СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ ОТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ
METHOD FOR PROTECTING SUBMERSIBLE EQUIPMENT OF OIL PRODUCING WELL FROM ELECTROCHEMICAL CORROSION

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для защиты погружного оборудования скважин, использующих погружные электронасосы, от электрохимической коррозии.
Известен способ защиты скважинного оборудования и выкидной линии скважины (патент RU №2170287, МПК C23F 11/00, опубл. 10.07.2001) [1]. Указанный способ включает заливку водорастворимого ингибитора в межтрубное пространство скважины. После чего скважину переводят в режим работы по замкнутому циклу в течение некоторого времени, а затем переводят в нормальный режим работы.
Однако указанный способ не обеспечивает защиты погружного оборудования от электрохимической коррозии, вызванной появлением на поверхности брони кабельной линии, питающей погружной электродвигатель (ПЭД) электроцентробежного насоса (ЭЦН), электрических потенциалов, отличающихся от потенциала, например, обсадной колонны скважины. Эти потенциалы возникают из-за емкостных токов утечки через изоляцию кабельных жил. Как показывают измерения на скважинах, электрические потенциалы на броне кабеля могут достигать величин в несколько десятков и сотен вольт, что пробивает защитную пленку, создаваемую ингибитором на поверхности металла погружного оборудования, и вызывает его электрохимическую коррозию в среде электропроводящей жидкости, например в растворе ингибитора (Закиров В.Р. и др. Об электрохимическом разрушении погружного оборудования на скважинах с частотно-регулируемыми станциями управления // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2008. - №9. - С. 12-18) [2].
Известен также способ защиты от коррозии погружного электроцентробежного насоса, подвешенного на колонне насосно-компрессорных труб (патент RU №2231629, МПК Е21В 41/02, опубл. 27.06.2004) [3], включающий в себя размещение в стволе скважины гальванического протектора, выполненного из материала, имеющего электродный потенциал, меньший по сравнению с материалом корпуса электроцентробежного насоса.
Однако защитная разность потенциалов между металлом гальванопротектора и корпуса ПЭД составляет величину не более чем от 0,32 до 2,29 вольт, в зависимости от материала гальванопротектора, в то время, как потенциалы, наводимые на броне кабеля и корпусе работающего ПЭД могут достигать нескольких десятков и сотен вольт, т.е. гораздо выше. Это делает неэффективной защиту по указанному способу.
Известен также способ защиты погружного оборудования, реализованный в устройстве (патент RU №2478736, C23F 13/00, Е21В 43/00, Н04В 7/17, опубл. 10.04.2013) [4], согласно которому через вторичные обмотки питающего трансформатора, кабельную линию и обмотки погружного электродвигателя (ПЭД) насосной установки на корпус ПЭД подают отрицательное напряжение постоянного тока, создавая тем самым защитный отрицательный электрический потенциал на насосе и корпусе ПЭД по отношению к потенциалу обсадной колонны.
Однако в результате этого происходит электрохимическое разрушение (коррозия) металла обсадной колонны, потенциал которой в данном случае более положительный. Кроме того, способ не устраняет появления электрического потенциала переменного тока на корпусе ПЭД, насосе и броне кабельной линии за счет емкостных токов через изоляцию жил кабельной линии и обмоток ПЭД, что также не обеспечивает защиту погружного оборудования (Закиров В.Р. и др. О причинах разрушения корпусов погружных электродвигателей в добывающих скважинах // Нефть Газ Новации. - 2009. - №2. - С. 46-51) [5].
Наиболее близким к заявляемому является способ катодной защиты спускаемого в скважину электроцентробежного насоса и устройство для его осуществления (патент RU №2215062, C23F 13/06, опубл. 27.10.2003) [6] - прототип. Согласно способу на корпус электроцентробежного насоса через точку подключения кабеля к обсадной колонне и с помощью дополнительной жилы силового кабеля накладывают разность потенциалов между указанным корпусом и отдельным анодным заземлителем, расположенным на дневной поверхности вне скважины.
Недостатком способа является то, что он не устраняет появления электрических потенциалов на броне кабельной линии, возникающих за счет емкостных токов через изоляцию жил кабельной линии [2]. Это обуславливает невозможность защиты от электрохимической коррозии таких узлов погружного оборудования, как колонна НКТ, кабельная линия и обсадная труба. Использование дополнительной жилы кабельной линии для заземления ЭЦН, а также станции катодной защиты и отдельного анодного заземлителя, удорожает защиту, что также является недостатком способа.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности защиты погружного оборудования скважины от электрохимической коррозии и тем самым повышение межремонтного периода оборудования скважины.
Поставленная задача решается тем, что в способе защиты погружного оборудования нефтедобывающей скважины от электрохимической коррозии, включающем в себя спуск в обсадную колонну скважины насоса с погружным электродвигателем (ПЭД), который питают от наземной станции управления через кабельную линию, состоящую из токоведущих изолированных жил, подушки и навитой на указанные жилы и подушку броневой металлической ленты, причем указанная кабельная линия может состоять из отдельных последовательно соединенных отрезков кабеля, каждый из которых также состоит из изолированных жил, подушки и навитой на указанные изолированные жилы и подушку броневой металлической ленты, дополнительно электрически подключают нижний конец броневой ленты кабельной линии к корпусу ПЭД, а верхний конец броневой ленты выводят из скважины и электрически подключают к обсадной колонне.
Поставленная задача решается также тем, что в кабельной линии, собранной из отдельных отрезков кабеля, дополнительно электрически соединяют броневые металлические ленты смежных указанных отрезков между собой.
Поставленная задача решается также тем, что на контактируемые поверхности броневой ленты и корпуса ПЭД, а также контактируемые поверхности броневой ленты и обсадной колонны скважины дополнительно наносят электропроводную пасту.
Поставленная задача решается также тем, что броневые металлические ленты смежных отдельных отрезков кабеля дополнительно соединяют между собой пайкой или сваркой.
Поставленная задача решается также тем, что броневые металлические ленты смежных отрезков кабеля, нижний конец броневой ленты кабельной линии и корпус ПЭД, а также верхний конец броневой ленты указанной линии и оголовок скважины электрически соединяют между собой дополнительными отдельными проводниками с электрическим сопротивлением не более 0,15-0,2 Ом.
Сущность заявляемого изобретения сводится к следующему.
Подача напряжения питания от наземной станции управления на ПЭД по изолированным жилам кабельной линии одновременно сопровождается появлением электрического потенциала переменного тока на поверхности изоляции указанных жил, а также на поверхности изоляции обмоток ПЭД. Это происходит за счет емкостных токов утечки через изоляцию кабельных жил. Здесь система жила кабеля - изоляция - металлическая броня кабеля представляет собой электрический цилиндрический конденсатор, через который проходит переменный ток.
Как показали исследования на скважинах, электрические потенциалы, создаваемые на броне кабеля и на корпусе ПЭД, достигают величины в несколько десятков и сотен вольт напряжения переменного тока. При питании ПЭД от частотно-регулируемых станций управления указанные электрические потенциалы могут содержать также составляющую напряжения постоянного тока [2]. Эти потенциалы существенно отличаются от потенциалов, например, обсадной трубы, НКТ и других элементов погружного оборудования. При этом обсадная колонна, конструктивно представляющая собой заземлитель, имеет электрический потенциал, равный нулю.
Между указанными элементами погружного оборудования в скважине всегда присутствует электропроводящая жидкость (электролит), например скважинная жидкость с высокой степенью обводненности, пластовая вода, растворы ингибиторов, водный конденсат в затрубном пространстве скважины и т.п. Благодаря высокому давлению в полости скважины, электропроводная жидкость проникает во все зазоры между, например, броней кабеля и НКТ, корпусом насоса, ПЭД или обсадной колонны. Это вызывает прохождение электрического тока между элементами оборудования, имеющими разные электрические потенциалы, через указанный электролит. В свою очередь, в соответствии с законами Фарадея, это вызывает электрохимическое травление (коррозию) того элемента оборудования, потенциал которого выше.
В предлагаемом способе защиты, благодаря тому, что броню кабеля выполняют электропроводящей по всей длине кабельной линии, а также благодаря тому, что указанную броню кабеля и корпус ПЭД электрически соединяют с оголовком обсадной трубы скважины, потенциалы, наводимые за счет емкостных токов на броне кабельной линии и на корпусе ПЭД, отводятся через указанную броню и дополнительные соединения на земную поверхность и далее на обсадную трубу скважины, которая является заземлителем. В результате этого устраняется разность электрических потенциалов между элементами погружного оборудования и, следовательно, устраняется электрохимическое травление (коррозия) металла погружного оборудования.
По результатам патентных исследований, применение заявляемого способа защиты не обнаружено. Следовательно, по мнению авторов, заявляемый способ обладает признаками новизны и изобретательского уровня. Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемых технических решений и прототипа позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых изобретений критерию "новизна".
Так как отличительные признаки заявляемых технических решений являются новыми, они, по мнению авторов, соответствуют критерию "изобретательский уровень".
Сущность заявляемого способа поясняется фиг. 1.
На фиг. 1:
1 - обсадная колонна;
2 - колонна насосно-компрессорных труб;
3 - насос;
4 - погружной электродвигатель (ПЭД);
5 - броня кабельной линии из навитой металлической ленты;
6 - изолированные жилы кабельной линии;
7 - электрические соединения брони кабельной линии с корпусом ПЭД, с обсадной колонной и брони отдельных отрезков кабеля, соединенных в кабельную линию, между собой;
СУ - станция управления погружным электродвигателем.
c
Стрелками показано направление емкостных токов утечки через изоляцию жил кабеля i и направления тока i по броне кабельной линии.
Как показано на фиг. 1, в обсадную колонну 1 скважины опускают колонну насосно-компрессорных труб 2 с прикрепленными к ней насосом 3 и ПЭД 4. К ПЭД 4 подводят кабельную линию, состоящую из изолированных токопроводящих жил 6 с навитыми на них подушкой (не показана) и броневой металлической лентой 5. Через кабельную линию ПЭД 4 подключают к наземной станции управления электродвигателем (не показана). В общем случае кабельная линия может состоять из нескольких отдельных последовательно соединенных отрезков кабеля. При этом броневые ленты 5 смежных отрезков кабеля скрепляют между собой пайкой или сваркой с образованием электрического соединения 7. Нижний конец броневой ленты 5 кабельной линии подключают к корпусу ПЭД 4 с образованием электрического соединения 7, например, используя резьбовой крепеж узлов двигателя 4. При этом для обеспечения надежности контакта в среде добываемой жидкости, находящейся под давлением, между концом броневой ленты и корпусом ПЭД наносят электропроводную пасту, например ПЭА-ХР-01, ЭПС-98 ТУ 0254-002-4796093-2001, или любую другую, стойкую к воздействиям скважинной жидкости. Верхний конец броневой ленты 5 кабельной линии выводят из скважины, например, через дополнительный сальник кабельного ввода на фонтанной арматуре (не показаны) и подключают с образованием электрического контакта 7 к обсадной колонне 1, например, с использованием резьбового крепежа арматуры скважины. Для обеспечения надежности контактного соединения в условиях неблагоприятной окружающей среды на указанные контактирующие поверхности также наносят электропроводную пасту. Для электрического соединения броневых лент 5 смежных отрезков кабеля между собой, а также для соединения брони кабеля с корпусом ПЭД и оголовком обсадной трубы могут быть использованы отдельные проводники с электрическим сопротивлением не более 0,1-0,2 Ом.
Реализация заявляемого способа заключается в следующем.
c
Напряжение переменного тока, подаваемое от наземной СУ на ПЭД 4 по жилам 6 кабельной линии через токи утечки i, создает электрические потенциалы на броне 5 кабеля и корпусе ПЭД 4. Одновременно с этим, в силу того, что броневую металлическую ленту 5 кабельной линии с помощью электрических соединений 7 подключают к корпусу ПЭД 4, обсадной колонне 1, а также обеспечивают электрический контакт броневых лент 5 смежных отрезков кабеля между собой, указанные электрические потенциалы стекают на обсадную колонну 1. При этом ток i, вызванный разностью указанных потенциалов, проходит на обсадную колонну 1 через металл броневой ленты 5 и электрические соединения 7, минуя электропроводную жидкость в полости скважины. Этим устраняется электрохимическое травление (коррозия) погружного оборудования и, в свою очередь, повышается межремонтный период скважины.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Способ защиты скважинного оборудования и выкидной линии скважины. Патент RU №2170287, МПК C23F 11/00, опубл. 10.07.2001.
2. Закиров В.Р. и др. Об электрохимическом разрушении погружного оборудования на скважинах с частотно-регулируемыми станциями управления // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2008. - №9. - С. 12-18.
3. Способ защиты от коррозии погружного электроцентробежного насоса, подвешенного на колонне насосно-компрессорных труб. Патент RU №2231629, МПК Е21В 41/02, опубл. 27.06.2004.
4. Устройство катодной защиты погружного насоса. Патент RU 2478736, МПК C23F 13/00, Е21В 43/00, Н04В 7/17, опубл. 10.04.2013.
5. Закиров В.Р. и др. О причинах разрушения корпусов погружных электродвигателей в добывающих скважинах // Нефть Газ Новации. - 2009. - №2. - С. 46-51.
6. Способ катодной защиты спускаемого в скважину центробежного насоса и устройство для его осуществления. Пат. 2215062 RU, МПК C23F 13/06, опубл. 27.10.2003.