領域における井戸ケーシング区分の局所的防食を提供するために使用されてきた。この目的で使用される従来のＧＡＣＰシステムは、標準円筒状陽極、例えば、セラー内に位置付けられた、２つの予めパッケージ化された６０ｌｂｓのマグネシウム陽極を含んでいた。ＩＣＣＰシステムと比べて比較的低いＧＡＣＰシステムの電流出力のため、ならびにセラー領域における不均質電解質の比較的高い水準のため、セラー領域においてＧＡＣＰシステムを使用することの固有の不利益がある。「裏込め」としてもまた称される、セラー領域における電解質は、例えば、掘削泥水、セメント、または他の異物といった種々の非導電性物質、またはより導電性の低い物質（本明細書において「不均質」と称される）によって、汚染され得る。不均質な裏込めは、不利なことに、電気化学セル内の抵抗を上昇し、ＧＡＣＰシステムの有効性を低減する。関連する不利益は、裏込めの不均質性の上昇によって、ＧＡＣＰシステムの継続中の有効性が経時的に低減され、いずれは、裏込めは陰極防食の十分な水準を回復するために定期的に交換されなければならず、それは時間および費用の両方がかかる可能性があり、ならびに、裏込めの定期的な交換の失敗は、セラー領域における金属構造に著しい腐食を生じ、それは、さらに時間および費用がかかる上方の井戸ケーシング継手の修復をもたらすということである。セラー領域における井戸ケーシング区分の改良された陰極防食システムの技術分野において、汚染された裏込め中でより優れた有効性を示し、裏込めの定期的な交換の必要性を低減または排除する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００９】
出願人は、油および水井戸製造作業において井戸ケーシングの被包囲区分に関連する、従来の陰極防食システムの前述の不利益を認識する。セラー領域で井戸ケーシングを取り囲むセメントが、不利なことに、現在のＩＣＣＰシステムの電流を妨げる遮蔽効果を作り出す場合、改良された追加の陰極防食システムは、セラー領域における腐食から井戸ケーシングをより効果的に保護することが必要とされる。井戸ケーシングを取り囲むセメントの除去は、遮蔽効果を低減し得るが、しかし、そのようなプロセスは、危険で、費用がかかり、および時間を消費する。そのため、出願人は、セラー領域における従来のＧＡＣＰシステムの既知の使用よりもより効果的である、改良された追加の陰極防食システムを提供する。
【００１０】
出願人によって認識される前述の不利益を考慮して、本明細書において、出願人は、セラー領域における井戸ケーシング区分の局所的防食のための、ブレスレット流電陽極を使用する改良された陰極防食システムを提供する。本明細書で説明される改良された陰極防食システムは、セラー領域におけるＧＡＣＰシステムの従来の使用の固有の不利益を克服することによって、セラー領域内の井戸ケーシングの被包囲区分をより効果的に防食することができる。改良された陰極防食システムの実施形態は、有利には、不均質な裏込めに強化された耐久性を提供し、井戸ケーシングを取り囲むセメントのいずれかを除去する必要性を排除し、ならびに、セラー領域内の裏込めを定期的に交換する必要性を低減または排除する。本発明の実施形態は、例えば、従来使用される円筒状陽極と比較して減少した陽極抵抗を提供する形状、構造、および構成を有する犠牲陽極を提供する。本発明の実施形態に従って、例えば、犠牲陽極の形状および構造は、陽極表面と陰極表面との間の距離を縮小させ、それによって、有益に、陰極防食回路の抵抗を減少する。また、本発明の実施形態に従って、例えば、犠牲陽極の形状および構造は、陽極の表面積を増加させ、それによって、有益に、陰極防食回路の抵抗を減少する。本発明の実施形態は、犠牲陽極アセンブリのより簡易で安全な設置および除去を可能にすることにより、セラー領域における現在の井戸ケーシングに比類なく適している改良された犠牲陽極アセンブリをさらに提供する。
【００１１】
本発明の一例示的な実施形態は、セラー領域中の１つ以上の垂直井戸ケーシング区分に改良された陰極防食を提供するためのブレスレット陽極アセンブリを含み、セラー領域はセラー環によって境界され、かつ１つ以上の垂直井戸ケーシング区分を取り囲む電解質組成物で部分的に充填され、セラー領域中の１つ以上の垂直井戸ケーシング区分は、セラー領域井戸ケーシングを画定する。
【００１２】
そのような一例示的な実施形態において、ブレスレット陽極アセンブリは、セラー領域井戸ケーシングの外側表面の円筒状小区分を周方向に取り囲むように適合される複数の円弧状ブレスレット陽極を含み、複数の円弧状ブレスレットが、緊締されたときに、セラー領域井戸ケーシングの外側表面の円筒状小区分上の固定した垂直位置に複数の円弧状ブレスレット陽極を締め付けるように動作可能である実質的に円形の緊締可能なブレスレット形態で、機械的に接続されるように動作可能であるようにする。
【００１３】
そのような一例示的な実施形態において、複数の円弧状ブレスレット陽極の各それぞれの円弧状ブレスレット陽極は、それぞれの円弧状ブレスレット陽極に機械的支持を提供するための円弧状陽極フレームであって、実質的に円形の緊締可能なブレスレット形態で隣接するブレスレット陽極の１つ以上の支持具への機械的接続がなされることを可能にするように、各遠位端で１つ以上の支持具を有する、円弧状陽極フレームを含み、１つ以上の支持具のそれぞれは、その中に締結具を受容するための締結孔を有する。
【００１４】
そのような一例示的な実施形態において、複数の円弧状ブレスレット陽極の各それぞれの円弧状ブレスレット陽極は、円弧状陽極芯の表面とセラー領域井戸ケーシングの外側表面との間の電解質組成物を通るイオン経路を動作可能に提供するように、円弧状陽極芯の表面が、セラー領域井戸ケーシングの外側表面の円筒状小区分を実質的に周方向に取り囲むことを可能にするため、円弧状陽極フレームが円弧状陽極芯の中に実質的に組み込まれるように円弧状陽極フレームに一体的に接続される円弧状陽極芯をさらに含み、円弧状陽極芯は、その中に陽極ねじ孔を画定する。
【００１５】
そのような一例示的な実施形態において、複数の円弧状ブレスレット陽極の各それぞれの円弧状ブレスレット陽極は、実質的に円形の緊締可能なブレスレット形態で、複数の円弧状ブレスレット陽極のそれぞれと１つ以上の隣接する円弧状ブレスレット陽極とを機械的に接続するための複数の締結具をさらに含み、複数の締結具のそれぞれは、それぞれの円弧状ブレスレット陽極の円弧状陽極フレームの各遠位端で支持具内の締結孔を通して、および、さらに１つ以上の隣接する円弧状ブレスレット陽極の円弧状陽極フレームの各遠位端で支持具内の締結孔を通して、位置付けられるように適合可能であり、それによって、実質的に円形の緊締可能なブレスレット形態が、複数の締結具に適用されるトルクによって動作可能に緊締されることを可能にする。
【００１６】
そのような一例示的な実施形態において、複数の円弧状ブレスレット陽極の各それぞれの円弧状ブレスレット陽極は、それぞれの金属製短絡ねじがセラー領域井戸ケーシングの外側表面と接触するように動作可能であるように、１つ以上の金属製短絡ねじのそれぞれが複数の円弧状ブレスレット陽極のそれぞれに対するそれぞれの円弧状陽極芯の陽極ねじ孔を通して位置付けられる１つ以上の金属製短絡ねじをさらに含み、それによって、１つ以上の金属製短絡ねじのそれぞれが、それぞれの円弧状陽極芯とセラー領域井戸ケーシングの外側表面との間の電気的接続を達成するために動作可能で、それぞれの円弧状陽極芯とセラー領域井戸ケーシングの外側表面との間の電子経路を提供するように、複数の金属製短絡ねじのそれぞれは、それによってそれぞれの円弧状陽極芯と直接電気接触するように動作可能であり、電子経路およびイオン経路は、改良された流電陽極陰極防食回路を完成する。
【００１７】
本発明の別の例示的な実施形態は、地下井戸ケーシングのための改良された陰極防食システムを含み、地下井戸ケーシングは、セラー領域中にその上方垂直井戸ケーシング区分およびセラー領域の下に１つ以上の下方井戸ケーシング区分を有し、セラー領域は、セラー環によって境界され、セラー領域中の垂直井戸ケーシング区分は、セラー領域井戸ケーシングを画定する。
【００１８】
そのような一例示的な実施形態において、改良された陰極防食システムは、１つ以上の下方井戸ケーシング区分と連通する海底電解質によって取り囲まれる地下陽極ベッドであって、海底電解質を通して１つ以上の下方井戸ケーシング区分に第１のイオン経路を提供するように適合され、地下井戸ケーシングに第１の電子経路を提供するように、１つ以上のケーブルおよび１つ以上の陰極防食整流器を通して地下井戸ケーシングにさらに電気的に接続される地下陽極ベッドを含む、印加電流陰極防食システムを含み、印加電流陰極防食システムは、地下井戸ケーシングに一次陰極防食を提供する。
【００１９】
そのような一例示的な実施形態において、改良された陰極防食システムは、セラー領域井戸ケーシングに周方向に載置され、セラー電解質によって取り囲まれる１つ以上のブレスレット陽極であって、セラー電解質はセラー環によって境界され、かつセラー領域井戸ケーシングの外側表面を取り囲み、１つ以上のブレスレット陽極は、セラー領域井戸ケーシングを周方向に取り囲み、かつセラー電解質を通してセラー領域井戸ケーシングに第２のイオン経路を提供し、地下井戸ケーシングに第２の電子経路を提供するように、１つ以上の短絡ねじを通してセラー領域井戸ケーシングにさらに電気的に接続される１つ以上のブレスレット陽極を含む、改良された流電陽極陰極防食システムをさらに含み、改良された流電陽極陰極防食システムは、地下井戸ケーシングに二次陰極防食を提供する。
【００２０】
本発明のさらなる別の例示的な実施形態は、地下井戸ケーシングに改良された陰極防食を提供するための方法を含み、地下井戸ケーシングは、セラー領域中にその上方垂直井戸ケーシング区分およびセラー領域の下に１つ以上の下方井戸ケーシング区分を有し、セラー領域は、セラー環によって境界され、セラー領域中の垂直井戸ケーシング区分は、セラー領域井戸ケーシングを画定する。
【００２１】
そのような一例示的な実施形態において、方法は、下方井戸ケーシング区分のうちの１つ以上と連通する海底電解質によって取り囲まれる地下陽極ベッドであって、海底電解質を通して下方井戸ケーシング区分のうちの１つ以上に第１のイオン経路を提供するように適合され、地下井戸ケーシングに第１の電子経路を提供するように、１つ以上のケーブルおよび１つ以上の陰極防食整流器を通して地下井戸ケーシングにさらに電気的に接続される地下陽極ベッドを含む、印加電流陰極防食回路を完成するステップを含み、印加電流陰極防食システムは、地下井戸ケーシングに一次陰極防食を提供する。
【００２２】
そのような一例示的な実施形態において、方法は、セラー領域井戸ケーシングに周方向に載置され、セラー電解質によって取り囲まれる１つ以上のブレスレット陽極であって、セラー電解質はセラー環によって境界され、かつセラー領域井戸ケーシングの外側表面を取り囲み、１つ以上のブレスレット陽極は、セラー領域井戸ケーシングを周方向に取り囲み、かつセラー電解質を通してセラー領域井戸ケーシングに第２のイオン経路を提供し、地下井戸ケーシングに第２の電子経路を提供するように、１つ以上の短絡ねじを通してセラー領域井戸ケーシングにさらに電気的に接続される１つ以上のブレスレット陽極を含む、改良された流電陽極陰極防食回路を完成するステップを含み、改良された流電陽極陰極防食システムは、地下井戸ケーシングに二次陰極防食を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の特徴および利益、ならびに明らかになるであろう他のものがより詳細に理解され得るように、本発明の実施形態のより具体的な説明が、本明細書の一部を成す添付の図面において例示されるそれらの実施形態を参照することによりもたらされ得る。しかし、図面は、本発明の種々の実施形態のみを例示し、したがって、それが、他の有効な実施形態を同様に含み得るように、本発明の範囲を制限するとはみなされないことにも留意されたい。
【００２４】
【図１】地下井戸ケーシングおよび井戸のセラー領域の略正断面図である。
【００２５】
【図２】地下井戸ケーシングおよび井戸のセラー領域、ならびに井戸のセラー領域外側の井戸ケーシングを防食するための既知の印加電流陰極防食システムの略正断面図である。
【００２６】
【図３ａ】地下井戸ケーシングおよび井戸のセラー領域、ならびに井戸のセラー領域内側の井戸ケーシングの一区分を防食するための既知の流電陽極陰極防食システムの略正断面図である。
【００２７】
【図３ｂ】地下井戸ケーシングおよび井戸のセラー領域、ならびに井戸のセラー領域内側の井戸ケーシングの一区分を防食するための既知の流電陽極陰極防食システムの略平断面図である。
【００２８】
【図４ａ】地下井戸ケーシングおよび井戸のセラー領域、ならびに本発明の一実施形態に従って、井戸のセラー領域内側の井戸ケーシングの一区分を防食するための改良された流電陽極陰極防食システムの略正断面図である。
【００２９】
【図４ｂ】地下井戸ケーシングおよび井戸のセラー領域、ならびに図４ａの実施形態の改良された流電陽極陰極防食システムの略平断面図である。
【００３０】
【図４ｃ】設置された短絡ねじの拡大図を示す、地下井戸ケーシング、ならびに図４ａの実施形態の改良された流電陽極陰極防食システムの略正断面図である。
【００３１】
【図５ａ】本発明の一実施形態に従って、井戸のセラー領域内側の井戸ケーシングの一区分を防食するための改良された流電陽極陰極防食システムの正面図（および透過図）である。
【００３２】
【図５ｂ】陽極フレームを示す、図５ａの改良された流電陽極陰極防食システムの正断面図（および透過図）である。
【００３３】
【図５ｃ】陽極フレームを示す、図５ａの改良された流電陽極陰極防食システムの平面図（および透過図）である。
【００３４】
【図５ｄ】システムの種々の構成要素の例示的寸法を例示する、図５ａの改良された流電陽極陰極防食システムの正面図（および透過図）である。
【００３５】
【図５ｅ】ケーシングの一区分に設置された陽極を示す、図５ａの改良された流電陽極陰極防食システムの平断面図である。
【００３６】
【図５ｆ】図５ａの改良された流電陽極陰極防食システムの等角図である。
【００３７】
【図６】地下井戸ケーシング、井戸のセラー領域、井戸のセラー領域外側の井戸ケーシングの一区分を防食するための既知の印加電流陰極防食システム、ならびに本発明の一実施形態に従って、井戸のセラー領域内側の井戸ケーシングの一区分を防食するための図５ａの改良された流電陽極陰極防食システムの略正断面図である。
【００３８】
【図７】本発明の実施形態に従う、短絡ねじ、ブレスレット陽極、陽極フレーム、およびセラー領域井戸ケーシングの等角断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、油または水井戸のセラー領域によって包囲される１つ以上の井戸ケーシング区分のための陰極防食に関する。図１を参照して示され得るように、セラー領域１００は、部分的または完全に地表面１０７の下、井戸頭１０２付近の、地中に設置されるセラー環１０１によって境界される。セラー環１０１は、掘削の間、穴を固定するために、概して掘削作業の前に設置され、通常、製造作業の間、依然として残される。セラー環１０１は、例えば、図１における断面図、および図３ｂにおける正面図を参照して示され得るように、実質的に円筒状の形状を有し得る。他の実施形態において、当業者に明らかになるように、セラー環１０１は、任意の閉じた形状または実質的に閉じた形状であってもよい。セラー環１０１は、当業者に理解されるように、金属物、非金属物（すなわち、コンクリート）、または金属物および非金属物の両方を含むセラー材料で構成され得る。
【００４０】
図１および図３ｂを参照してさらに示され得るように、セラー環１０１は、全側面上の井戸ケーシング１０６の１つ以上の区分を取り囲み、そのような区分または複数の区分は、本明細書において、井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８、または簡単に、セラー領域井戸ケーシング１０８と称される。セラー環１０１と井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８との間には、裏込め１０４によって全体的または部分的に充填または占有され得る実質的な空間がある。裏込め１０４は、例えば、湿潤土、ならびに油、コンクリート、掘削泥、および、時折その中に堆積する傾向がある掘削作業または製造作業の同様の副産物といった任意の異物を含む土壌媒体を含み得る（すなわち、不均質な裏込め）。
【００４１】
セラー領域１００の下であり、裏込め１０４を支持するのは、泥、岩石、砂、貯水池、および同様の地下土壌媒体または土構造物といった土壌媒体を含む地表面下１０５である。セラー環１０１は、セラー領域井戸ケーシング１０８が裏込め１０４、大気１１２、または裏込め１０４および大気１１２によって実質的に取り囲まれるように、地表面１０７を通して延出する。図１を参照して示され得るように、井戸頭１０２を含む井戸ケーシングの部分は、セラー領域の上に位置付けられ得る。しかし、ある実施形態において、井戸頭１０２は、セラー領域中に位置付けられてもよく、被包囲区分１０８またはセラー領域井戸ケーシング１０８の定義内に含まれ得る。
【００４２】
井戸ケーシングを防食するために使用される従来のＩＣＣＰシステムは、図２を参照して示され得る。そのようなＩＣＣＰシステムにおいて、深部陽極ベッド２０２中の陽極は、Ａ／Ｃ整流器２０１によって駆動される。深部陽極ベッド２０２と井戸ケーシング１０６との間の１つ以上のイオン経路２００は、不利なことに、セラー環１０１によって、および裏込め１０４によって、井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８から全体的または部分的に遮蔽される。深部陽極ベッド２０２と井戸ケーシング１０６の表面間の距離は、整流器定格、ならびに井戸ケーシング１０６が外部からコーティングされているかどうかによって異なる。しかし、当業者によって理解されるように、ある用途における距離は、約１５０メートルであり得る。セラー１００中の裏込め１０４は、例えば、裏込め１０４中の汚染物質によって、イオン経路２００を井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８からさらに遮蔽し得る。その結果、セラー環１０１および裏込め１０４は、不利なことに、土壌媒体１０５中の電解質を通るイオン経路を井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８から遮蔽し、このため、任意の関連する流線または井戸頭２０２等の井戸の他の金属製部品を含む井戸ケーシング１０６全体の効率的な防食を阻む。
【００４３】
セラー領域１００中の井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８を防食するために使用される従来のＧＡＣＰシステムが、図３ａおよび３ｂを参照して示され得る。そのようなＧＡＣＰシステムにおいて、井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８の局所的防食は、裏込め１０４内に位置付けられるか、またはさもなければ裏込め１０４によって支持される、セラー１００内の裏込め１０４中に配置される予めパッケージ化されたマグネシウム陽極３０１および３０２によって提供された。裏込め１０４が掘削および製造作業の間中を通して、例えば、掘削泥、油、セメント、掘削破片、地層水、および他の汚染物質によって経時的に汚染される傾向があるように、ＧＡＣＰシステムの電気抵抗は、不利なことに、予めパッケージ化されたマグネシウム陽極３０１および３０２と井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８との間のイオン経路中に生じる電解質１０４の不均質性によって上昇する。その結果、裏込め１０４は、汚染物質３０５といった汚染物質を除去し、それによって、裏込め１０４中の均質性の閾値を確保し、かつ裏込め１０４の伝導度を維持するために、定期的に交換されなければならない。予めパッケージ化されたマグネシウム陽極３０１および３０２を含むＧＡＣＰシステムは、電気化学セルを完成し、それによって、セラー領域井戸ケーシング１０８に陰極防食を提供するために、陽極３０１および３０２それぞれと井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８との間の電気的接続を提供するケーブル３０３および３０４をさらに必要とする。
【００４４】
セラー領域井戸ケーシング１０８に改良された流電陽極陰極防食を提供する本発明の例示的実施形態は、図４ａ〜ｃおよび図５ａ〜ｅを参照して示され得る。例示的な実施形態は、それらの図面で例示され、本明細書で説明されるように、２つの実質的に円弧状、またはより具体的には、半円形もしくは実質的に半円形のセラー領域井戸ケーシング１０８に周方向に載置される陽極を有する改良されたブレスレット陽極アセンブリを含む。例えば、図４ａおよび図４ｂに示されるように、垂直井戸ケーシング区分を取り囲むように、水平に対立して位置付けられ、ならびに機械的に接続される、実質的に半円形の形状を有する円弧状のブレスレット陽極４０１および４０２は、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面に放射状に隣接して位置付けられる実質的に円筒状の内側陽極表面を有する実質的に円形の陽極アセンブリ４００を動作可能に形成する。当業者は、実質的に半円形の陽極が、図５ｃにおいて、πｒ（ｒは円弧状陽極の半径である）の約１４／１５であるものとして示される、πｒよりも僅かに小さい弧長を有し得ることを理解する。本開示において、前述の観点から、「半円形の」および「実質的に半円形の」という用語は、ほぼ同義に使用されてきた。
【００４５】
しかし、当業者は、本発明が水平に対立して位置付けられる２つの実質的に半円形の陽極のみを有する実施形態に制限されないということを理解する。例えば、ある実施形態は、井戸セラー領域井戸ケーシング１０８の円周に沿って水平に位置付けられ、ならびに井戸ケーシングを取り囲むように機械的に接続され得る３つ以上の円弧状陽極を有してもよく、実質的に円形の陽極アセンブリを形成する。当業者は、本発明の異なる実施形態において、どの程度陽極が円弧状であることが必要とされるかが、使用される陽極の数、陽極間の間隔、およびセラー領域井戸ケーシング１０８の円周に左右されるということを理解する。したがって、多くの陽極、例えば、６つを超える陽極を有する本発明のある実施形態は、平面または実質的に平面の陽極を包含し得る。さらに、当業者は、本発明が、２つ以上の円弧状陽極が大きさの点で等しい、または弧長の点で等しい実施形態に制限されないことを理解する。実質的に円形の陽極アセンブリ４００は、恐らく、図４ｂを参照して最適に示され得るように、井戸ケーシング１０８の円周の全３６０度でセラー領域井戸ケーシング１０８を取り囲むことを必要とせず、当業者に理解されるように、ブレスレット陽極４０１、４０２の間の間隙が許容される（図５ｃにおいて、間隙はπｒの約１／１５であるものとして示される）。
【００４６】
しかし、他の実施形態において、実質的に円形の陽極アセンブリは、はるかに短い弧長、例えば、セラー領域井戸ケーシングの外径の約４分の１を有する２つの円弧状陽極を含んでもよく、円弧状陽極は、セラー領域井戸ケーシングの外側表面の円周に沿ってより相当な間隙を残して、括弧のようにセラー領域井戸ケーシング１０８の側面に並べてもよい。
【００４７】
図４ａを参照して示され得るように、２つの陽極、例えば、半円形ブレスレット陽極４０１および４０２は、セラー領域井戸ケーシング１０８に沿って周方向に載置され得る。ある実施形態において、セラー領域井戸ケーシング１０８は、露出した金属表面を有するむき出しのケーシングであってもよい。他の実施形態において、セラー領域井戸ケーシング１０８は、コーティングされたケーシングであってもよく、例えば、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面をコーティングする溶融接着エポキシ（「ＦＢＥ」）を有する。当業者はまた、使用され得る他の種類のコーティングを理解する。また、ある実施形態において、井戸ケーシング１０６は、セラー領域井戸ケーシング１０８の下、例えば、土壌媒体１０５を通して最深の腐食性区域に至る下までコーティングされてもよい。他の実施形態において、井戸ケーシング１０６は、ＩＣＣＰシステムによって提供される陰極防食電流が、井戸ケーシング１０６の下のより深い区域を覆わざるを得ないように、セラー領域井戸ケーシング１０８の下をコーティングされてもよいが、上方のケーシングにおいてのみである（例えば、セラー領域井戸ケーシング１０８の下の井戸ケーシングの上方４，０００フィート）。
【００４８】
図４ａおよび図４ｂに戻り、実質的に円形の陽極アセンブリ４００を形成するように、ブレスレット陽極４０１および４０２をセラー領域井戸ケーシング１０８に沿って周方向に載置することは、図３ａおよび３ｂで例示される予めパッケージ化された陽極の使用と比較して、陽極の外側表面と陰極の外側表面上（すなわち、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面）のすべての点との間の平均距離を最小化する。図４ｂを参照して示され得るように、セラー領域井戸ケーシング１０８を実質的に取り囲むように、ブレスレット陽極４０１および４０２を周方向に載置することは、陽極材料と陰極材料（井戸ケーシング１０８）との間のイオン経路４２０の平均水平距離を最小化し、一方でまた、図３ａを参照して、そのような予めパッケージ化された陽極３０１、３０２と井戸ケーシング１０８との間のイオン経路３２０の水平距離と比較して示され得るように、陽極材料の表面と陰極材料（井戸ケーシング１０８）の表面との間のイオン経路４２０の水平距離の偏差を最小化する。
【００４９】
イオン経路の水平距離の最小化は、図３ａのイオン経路３３０および図４ａの改良されたイオン経路４３０を参照して、平断面において示され得る。当業者に理解されるように、イオン経路は、陽極によって取り囲まれる井戸ケーシングの円筒状小区分表面４１０（すなわち、ブレスレット陽極４０１および４０２に直接隣接する井戸ケーシングの部分）に対して、最短となる。それにもかかわらず、ブレスレット陽極４０１および４０２に直接隣接しないブレスレット陽極４０１および４０２とセラー領域井戸ケーシングの全部分との間のイオン経路の平均長もまた、図３ａおよび３ｂで例示される予めパッケージ化された陽極の既知の使用を介する場合に関して、最小化される。
【００５０】
したがって、実質的に円形の陽極アセンブリは、有利に、井戸ケーシングの外周に沿うすべての点に関連するイオン経路の水平距離を縮小することができ、それは、有益に、裏込め１０４から井戸ケーシングの外周に沿う点を通る抵抗を低減し、それによって、そこに対する陰極防食を改良する。イオン経路、例えば、陽極と陰極との間の裏込め１０４を通るイオン経路４２０の長さを縮小することによって、任意の所与の汚染物質の濃度または不均質度に対するイオン経路中の汚染物質の絶対量が低減され得る。さらに、イオン経路、例えば、陽極と陰極との間の裏込め１０４を通るイオン経路４２０の長さを縮小することによって、イオン経路中の任意の所与の汚染物質量は、イオン経路を通して裏込め１０４の抵抗率に与える作用が少ない。その結果、改良された陰極防食システムの有効性が強化され、それによって、セラー領域井戸ケーシング１０８に提供される陰極防食の程度を上昇し、セラー領域井戸ケーシング１０８を腐食からさらに保護する。
【００５１】
有利には、ブレスレット陽極４０１および４０２は、最も腐食の影響を受けやすいセラー領域井戸ケーシングの小区分を周方向に取り囲むように位置付けられてもよく、それによって、ブレスレット陽極４０１および４０２と、最も腐食の影響を受けやすい井戸のセラー領域の小区分との間のイオン経路の長さを実質的に最小化する。したがって、陰極防食は、特に、特定の円筒状小区分４１０に対して、ならびにセラー領域井戸ケーシング１０８の全表面に対して、有益に改良され得る。
【００５２】
図４ｂを参照してさらに示され得るように、１つ以上のブレスレット陽極４０１および４０２は、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面の円筒状の形状と実質的に一致する円弧形状を有し得る。例えば、ブレスレット陽極４０１および４０２といった２つの陽極のみを有する本発明の実施形態において、陽極は、セラー領域井戸ケーシング１０８を取り囲むように水平に対立して位置付けられるときに、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面４１０を取り囲む陽極の円弧状内側表面を含む内側陽極表面４９０を有する実質的に円形の陽極アセンブリを形成する実質的に半円形の形状を有し得る。陽極は、ブレスレット陽極４０１および４０２といった陽極の円弧状内側表面が、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面のものと実質的に一致する半径を有するように、構成され得る。ある実施形態において、例えば、陽極は、２１インチ、１８インチ、１６インチ、または１５インチ等の井戸ケーシングの任意の標準の外半径（すなわち、それぞれ４２インチ、３６インチ、３２インチ、または３０インチの標準のパイプ外径）に実質的に一致するように構成され得る。
【００５３】
本発明の実施形態に従って、陽極アセンブリ４００に使用される陽極は、好ましくは、マグネシウムまたは亜鉛から成る。海底パイプラインを防食するための用途において使用されるものといったアルミニウム陽極は利用可能であるが、アルミニウム陽極は、低塩化物を有する土壌用途において好ましくない働きをする。いったん大気中の酸素に露出されると、アルミニウム陽極は、硬く、恒久的な、無傷の表面酸化膜（酸化アルミニウム）を発現する。水に富んだ塩化物を含む本用途の場合、酸化アルミニウムは、塩化物との化学反応において除去される。土壌用途において、マグネシウム陽極は、標準または高電位マグネシウムのいずれかであってもよく、亜鉛陽極は、土壌用途に対して意図されるいかなる種類のものであってもよい。
【００５４】
さらなる詳細において、図５ａおよび図５ｂを参照して示され得るように、前述の実施形態の任意の陽極が、陽極芯５０１および陽極フレーム５０３を含むブレスレット陽極４０１等のブレスレット陽極であり得る。陽極フレーム５０３は、ブレスレット陽極４０１の「骨組」として見なされてもよく、そのようなものとして、陽極フレーム５０３が、ブレスレット陽極４０１の構造支持材に、同様に、ブレスレット陽極４０１とブレスレット陽極４０２といった別のブレスレット陽極を接続するための堅く耐久性がある固定具に提供される。
【００５５】
一実施形態に従う例示的ブレスレット陽極４０１の構造は、図５ｂおよび図５ｃを参照して示され得る。陽極芯５０１は、亜鉛またはマグネシウム等の実際の陽極金属である。陽極フレーム５０３は、炭素鋼等の任意の構造的に十分な金属から構成され得る。陽極フレーム５０３は、いくつかの骨から構成され得る骨組と同様に、いくつかの相互接続される部品から構成され得る。図５ｂおよび図５ｃで例示される陽極フレーム５０３は、例えば、いくつかの帯、棒、平板、および支持具を含む。図５ｂおよび図５ｃに示されるように、例えば、帯５０３ｈ、棒５０３ｆ、ならびに平板５０３ｇおよび５０３ｅ、ならびに支持具５０３ａおよび５０３ｃは、当業者に既知の種々の技術に従って、例えば、ティグ（ＴＩＧ）溶接を使用して相互接続されることができる。
【００５６】
帯５０３ｈ、棒５０３ｆ、ならびに平板５０３ｇおよび５０３ｅ、ならびに支持具５０３ａおよび５０３ｃは、機械的に接続するための陽極芯５０１の表面をさらに提供し得る。図５ｂおよび５ｃで例示される実施形態において、陽極芯５０１は、陽極フレーム５０３を取り囲むための陽極芯５０１の結束によって促進される結束または摩擦掴みを通して、陽極フレーム５０３に機械的および電気的に接続される。陽極芯５０１は、溶融された陽極芯５０１が全側面上の陽極フレーム５０３を実質的に取り囲むように、溶融金属として陽極フレーム５０３を含む鋳型に注入されるか、あるいは据えられてもよく、それによって、陽極フレーム５０３は、陽極フレーム５０３および陽極芯５０１が一体的に接続されるように、陽極芯５０１内に実質的に植設される。しかし、陽極フレーム５０３の４つの支持具５０３ａ〜ｄといった支持具は、１つ以上の陽極フレーム５０３間の電気的接続を促進するように、露出したままである。摩擦掴みは、例えば、溶融された陽極芯５０１が鋳型の中に注入される前に、陽極フレームのメディアブラスト処理をすることによって強化されてもよい。陽極フレーム５０３上のコーティングは、そのようなコーティングが陽極芯の融点に耐えることができない範囲に対して、または陽極芯５０１との摩擦掴みが、コーティングによって侵害され得る範囲に対して望ましくない場合がある。
【００５７】
ブレスレット陽極アセンブリ４００の構造は、図５ａ、図５ｂ、および図５ｃを参照して示され得る。図５ａにおいて、ブレスレット陽極４０１は、コネクタを使用して、他のブレスレット陽極４０２に接続される。コネクタの一実施例は、陽極フレーム５０３のそれぞれの支持具５０３ａ〜ｂ（反対側の上の支持具５０３ｃおよび５０３ｄは図示せず）を陽極フレーム５０４の支持具５０４ａ〜ｂ（反対側の上の支持具５０４ｃおよび５０４ｄは図示せず）に機械的に接続するための締結具５０７ａおよび５０９ａ（反対側の上の締結具５０７ｂおよび５０９ｂは図示せず）であり得る。締結具は、例えば、ボルト（図中に示されるように）ならびに、ナット５０７ｃおよび５０９ｃ等のナットの両方を含んでもよい。本明細書でさらに説明されるように、締結具５０７ａ〜ｂおよび５０９ａ〜ｂによって提供される機械的接続、ならびにそこに適用されるトルクは、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面の円筒状小区分４１０の円周状のブレスレット陽極アセンブリ４００によって圧縮締付力を提供する。代替として、ラッチまたはヒンジといったコネクタが、ブレスレット陽極４０１とブレスレット陽極４０２を留めるために使用され得る。例えば、ヒンジが、ブレスレット陽極４０１の一端をブレスレット陽極４０２の一端に固定するために使用され得る。ドローラッチまたはテンションラッチが、ブレスレット陽極４０１の一端からブレスレット陽極４０２の他方の端部に向かって使用されてもよく、および端部を一緒に固定する。同様に、締結具が、ブレスレット陽極４０１、４０２の一端部上で使用され得るときに、ヒンジまたはテンションラッチが他方の端部上で使用される。当業者が理解するように、ラッチ機構が、ケーシング１０８上のブレスレット陽極４０１および４０２を保持するために十分な締付力を与えることを条件として、任意の様々なラッチ機構が、ブレスレット陽極４０１および陽極４０２のそれぞれの端部を固定するために使用されてもよい。支持具５０３ａ〜ｄは、種々の種類のコネクタのいずれかが、支持具５０３ａ〜ｄに取り付けられ得るように構成され得る。
【００５８】
なおさらなる詳細において、陽極アセンブリ４００の実質的に円形の形状を例示する正面図が、図５ｃを参照して示され得る。締結具５０７ａ〜ｂ（図５ａ）および５０９ａ〜ｂ（図５ａ）が、軸５８１および５８２に沿って緊締され、支持具５０３ａ、５０３ｃおよび支持具５０４ａ、５０４ｃで、陽極フレーム５０３および５０４の両方に固定されるとき、陽極フレーム５０３および５０４に適用される力は、実質的に円形の緊締可能なブレスレット形態を有するブレスレット陽極アセンブリ４００を、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面に沿って周方向に動作可能に締め付ける。図５ａを参照して示され得るように、ブレスレット陽極アセンブリ４００のそのような締め付けは、セラー領域井戸ケーシング１０８の外側表面に沿って、固定した垂直位置で（円筒状小区分４１０で）ブレスレット陽極アセンブリ４００を動作可能に載置する。
【００５９】
締結具５０７ａ〜ｂおよび５０９ａ〜ｂ上の実際のトルクは、井戸ケーシング外径の作用であり、それはまた、ブレスレット陽極の直径を定義する。一般的に、１インチ当たり１０個のねじ山を有する３／４インチボルトに対する十分なトルク要件は、以下の範囲内である：普通鋼３５０〜４２５フィート・ポンド、亜鉛めっき鋼４３８〜５３１フィート・ポンド、および被覆鋼（ｗａｘｅｄ  ｓｔｅｅｌ）１７５〜２１３フィート・ポンド。井戸ケーシング上の締付力はまた、陽極重量の作用である。純量１１０ｋｇのブレスレット陽極アセンブリに対する例示的な陽極重量に対して、剪断力は、４つの締結具すべてに対して１１０ｋｇであり、それは、締結具当たり２７ｋｇの重量である。例示的な実施形態において、図５ｆを参照して示され得るように、締結具５０７ａ〜ｄおよび５０９ａ〜ｄは、支持具５０３ａ〜ｂおよび支持具５０４ａ〜ｂ（例えば、図５ｃを参照して平立面図に示され得るように、軸５８１および５８２に沿って）に位置付けられるねじ孔５１１ａ〜ｄおよび５１２ａ〜ｄを通り得る。支持具５０３ａ〜ｄおよび５０４ａ〜ｄは、図５ｃの支持具５０３ａおよび５０３ｃに関連して、恐らく図５ｃに最適に示され得るように、それぞれの陽極フレームの遠位端に位置付けられる。図５ｃに示され得るように、陽極フレーム５０３が、実質的に半円形である場合、支持具５０３ｃおよび５０４ｃといった水平に対立する陽極フレームの２つの対立する支持具が、互いに実質的に平行に位置付けられるように、支持具５０３ａは、陽極フレーム５０３の実質的に半円形の部分から実質的に垂直な角度で突設してもよい。当業者に理解されるように、角が完全に垂直な角度から外れる度合いは、陽極フレームが完全な半円から外れる度合いに等しい。ねじ孔は、ねじ孔５１１ａ〜ｄおよび５１２ａ〜ｄに関連して図５ｆで例示されるように、非ねじ状であってもよい。そのような一実施形態において、ナット５０７ｃ〜ｄおよび５０９ｃ〜ｄが使用され得る。代替として、支持具５０３ａおよび５０３ｂといった、ボルト頭部に接続されるものと反対側の陽極フレームの支持具のねじ孔は、ねじ状であってもよく、そのような一実施形態において、ナット５０７ｃ〜ｄおよび５０９ｃ〜ｄは使用されない。ナット５０７ｃ〜ｄおよび５０９ｅ〜ｄを使用する実施形態は、有利に、陽極フレーム５０３および５０４が実質的に等しく構成されることを可能にし、それによって、製造、配水、および作動効率を強化する。
【００６０】
図５ｄを参照して示され得るように、一例示的な実施形態において、ブレスレット陽極アセンブリ４００（および対応して、ブレスレット陽極４０１および４０２のそれぞれ）は、１２〜２０インチの範囲の鉛直高さ寸法５５０、セラー領域井戸ケーシング１０８の外半径５４２を１〜２インチ上回る範囲の外半径寸法５４１（それは、例えば、２１インチであり得る）、ならびに４２インチの外径を有する井戸ケーシング１０８に対して６０〜７０ｋｇの範囲の純重量（または３０インチの外径を有する井戸ケーシングに対して、４０〜５０ｋｇの範囲の純重量）を有し得る。ブレスレット陽極アセンブリ４００の公称重量は、４２インチの外径を有する井戸ケーシング１０８に対して、１５０〜１７０ｋｇの範囲であり得る（または３０インチの外径を有する井戸ケーシングに対して、１１０〜１３０ｋｇの公称重量である）。さらに、井戸ケーシング１０８上のそれらの垂直位置を安定させるように、ブレスレット陽極アセンブリ４００に圧縮力を提供する締結具５０７ａ〜ｂまたは５０９ａ〜ｂのうちのいずれかは、約１５ｃｍの長さ寸法４４３を有する０．７５インチ直径のボルトを有し得る。当業者は、本明細書で説明される概寸は、２つのブレスレット陽極を有する一実施形態のみを説明し、例えば井戸ケーシングの異なる大きさに従って、または、例えば使用されるブレスレット陽極の異なる数に従って変化し得るということを理解する。
【００６１】
本発明の実施形態は、垂直井戸ケーシングを含む陰極防食システム（ＧＡＣＰシステム）のためのブレスレット陽極アセンブリであって、有利に、１つ以上のブレスレット陽極を、垂直井戸ケーシング上の固定した垂直位置で載置することを可能にするように、井戸ケーシングの周りで緊締可能であるブレスレット陽極アセンブリを提供する。本発明の実施形態はまた、有利に、垂直井戸ケーシングの外側表面から最短距離で１つ以上のブレスレット陽極を載置することを可能にする１つ以上のブレスレット陽極を有するブレスレット陽極アセンブリを提供する。ブレスレット陽極間の実効距離は、垂直井戸ケーシングの外側表面の外周（例えば、垂直井戸ケーシングの外側表面の任意の円形の断面に対する）から、実質的に等距離であってもよく、それは有利に、１つ以上のブレスレット陽極と井戸ケーシングのすべての点との間の改良されたイオン経路を提供し、それによって、有益に、陰極防食回路の抵抗を減少し、ならびに裏込めの不均質性により高い耐久性を提供する。
【００６２】
本発明の実施形態は、電流が陽極から陰極に最も直行的に放電するように、陽極が井戸ケーシングに可能な限り近くなるように、有益に位置付け、陽極および陰極の両方を取り囲む電解質を通るイオン経路距離を最小化する。図４ｂまたは図４ａを参照して示され得るように、イオン経路内の任意の所与の汚染物質の濃度または不均質度に関して、陽極と陰極との間の裏込め１０４を通るイオン経路の距離を最小化することは、イオン経路内の汚染物質の絶対量が低減されることを可能にする。それによって、改良された電気化学セルの有効性は、動作可能に高められ、セラー領域井戸ケーシング１０８が腐食からさらに保護されるように、セラー領域井戸ケーシング１０８に提供されるより優れたレベルの陰極防食をもたらす。
【００６３】
言い換えると、陽極と陰極との間の距離を最小化することは、改良されたＧＡＣＰシステムが、不均質電解質中でより効果的に機能することを可能にする。この距離を最小化することによって、イオン経路を通る抵抗は、任意の所与の汚染物質の濃度または電解質の不均質度に対して低減される。さらに、陰極防食回路の有効性は、汚染物質のより高い濃度またはより高い不均質度に対して、維持され得る。
【００６４】
なおさらに、本発明の実施形態に従って、犠牲陽極の円弧形状は、陽極の表面領域の増加を可能にし、それによって、有益に、陰極防食回路中の抵抗を減少させる。例として、裏込め１０４として無塩砂（ｓｗｅｅｔ  ｓａｎｄ）の使用を仮定する（無塩砂は、その純粋状態において、約１０，０００Ωｃｍの電気抵抗率を有すると想定され得る）そのような減少した抵抗の以下の式。予備手段として、当業者は、セラー領域内部のケーシング腐食または他の原因による修復および改修費用を、最も有利に低減する任意の裏込め１０４が選択され得るということを理解する。
【００６５】
本発明の実施形態とブレスレット流電陽極の既知の沖合の海中用途との違いは、電解質を通る抵抗が、３０インチの外径を有する井戸ケーシングに対する３０インチの長さの陽極ブレスレットに対して約２２．２Ωとなる通りに、方程式［１］に示されるようなＭｃＣｏｙ式を使用して、すぐに明白となる。
2014528514.tif 000003
ρ（電解質の抵抗率）＝１０，０００Ωｃｍ
ＡＳ（陽極外側表面領域）＝１８２４１ｃｍ２
Ｒ（陽極抵抗）＝２２，２１２Ω
【００６６】
対照的に、海中環境において同じ大きさのブレスレット陽極に関して、海水を通る抵抗は、約０．０３６Ωとなり、それは、方程式［２］に示されるＭｃＣｏｙ式を使用して示されることができ、海水が、約１６Ωｃｍの電気抵抗率を有することを仮定する。したがって、陽極抵抗は、電解質が海水ではなく裏込め土のうちの１つである場合のセラー領域において、約６００倍大きい。
2014528514.tif 000004
ρ（電解質の抵抗率）＝１６Ωｃｍ
Ａ（陽極外側表面領域）＝１８２４１ｃｍ２
Ｒ（陽極抵抗）＝０．０３６Ω
【００６７】
セラー領域および海中環境で示される抵抗における違いは、一方ではセラー環境、および他方では海中環境で、ブレスレット（すなわち、円弧形状であり、ケーシングまたはパイプラインを周方向に取り囲む）としての陽極の構造化において、異なる考察を例示する。セラー領域において、本発明の実施形態は、短距離の電解質を通る高水準の抵抗を克服し、ブレスレット陽極によって提供される形状および位置付けは、高抵抗性の電解質を最も克服する。一方、海中環境において、電解質は、より著しく導電性であり、ブレスレットとしての陽極の形状および位置付けは、回路の全体抵抗値に対してほとんど重要ではない（防食されるパイプラインのはるかに長い距離によって）。以下で考察されるように、海中環境でのブレスレット陽極の使用におけるより十分な考察は、セラー領域用途に対して不適切なオフサイト設置の容易さのためであり得る。
【００６８】
セラー領域に着目し、従来のＧＡＣＰシステムおよび本発明の実施形態によって示される抵抗における違いは、その中でのブレスレット陽極の使用の利点をさらに例示する。長さ１５０ｃｍおよび直径１０ｃｍと仮定される、セラー領域において従来使用される個別の円筒状陽極は、例えば、方程式［３］に示される通りに、Ｄｗｉｇｈｔの方程式に示され得るように、約４０．１５Ωの電解質を通る抵抗を提供する。
2014528514.tif 000005
ρ（土壌抵抗率｝＝１０，０００Ωｃｍ
Ｌ（陽極長さ）＝１５０ｃｍ
ｄ（陽極直径）＝１０ｃｍ
ＲＶ（陽極抵抗）＝４０．１４７Ωｓ
【００６９】
したがって、流電防食回路の全体抵抗値が、陽極の形状および寸法、ならびにその周囲の電解質の抵抗率に関連することは明らかである（それは、抵抗率に正比例し、大きさに反比例する）。井戸ケーシングに直接載置されるブレスレット陽極アセンブリは、陽極と陰極との間の距離を効果的に最小化し、したがって、電荷担体としての電解質の抵抗性効果を最小化する。ブレスレット陽極の形状はまた、予めパッケージ化された円筒状陽極と比較してより低い陽極抵抗をもたらし、それは、不均質な裏込めにおいて使用されるときに、有利にＧＡＣＰシステムの有効性を高める。したがって、使用される陽極の種類は、均質電解質においてそれほど重要ではない。標準の円筒状マグネシウム陽極によって提供される陽極抵抗は、例えば、セラー領域用途において等、不均質電解質中で動作する従来のＧＡＣＰシステムの効率を低減し、効率性を回復するために電解質を交換する必要性を生じさせてきた。結果として、本発明の実施形態は、それが汚染されるとセラー領域の裏込めを交換するいかなる必要性も解消する。同様に、本発明の実施形態は、十分な陰極防食がセラー領域井戸ケーシングに提供されることを確実にするために必要とされ得るそのような交換のリスクを最小化する。
【００７０】
本発明の実施形態は、向上された設置の精密さ、または任意の電気ケーブル接続を必要とすることなく、セラー領域における現在の井戸ケーシング上での設置に比類なく適した改良された陽極アセンブリをさらに提供する。例えば、本発明の実施形態は、セラー領域における現在の井戸ケーシング上での設置に比類なく適した、短絡ねじを使用して直接電気接続を可能にする手段を提供する。
【００７１】
図４ｃ、図５ａ、図５ｅ、および図７を参照して示され得るように、陽極芯５０１および５０２とセラー領域井戸ケーシング１０８との間の電気的接続は、１つ以上の金属製短絡棒によって確立され得る。金属製短絡棒は、短絡ねじ、すなわち、短絡ねじ５２１または短絡ねじ５２２といったねじ状金属製短絡棒であってもよい。短絡ねじは、例えば、１／４インチのねじ直径を有するステンレス鋼（例えば、１８−８合金）、または亜鉛張り炭素鋼（腐食防止用）から成る金属薄板ねじであってもよい。短絡ねじ５２１および５２２は、それぞれの陽極芯５０１もしくは５０２を通してねじ状であり、それぞれの陽極フレーム５０３もしくは５０４の一部分を通して通過することもでき、セラー領域井戸ケーシング１０８と陽極芯５０１もしくは５０２（および任意に、陽極フレーム５０３もしくは５０４）との間の短絡ねじ５２１もしくは５２２を通して直接電気接続を可能にする。本発明の実施形態は、セラー領域における現在の井戸ケーシング上でのブレスレット陽極の設置の効率性および安全性を改良するために、従来のＧＡＣＰシステムで使用されるような溶接ケーブル接続とは対照的に、短絡ねじを通して陽極芯と井戸ケーシングとの間の直接電気的接続を提供する。短絡ねじは、有益に、例えば、ブレスレット陽極アセンブリ４００が設置され、かついかなるケーブルを溶接する必要もなく、あるいは壊す必要もなく、潜在的に除去されることを可能にする。より重要なことには、短絡ねじの使用は、セラー領域における揮発性物質または可燃性物質の存在のために危険であり得る現在の井戸頭の付近でテルミット溶接をしなければならないことを、有益に回避する。他の種類の堅い導電性部材が、短絡ねじとして使用されてもよい。例えば、ラッグボルトまたは堅い、導電性棒は、開口部を通して挿入されてもよく、それは、陽極芯５０１もしくは５０２を通って通過し、ならびにまた、それぞれの陽極フレーム５０３もしくは５０４の一部を通って通過し得る。
【００７２】
短絡ねじ５２２といった短絡ねじを通して直接電気接続を可能にすることは、陽極および陰極が、最短経路および最小抵抗の経路を使用して、電気的に接続されることを確実にすることが重要な場合のセラー領域用途に比類なく適している。短絡ねじを使用して直接接続を可能にすることは、陽極芯５０１または陽極フレーム５０３（それは、陽極芯に直接電気的に接続される）と井戸ケーシング１０８との間の直接物理的接触が、十分な、または確かな電気的接続を提供しないため、有利である。例えば、陽極芯５０１または陽極フレーム５０３と井戸ケーシング１０８との間に間隙ならびに堆積物が存在することがある。
【００７３】
短絡ねじは、海中パイプライン用途と異なり、電流スロー（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｔｈｒｏｗ）（陰極の広い表面領域を覆うように外向きに電流を流す陽極の能力である）が懸念事項ではないため、セラー領域に好適である。しかし、海中パイプライン上に設置されるブレスレット陽極に関して、電流スローの懸念は、あるパイプ長さにわたって必要とされる陽極の数に影響を及ぼすことがある。例えば、海中環境において、ブレスレット陽極は、典型的には、約１５０メートル離して置かれ（２つの方向の７５メートルのパイプラインを防食することが意図される）、それらは、高導電性の海水に完全におよび恒久的に取り囲まれる。したがって、海中パイプラインに関して、単一のブレスレット陽極によって提供される陰極防食の動作可能距離は、パイプに要求される電流の作用であり、それは、パイプの表面上のコーティングの品質によって左右される。対照的に、セラー領域における井戸ケーシングを陰極防食するために、ただ１つのブレスレット陽極アセンブリが必要とされる（セラー領域の外側のパイプラインの残余部分が、印加電流陰極防食システムによって防食される）。したがって、電流スローは、セラー領域における懸念事項ではなく、短絡ねじによって提供される直接電気的接続は、有利に、電気的経路の長さおよび抵抗を低減し、それによって、セラー領域用途に比類なく適したより効果的なＣＰ回路を提供する。
【００７４】
なおさらに、陽極と井戸ケーシングとの間の直接電気的接続を可能にするためにねじを使用することは、ねじの形状のためにセラー領域において特に有利である。例えば、セラー領域内の砂または他の固体粒子（例えば、土、泥、他の汚染物質）は、潜在的に、井戸ケーシングとの電気的接続を妨げ得る。特に、そのような固体粒子は、井戸ケーシング上に堆積し得るか、あるいはブレスレット陽極アセンブリの設置または進行中の作業中に取り込まれ得る可能性が高い。例えば、短絡ねじは、有益に断面形状において薄く、それは、それによって井戸ケーシングとの直接電気的接続を可能にするように示される表面領域を最小化し、ならびにそれによってそのような妨害のリスクを最小化する。ある実施形態において、短絡ねじは、有利に、ねじによって井戸ケーシングとの接触上に適用され得る圧力を増加する尖端を有することができ、それによって動作可能に、異物の堆積を移動するか、あるいは貫く。結果として、本発明の実施形態における短絡ねじの使用は、ブレスレット陽極アセンブリの設置および作業中に問題となるそのような妨害の可能性を最小化する。さらに、陽極芯内に位置付けられるねじのねじ軸の部分は、異物（陽極芯のねじ穴中に取り込まれる、または存在する任意の固体粒子を含む）の堆積を克服するように、陽極芯との接触表面を、有益に増加し得る。
【００７５】
なおさらにまだ、短絡ねじの使用は、有利に、短絡ねじを受容するためのブレスレット陽極の最低構造要件を課す。短絡ねじに対応する最適な構造要件は、陽極芯、および任意に、陽極フレームが、短絡ねじを受容するように、穿孔され、タップが設けられることである。かかる最低構造要件は、有利に、海中パイプラインに従来使用される従来の設備（例えば、陽極フレームそれ自体、ならびにブレスレット陽極の構築において使用される任意の鋳型、プレス機、治具）が、ブレスレット陽極アセンブリの陽極芯および陽極フレームを構築するためにまた使用されることを可能にする。
【００７６】
なおさらにまだ、陽極芯と井戸ケーシングとの間の直接電気的接続を可能にするために、短絡ねじを使用することの利点には、低費用および短絡ねじが衰耗した場合の短絡ねじの交換の容易さが挙げられる。有利には、短絡ねじは、容易に入手可能であるべきであり、短絡ねじは、電気的接続（金属組成物）を可能にし、かつ接続（ねじ山およびねじ頭部）を固定するための、単一の、不可欠な部品を提供する。
【００７７】
一例示的な実施形態に従って、短絡ねじ５２１および５２２は、図５ａに示されるように、提供され、短絡ねじ５２２のより詳細な図が、図７を参照して示され得る。例えば、短絡ねじ５２２は、陽極芯５０１を通して、特に陽極芯５０１内のねじ穴７０１を通して、ならびにまた、陽極フレーム５０３を通して、特に陽極フレーム５０３内のねじ穴７０２を通して、動作可能に位置付けられることができ、それは、ねじ状または非ねじ状のいずれかであり得る。短絡ねじ５２２は、短絡ねじ５２２の先端５２２ａが、井戸ケーシング１０８の円筒状小区分表面４１０との直接電気的接触を可能にするように、必要に応じて、緊締され得る。短絡ねじの先端５２２ａは、図５ａで例示されるように、平面または尖っていてもよい。尖端を持つ短絡ねじを有する本発明の実施形態は、例えば、そうでなければ、抵抗を上昇し得る、妨げ得る、あるいは、さもなければ直接電気的接続を遮断し得る、堆積する土、酸化、または他の異物を克服することによって、ブレスレット陽極４０１と井戸ケーシング１０８との間の有効な持続性のある電気的接続を、有利に確実にする。短絡ねじ５２２の頭部５２２ｂは、例えば、より有効な陽極芯５０１との電気的接触を可能にする目的で、頭部５２２ｂが、より広い表面領域において陽極芯５０１と接触することを可能にするために、皿頭であってもよい。他の実施形態において、図５ａの短絡ねじ５２１によって示されるものといった、短絡ねじは、ボルトであってもよく、頭部５２１ｂは、標準ボルト頭部であってもよい。
【００７８】
したがって、短絡ねじ５２２といった短絡ねじを含む本発明の実施形態において、流電陰極防食回路中の電子流は、図４ｃを参照して示され得る。図４ｃで例示される実施形態または複数の実施形態において、電子４００１および４００２といった電子は、短絡ねじ５２２上の電子４０１１を参照して示されるように、経路４０００ａ〜４０００ｂの中を陽極芯５０１から短絡ねじ５２２といった陽極芯５０１と直接電気接触している短絡ねじに流れることができる。また、図４ｃを参照して示され得るように、電子４００１および４００２といった電子は、金属製陽極フレーム５０３上の電子４０２１および４０２２を参照して示されるように、経路４０００ｇ〜４０００ｈの中を陽極芯５０１から金属製陽極フレーム５０３に流れることができる。さらに、電子４０１１といった電子は、井戸ケーシング１０８の表面上の電子４０３１および４０３２を参照して示され得るように、井戸ケーシング１０８の外側表面と直接電気接触している金属製短絡ねじ５２２を通る経路４０００ｅ〜４０００ｆを通して井戸ケーシング１０８に流れることができる。同様に、電子４０２１および４０２２といった電子は、井戸ケーシング１０８の表面上の電子４０３１および４０３２を参照して示され得るように、金属製陽極フレーム５０３および井戸ケーシング１０８の外側表面の両方と直接電気接触している金属製陽極フレーム５０３および金属製短絡ねじ５２２を通る経路４０００ｃ〜４０００ｄを通して井戸ケーシング１０８に流れることができる。
【００７９】
水井戸のためといった、ある実施形態において、フェイルオーバーとしてケーブル接続を使用して、ブレスレット陽極はまた、セラー領域井戸ケーシング１０８に電気的に接続され得る。図４ａに示され得るように、ケーブル接続４０８は、井戸ケーシングと陽極との間の電気的接続を可能にする目的で、図４ｃおよび図５ａに示されるものといった、短絡ねじへの連続支援としての機能を果たす。例えば、ケーブル接続４０８は、取り付けねじ、または支持具５０３ａにおけるような、陽極フレームに直接取り付けられる接合部（図示せず）を用いて、陽極フレーム５０３または５０４の一端部上（図５ｂに最適に示される）に取り付けられ得る。ケーブル接続４０８は、例えば、井戸頭１０２における接合部（図示せず）を使用して、例えば、他の端部で井戸ケーシングに取り付けられ得る。溶接ケーブル接続は、陽極と陰極との間の好適な電気的接続を提供し、ならびに、それによって、改修作業中のＣＰシステムの切断を避けるための、例えば、下側の井戸頭支持具の下の井戸頭１０２へのテルミット溶接であってもよい。油井といった他の実施形態において、ケーブル接続４０８は、排除されてもよく、揮発性物質または可燃性物質付近での溶接を避けるためといった、安全上の理由で短絡ねじのみに依存する。
【００８０】
本発明の実施形態はまた、例えば、海中パイプライン上の従来のブレスレット陽極を設置することに関連する従来の方法から区別されるブレスレット陽極４０１および４０２を設置するための方法を含む。海中パイプラインに関して、例えば、ブレスレット陽極は、従来、海中により大きいパイプラインが設置される前に、作業場のパイプライン継手の周りに載置される。海中パイプラインに関して、従来のブレスレット陽極は、絶縁体の上に設置され、ケーブル接続によってパイプラインに電気的に接続される。陽極ケーブルは、作業場で溶接され、かつ試験され、完成品は、パイプライン継手、陽極、および陽極ケーブルを含む防食されたパイプラインアセンブリである。従来のパイプライン陽極は、典型的に、１０個の管継手毎に１つの陽極アセンブリが存在するように、パイプライン上に離間配置される。防食されたパイプラインアセンブリは、次いで、そこで１つ以上の防食されたパイプラインアセンブリを含む複数のパイプライン継手が、パイプライン鎖を形成するように、ともに溶接される設置バージ上の設置場所に輸送され、それは次いで、鎖として水中に下げられる。
【００８１】
本発明の実施形態に従って、ブレスレット陽極４０１および４０２は、セラー領域における既存の井戸ケーシング上に設置され、井戸用地において、設置前には井戸ケーシング上に設置されない。設置は、ブレスレット陽極４０１および４０２が、腐食が最も絶えないセラー領域井戸ケーシングの場所で、セラー領域井戸ケーシング１０８の周りに位置付けられ得るように、まず、現在の裏込め１０４をセラー領域から除去することによって実施される。井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８の下部は、例えば、水の存在が、典型的に最も絶えない場所であり、ならびに腐食が、ほとんどの場合最も深刻な場所である。本発明の実施形態は、井戸ケーシング１０６の周囲からいかなるセメントの除去も必要としない。本発明の実施形態にはないが、セラー領域井戸ケーシング１０８を取り囲み、かつ従来の深部陽極ベッド２０２からＩＣＣＰイオンの電流２００を遮蔽するセメントは、不利なことに、防食されていないセラー領域１００における地金製井戸ケーシングを残す。一つの既知の解決法は、遮蔽効果を低減する、あるいは排除するようにセメントを除去することであった。しかし、本発明の実施形態を使用して、セラー領域内に十分な局所的防食を提供することができるため、不利益は克服される。それらのための本発明の実施形態は、セラー内の操作要員に安全性の問題をもたらし得るセメントを除去する必要性を解消する。しかし、当業者は、例えば、井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８の下部でのブレスレット陽極４０１および４０２の設置を促進するために、セメントの部分的除去が望ましい場合があるということを理解する。
【００８２】
現在の井戸ケーシングのための裏込め１０４の除去および交換は、井戸の掘削におけるセメント打ち作業の後に残るセメント群（ｃｅｍｅｎｔ  ｒｕｂｂｌｅ）といった汚染物質の、裏込め１０４の中に生じ得る存在のため、重要である。セメント群は、例えば、多数の空洞を含むことがあり、それによって、陰極防食システム中のイオンの流れを妨げる。裏込め１０４中の汚染物質は、概して導電性ではないため、ならびに裏込め１０４中の汚染物質の大きさ、分布、または組成を確実に知ることができないため、汚染物質を除去するための裏込めの交換は、有利に、裏込めの伝導度、およびＧＡＣＰシステムの有効性が、より確信を持って、提供されることを可能にする。本明細書にさらに説明されるブレスレット陽極４０１および４０２の設置の後、裏込め１０４は、例えば、０．１重量％を超えない塩分含有量、および２．０重量％を超えない付着水分含有量を有する無塩砂と交換されてもよい（例えば、無塩砂は、調製中に乾燥され、２ｍｍの網を通してふるいにかけられ、混合物の残りが異物を含まないことを確実にするように処理されるものである）。裏込めとしての無塩砂の使用は、有利に、セラー領域内部のケーシング腐食、または他の原因による修復および改修の費用を低減する。しかし、適切に調製され、処理された無塩砂であっても、継時的に汚染されることがあり、本発明の実施形態は、そのような環境において、有利に井戸ケーシングへの効率的な局所的陰極防食を可能にする。
【００８３】
ブレスレット陽極４０１および４０２は、陽極と井戸ケーシングとの間のいかなる絶縁体も伴わずに、直接ベア井戸ケーシング上に載置され得る。１つのブレスレット陽極アセンブリ４００は、単一のセラー領域井戸ケーシング区分を防食するのに十分である。ブレスレット陽極アセンブリを設置するために、現場の操作員は、以下のステップを実施する。（ｉ）例えば、シャベルを使用して、セラー領域の井戸ケーシングの周りに、０．５メートル深、および０．５メートル幅の「ドーナツ型の穴」を掘る、（ｉｉ）最も腐食の影響を受けやすい井戸ケーシングの領域で井戸ケーシングを周方向に取り囲むように、ブレスレット陽極の２つの半分を固定し、締め付ける。この領域は、最大級の陰極防食を受けるが、陰極防食は、セラー領域内の井戸ケーシング区分のすべての長さ（約２メートル）を防食し、裏込め電解質によって取り囲まれる、（ｉｉｉ）本明細書に説明されるように、および当業者によって理解されるように、井戸ケーシング外径および対応する陽極の大きさによって左右されるものであるとして、ボルトの大きさに従って、ボルトを適切なトルクに緊締する、（ｉｖ）陽極から陰極へ直接電気的接続（すなわち、ショート）を可能にするように、短絡ねじ（例えば、各ブレスレット陽極のための１つ、およびブレスレット陽極アセンブリ全体のための２つ）を緊締する、（ｖ）本明細書に説明されるように、無塩砂を使用して、陽極の周りの発掘された領域に裏込めを加える、（ｖｉ）１０リットルの蒸留水を使用して、陽極の周りの領域を湿らす、（ｖｉｉ）Ｃｕ−ＣｕＳＯ４参照電極を使用して、陽極および陰極の電位を単独で試験し、本明細書に説明されるように、測定値を報告／確認する。したがって、井戸ケーシングの周りのブレスレット陽極アセンブリを緊締することによって提供される圧縮力は、セラー領域井戸ケーシング１０８上の固定した垂直位置で、ブレスレット陽極アセンブリを締め付けることができる。緊締されている締結具５０７ａ〜ｂおよび５０９ａ〜ｂは、それによって、セラー領域井戸ケーシング１０８上のブレスレット陽極アセンブリ４００の垂直位置を固定し、ならびに短絡ねじ５２１または５２２といった短絡ねじは、陽極芯５０１および５０２とセラー領域井戸ケーシング１０８との間の一次電気的接続を提供する。
【００８４】
さらなる詳細において、ブレスレット陽極４０１および４０２が、腐食が最も起こり得るセラー領域井戸ケーシング１０８の下部付近に実質的に位置付けられるという条件で、ブレスレット陽極４０１および４０２の位置付け、および設置において精密さが重要ではないことは注目に値する。現在の井戸ケーシング１０６は、すでに所定の位置であり、ブレスレット陽極４０１および４０２が、井戸ケーシングから外れる、または震動させられることを生じ得る井戸ケーシング１０６による移動のリスクがないため、設置の精密さは、必須ではなく、大抵の場合は、それらが海中に据えられるように、海中パイプライン継手上の事前に設置されたブレスレット陽極に関する。セラー領域におけるブレスレット陽極の用途は、例えば、本用途が、材料の一般的な静電性質およびセラー領域での作業による陽極アセンブリと井戸ケーシングとの間の間隙を許容し得るように、有利に、精密な載置要件を欠く。しかし、海中パイプライン上に設置されるブレスレット陽極は、パイプラインアセンブリ鎖（事前に設置される陽極を含む）が海底より低くなるときに、陽極アセンブリとパイプラインとの間の任意の間隙が、陽極の滑動を可能にし得るように、高精度な載置を必要とする。海中環境における陽極の任意の滑動は、例えば、陽極自体が損傷され得る、またはケーブル接続が切れ得るように有害であり得る。さらに、本発明の実施形態において、陽極アセンブリと井戸ケーシングとの間の任意の間隙、または陽極アセンブリの任意の滑動は、短絡ねじがセラー領域におけるケーシングの長さに沿うブレスレット陽極の位置にかかわらず、直接電気的接続を確実にするため、許容可能である。容易に除去可能である短絡ねじはまた、ブレスレット陽極が、定期保守または陽極交換のために効率的に除去されることを可能にし、任意のケーブルを壊す、または再溶接する必要を回避する。さらに重要なことには、短絡ねじは、可燃性物質の存在のために危険であり得る井戸水頭付近のテルミット溶接を、有益に、回避することを可能にする。したがって、パイプライン上の従来のブレスレット陽極の海中設置は、セラー領域で直面するそれらとは異なる懸念を生じる動的プロセスである。セラー領域において、例えば、設置における最大の懸念は、固定された現在の井戸製造作業上の、現地での設置の効率性および安全性である。
【００８５】
本発明の実施形態に従って、改良された流電陽極陰極防食システムの作業は、セラー領域１００の裏込め１０４中の電解質の均質性に重度には依存せず、したがって、セラー領域裏込め中の電解質を、定期的に一新する、回復する、交換する、または新しくする必要はない。本発明の実施形態は、直接的に（物理的に）井戸ケーシング上に陽極アセンブリを位置付けるため、セラー領域電解質の伝導度の任意の偏差は、わずかであり、防食電気化学セルの作用に影響を及ぼさない。さらに、本発明の実施形態に従って、現在の井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８の改良された陰極防食は、図４ａを参照して示され得るように、セラー領域でケーシングの後ろにあり、井戸ケーシング１０６を取り囲むセメントが除去されていない場合、ならびに井戸ケーシング１０８の被包囲区分がコーティングされていない場合であっても、各井戸ケーシング１０６にただ１つのブレスレット陽極アセンブリを使用して、提供され得る。
【００８６】
井戸ケーシングに陰極防食を提供するための改良された陰極防食システムおよび方法は、本発明の実施形態に従って、図６を参照して示され得る。方法は、井戸ケーシング１０６に一次陰極防食回路および二次または追加の陰極防食回路を提供することを含む。地表面１０７の下に位置付けられる井戸ケーシング１０６は、概念的に、セラー環１０１によって包囲される上方被包囲区分１０８、およびセラー領域１００より下であり、セラー環１０１によって包囲されていない下方非包囲区分１１１の２つの区分に分割され得る。
【００８７】
一次陰極防食回路は、電源２０１、深部陽極ベッド２０２、非包囲区分１１１（陰極として）、および深部陽極ベッド２０２と井戸ケーシング１０６の非包囲下方区分１１１との間に１つ以上のイオン経路を提供する土壌媒体１０５中の電解質を含む印加電流陰極防食システムによって提供される。一次陰極防食回路は、一部は井戸ケーシングの非包囲下方区分１１１、一部は深部陽極ベッド２０２を取り囲む土壌媒体１０５中の電解質のイオン経路を通る透過イオン電流２００を含む。一次陰極防食回路はまた、電源２０１と井戸ケーシング１０６との間のワイヤ２０３といった電気的接続を通る透過電子電流を含む。したがって、一次陰極防食回路が、セラー環１０１によって生じるセラー領域における認められた不利益にもかかわらず、井戸ケーシング１０６全体の井戸ケーシング腐食に対する第１の防衛線として提供される。
【００８８】
二次陰極防食回路は、特に、セラー環１０１によって生じる不利益を克服するために、流電陽極陰極防食システムによって提供される。二次陰極防食回路は、ブレスレット陽極４０１および４０２、井戸ケーシングの被包囲上方区分１０８、ならびにセラー１００中に存在するセラー裏込め１０４中の電解質を含む。セラー裏込め１０４中の電解質は、セラー裏込め１０４中の電解質を通して、ブレスレット陽極４０１、４０２と井戸ケーシング１０６の被包囲区分１０８との間に１つ以上のイオン経路７００を提供する。二次陰極防食システムは、井戸ケーシング１０８とブレスレット陽極４０１、４０２との間のセラー裏込めを通してイオン電流７００を透過し、陽極芯５０１、５０２と井戸ケーシング１０６の被包囲上方区分１０８との間の短絡ねじ５２２（例えば、図５ａおよび図５ｅを参照して示され得るように）を通して電子電流を透過する。したがって、二次陰極防食回路は、特に、一次陰極防食回路によって十分に防食されないセラー領域の井戸ケーシングの部分に関連して、井戸ケーシング腐食に対する追加の防衛線として提供される。
【００８９】
二次陰極防食回路は、井戸ケーシング全体が、一次陰極防食回路によってもまた、防食されるという点において、海中パイプラインのために提供される従来の流電陽極ＣＰとは異なる。したがって、二次陰極防食回路は、井戸ケーシング全体に、あるいは井戸ケーシングの実質的な長さ（大抵の場合、防食されるべきセラー領域井戸ケーシングの長さは、約２メートル以下である）にさえも防食を提供することは目的とされない。二次陰極防食回路は、セラー領域内の井戸ケーシングの部分に防食を提供することのみが目的とされるため、形状、構造、載置アセンブリ、ならびに設置手順は、特に、セラー領域用途に関して簡易化および／または改良され得る。二次陰極防食回路は、海中環境におけるブレスレット流電陽極システムにわたるセラー領域用途に関して、例えば、現在の井戸ケーシング、すなわち、設置された、作業中の井戸ケーシング上の流電陽極アセンブリの設置の効率性および安全性を改善するために、ならびに進行中の作業の効率性および安全性を改善するために、短絡ねじを組み込むことによって、さらに改良される。セラー環境において、短絡ねじは陰極に、溶接ケーブルといった電気的接続の代替手段よりも設置および取り外しがより容易で、より効率的で、ならびにより安全である直接電気的接続を提供することができる。同様に、設置破損の可能性または電流スローの減少といった、海中環境において短絡ねじを使用することの不利益は、セラー環境において起こらない。さらに、短絡ねじの使用はまた、本発明の実施形態を、例えば、パイプラインに直接的に載置されない個別の陽極を用いる、セラー領域における流電陽極ＣＰの従来の使用と区別する。その上、二次陰極防食回路は、陽極アセンブリが、陽極と陰極との間のイオン経路の距離を最小化するために、直接的に井戸ケーシング上に載置され得るように提供されるという点において、セラー環境に提供される従来の流電陽極ＣＰと異なる。イオン経路の距離を最小化すること、ならびに、それによって、それらの抵抗を低減することは、有利に、裏込め中の不均質性に対する改良された流電陽極ＣＰシステムの耐久性を上昇する。したがって、イオン経路の任意の短い距離に関して、改良された流電陽極ＣＰシステムは、例えば、強化された不均質性の結果として、裏込めのより大きい抵抗率を許容することができる。
【００９０】
例示的な実施形態において、陽極芯の平均寿命は、約５年間である。陽極の性能ひいては耐用年数を監視することは、土壌に配置されるＣｕ−ＣｕＳＯ４参照電極使用してパイプ土壌間電位測定を行うことによって、達成することができる。本発明の実施形態に従って、陽極芯は、動作中に動作環境における急激な変化がない限り、その電流出力の急激な変化に遭遇することは予期されない。そのような急激な環境的変化の例には、例えば、ケーシングの周りの土壌が、非常に導電性／腐食性の土壌と交換されることが挙げられる。そのような状況において、陽極芯は、より多くの電流を放電することが予期され、したがって、より短い寿命となる。任意の急激な変化がない限り、陽極は、その動作寿命のほとんどにおいて、比較的直線の消耗速度を有することが予期される。例えば、ケーシング内部の流体の温度の変化は、陽極の消耗に重大な影響を及ぼす可能性は低い。動作可能なように、陽極は、設置直後の初期において、より高い消耗速度で、高速分極を経ることが予期され、次いで、陽極電流出力は、そこで陽極電流が、陽極材料の寿命において直線のままである平衡に達することが予期される。
【００９１】
図面および明細書において、本発明の典型的な好ましい実施形態が開示されており、および特定の用語が用いられるが、用語は、記述的な意味でのみ使用され、制限を目的とせず、例えば、「一次」、「二次」、「第１の」、「第２の」、「第３の」、または他の序数等の本明細書で使用される番号付けに関連する単語は、単なる記述であり、重要性の序列、順序、程度を定義または含意しない。本発明は、これら例示される実施形態の特定の参照を伴って、相当詳細に説明されてきた。しかし、種々の修正および変更が、前述の明細書で説明されるように、ならびに添付の特許請求の範囲において定義されるように、本発明の趣旨および範囲内で行われてもよいということは明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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