Устройство для катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для 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 регулированными сопротивлениями разность потенциалов, 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 (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 на существующей КТПН в шкафу катодной защиты совместно с блоком для перераспределения тока по скважинам.
Недостатком данной защиты является то, что не учитывается распределение тока, текущего от преобразователя к обсадным колоннам скважин. Ток всегда течет по линии наименьшего сопротивления, т.е. сначала 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, 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, Е21В 41/02, H01R 4/00, опубл. 20.12.2015). 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 устройства 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 прокладку кабелей.
Технической задачей данного предложения является создание технологичного, простого в строительстве и обслуживании устройства за счет применения только одного катодного кабеля и одного анодного кабеля, соединяющих соответственно все объекты защиты и анодные заземлители, шурфы для которых строят в количестве, достаточном для защиты всех объектов, а не индивидуально для каждого.
Техническая задача решается устройством катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии, включающим анодный заземлитель, размещенный в ковере разбуренного шурфа с глинистым раствором и токопроводящим кольматирующим составом, станцию катодной защиты (СКЗ), соединенную для создания защитного тока анодным кабелем с анодными заземлителями, а катодным кабелем - с каждой из обсадных колонн скважин.
Новым является то, что шурфы расположены на проектном расстоянии от обсадных колонн скважин, СКЗ общим катодным кабелем соединена параллельно с каждой из обсадных колонн скважин, а общим анодным кабелем - параллельно с каждым анодным заземлителем.
На чертеже представлена схема устройства катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии.
Катодная защита обсадных колонн скважин 1 и нефтепромысловых трубопроводов (на чертеже не показаны) от коррозии включает бурение шурфов (на чертеже показаны условно) совместно с соответствующими анодными заземлителями 2 до глубины, большей длины соответствующего анодного заземлителя 2, разбуривание каждого шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя 2, в который устанавливают ковер (не показан). По окончании бурения непосредственно перед спуском электродов 2 в шурф закачивают до верхнего уровня ковера глинистый раствор и токопроводящий кольматирующий состав, в которые спускают анодный заземлитель 2. Устанавливают защитный ток на обсадную колонну скважин 1 через СКЗ 3. Шурфы под анодные заземлители 2 бурят на проектном расстоянии от обсадной колонны скважины 1. Между скважинами 1 прокладывают общий катодный кабель 4, соединенный к СКЗ 3 и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин 1. Анодные заземлители 2 параллельно соединяют с общим анодным кабелем 5, который подсоединяют к СКЗ 3. Регулируют параметры катодной защиты на СКЗ 3 на катодных кабелях 4 по току так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.
При катодной защите группы (куста) скважин 1 нового месторождения, где все скважины однотипны по конструкции, шурфы под анодные заземлители 2 бурят на проектном расстоянии (50-100 м) от обсадных колонн скважин 1. Между скважинами 1 прокладывают общий катодный кабель 4, соединенный с СКЗ 3 и параллельно с каждой из обсадных колонн скважин 1. Анодные заземлители 2 параллельно соединяют с общим анодным кабелем 5, который соединяется с СКЗ 3. Регулируют параметры катодной защиты на СКЗ 3 на катодных кабелях 4 по току так, чтобы разброс параметров от среднего значения не превышал 10%.
Предлагаемое устройство катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии отличается от наиболее близкого аналога тем, что между скважинами прокладывается общий катодный кабель 4, который соединяется с СКЗ 3. Катодный кабель 4 параллельно соединяется с каждой обсадной колонной скважин 1. Общий анодный кабель 5 соединяет параллельно анодные заземлители 2 и присоединяется к СКЗ 3. Это позволяет значительно сократить суммарную длину кабелей 4 и 5 и не требует установки блоков дренажной защиты (БДЗ) или других подобных блоков.
Предлагаемое устройство катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии позволяет упростить строительство и обслуживание за счет применения только одного катодного кабеля и одного анодного кабеля, которые соединяют соответственно все объекты защиты и анодные заземлители, шурфы для которых строят в количестве, достаточном для защиты всех объектов.