СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН СКВАЖИН И НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ
METHOD OF CATHODE PROTECTION OF CASING STRINGS OF WELLS AND OIL-FIELD PIPELINES AGAINST CORROSION

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способу защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от грунтовой коррозии.
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.
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 разность потенциалов регулируемыми сопротивлениями, которая должна быть равной нулю. Этот процесс кропотливый и сложный, он может затянуться по времени, к тому же постоянно необходимо уравновешивать схему регулируемыми сопротивлениями.
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.
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.
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, E21B 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, закачанный 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.
Недостатками 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.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются максимальный охват всех существующих объектов для катодной защиты, сокращение материальных затрат на строительство и обслуживание объектов 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.
Технические задачи предлагаемого изобретения решаются 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 анодных заземлителей в шурф, закачку 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.
Новым является то, что шурфы бурят на проектном расстоянии от обсадных колонн скважин, определяют группы скважин с одинаковыми конструктивными параметрами и соответствующими сопротивлениям и скважины с отличающимися параметрами по сопротивлению от групп скважин, между каждыми группами скважин прокладывают соответствующий общий катодный кабель, соединенный с СКЗ и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин, а скважины с отличающимися сопротивлениями снабжают индивидуальными катодными кабелями с СКЗ, анодные заземлители параллельно соединяют с общим анодным кабелем, который подсоединяют к СКЗ, регулируют параметры катодной защиты на катодных кабелях по защитному току так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.
Способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии включает 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 анодных заземлителей в шурф осуществляют закачку до верхнего уровня ковера глинистого раствора и токопроводящего кольматирующего раствора, в которые спускают анодный заземлитель. Устанавливают защитный ток на обсадную колонну скважин через СКЗ, регулируют параметры катодной защиты на соответствующем катодном кабеле. Шурфы бурят на проектном расстоянии от обсадных колонн скважин. Определяют группы скважин с одинаковыми конструктивными параметрами и соответствующими сопротивлениям и скважины с отличающимися параметрами по сопротивлению от групп скважин. Между каждыми группами скважин прокладывают соответствующий общий катодный кабель, соединенный с СКЗ, и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин. Скважины с отличающимися сопротивлениями снабжают индивидуальными катодными кабелями с СКЗ. Анодные заземлители параллельно соединяют с общим анодным кабелем, который подсоединяют СКЗ. Регулируют параметры катодной защиты на катодных кабелях по защитному току так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.
На чертеже представлена схема реализации способа катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии.
Способ катодной защиты обсадных колонн скважин 1, 2 и 3 и нефтепромысловых трубопроводов (не показаны) от коррозии включает бурение шурфов (показаны условно) до глубины, большей длины соответствующего анодного заземлителя 4 или 5, разбуривание каждого шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя 4 или 5, в который устанавливают ковер (не показан). По окончании бурения непосредственно перед спуском анодных заземлителей 4 или 5 в шурф, осуществляют закачку до верхнего уровня ковера глинистого раствора и токопроводящего кольматирующего раствора, в которые спускают анодный заземлитель 4 или 5. Устанавливают защитный ток на обсадную колонну скважин 1, 2 или 3 через СКЗ 6. Регулируют параметры катодной защиты на соответствующем катодном кабеле 7, 8 или 9. Шурфы бурят на проектном под анодные заземлители 4 и 5 расстоянии (50-100 м) от обсадных колонн скважин 1, 2 или 3. Определяют группы скважин 1 и 2 с одинаковыми конструктивными параметрами и соответствующими сопротивлениям и скважины 3 с отличающимися параметрами по сопротивлению от групп скважин 1 и 2. Между каждыми группами скважин 1 или 2 прокладывают соответствующий общий катодный кабель 7 или 8, соединенный с СКЗ 6 и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин 1 и 2. Скважины 3 с отличающимися сопротивлениями снабжают индивидуальными катодными кабелями 9, соединенными с СКЗ 6. Анодные заземлители 4 и 5 параллельно соединяют с общим анодным кабелем 10 или 11, который подсоединяют к СКЗ 6. Регулируют параметры катодной защиты благодаря реле-регуляторам 12 (или переменным резисторам) на катодных кабелях 7, 8 или 9 по защитному току так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.
Предлагаемый способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии отличается от прототипа тем, что группируются скважины 1 и 2 по одному общему признаку - сопротивлению и соединяются соответствующим общим катодным кабелем 7 или 8. По катодному кабелю течет общий ток на обсадные колонны, который регулируется, при необходимости, с помощью реле-регуляторов 12 (или переменных резисторов).
Предлагаемый способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии позволяет охватить практически все объекты для защиты и сократить затраты на подземную прокладку катодных кабелей, кроме того отсутствует необходимость в установке дополнительных БДЗ или каких-то других дополнительных блоков деления тока. Общее сокращение затрат по сравнению с аналогом и прототипом при осуществлении катодной защиты, например, трех обсадных колонн скважин в группах составляет 30%. В современных ценах сокращение затрат составит 224 тыс. руб.