СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН СКВАЖИН И НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
CATHODIC PROTECTION FOR CASING STRINGS AND OILFIELD PIPELINES AGAINST CORROSION AND DEVICE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации обсадных колонн скважин нефтедобывающих и нагнетательных скважин и нефтепромысловых трубопроводов.
Известен анодный заземлитель и состав для обмазки заземлителя (патент №US4786388, МПК C23F 13/02, опубл. 1988-11-22), где проводящий непористый материал для заземляющего анода представляет собой смесь, содержащую, мас. %: прокаленный пылевидный нефтяной кокс 83,5; портландцемент 15-16; графитовый порошок 0.75-10 и ПАВ 0.25-0.5.
Основным недостатком этого анодного заземлителя является то, что при затвердевании портландцемента из-за его объемной усадки образуется зазор между трубой и оболочкой, вследствие чего нарушается электрический контакт между средой и заземлителем.
Известен электропроводный состав для катодной защиты (заявка № ЕР0210058 (А1), МПК C23F 13/02, опубл. 1987-01-28), содержащий, мас. %: углерод в элементарной форме 5-7; полимерное связующее 5-50; растворитель 5-50 и ПАВ 0-5. Углерод по меньшей мере частично присутствует в виде молотого кокса. Полимерное связующее после отвердевания становится влагопроницаемым.
Основным недостатком этого электропроводного состава является низкая долговечность за счет интенсивной растворимости в грунтах и низкая токоотдача.
Известен способ эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения (патент РФ №2303122, МПК Е21В 41/02, C23F 13/00, опубл. 20.07.2007), включающий монтаж установки катодной защиты и создание разности потенциалов между трубопроводами и анодными заземлителями, установку катодной защиты монтируют на площадке пункта схождения трубопроводов, располагают точку дренажа на пункте схождения трубопроводов, анодные заземлители размещают по обе стороны от коридора трубопроводов, организуют электрическое соединение пункта схождения трубопроводов и самих трубопроводов, производят опытное включение катодной защиты, устанавливают величину защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны, защищаемые трубопроводы группируют по величине тока защиты, устанавливают для каждой группы трубопроводов определенный ток защиты, а расстояние от анодного заземлителя до защищаемых трубопроводов определяют расчетным путем в зависимости от величины тока защиты, стекающего с анодного заземлителя.
Известен способ совместной эксплуатации скважины и нефтепромыслового трубопровода и анодный заземлитель (патент РФ №2303123, МПК Е21В 43/00, C23F 13/00, опубл. 20.07.2007), включающий обустройство скважины и трубопровода, подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой, причем располагают точку дренажа на площадке скважины, размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода, производят опытное включение катодной защиты скважины, определяют степень защищенности трубопровода, а для защиты всего трубопровода определяют продольное сопротивление трубопровода, переходное сопротивление трубопровода, расстояние между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжение на выходе катодной станции, мощность на выходе катодной станции, суммарную массу и количество электродов в анодном заземлителе и величину защитного тока, обеспечивающую необходимую длину защищаемой зоны.
Однако в известных устройствах происходит расконтактирование за счет недостаточного контакта электродов анодного заземлителя с грунтом и недостаточная защита от коррозии нефтепромыслового оборудования.
Во время эксплуатации AЗ на практике наблюдается уход глинистого раствора из-за «микротрещин» почвы. Из-за ухода глинистого раствора нарушается токопроводность между грунтом и анодом. Дозаливка загущенного глинистого раствора (более плотная концентрация) эффекта не дает, вместо него был разработан специальный состав, имеющий консистенцию геля.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа эффективной защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования, позволяющего сократить затраты на капитальный ремонт средств катодной защиты по причине снижения контакта электродов анодного заземлителя с грунтом.
Поставленная задача решается за счет закачки специального геля для обеспечения полного контакта электродов анодного заземлителя с грунтом, что позволяет увеличить межремонтный период узла анодного заземлителя (AЗ).
Технический результат заключается в повышении эффективности защиты от коррозии обсадных колонн скважин и нефтепромыслового оборудования, как следствие, повышение надежности их работы, увеличение межремонтного интервала.
Технический результат достигается тем, что в способе, включающем этапы, на которых:
предварительно бурят скважину до глубины, большей на 2,5-3 м длины анодного заземлителя,
разбуривают скважину в интервале заглубления анодного заземлителя, в который устанавливают ковер,
по окончании бурения непосредственно перед спуском электродов в скважину закачивают до верхнего уровня ковера глинистый раствор,
устанавливают анодный заземлитель,
проводят пуско-наладочные работы и устанавливают защитный ток для начального периода эксплуатации системы катодной защиты, указанный в проектной документации,
производят поляризацию в течение как минимум трех (для трубопроводов) или 7 (для обсадных колонн) суток, после чего измеряют общие и поляризационные потенциалы защищаемых сооружений; при необходимости изменяют ток СКЗ, поляризуют после каждой корректировки тока еще одни (для трубопроводов) или трое (для обсадных колонн) суток и повторяют измерения. Далее замеры делают ежеквартально.
при изменении силы защитного тока более чем на 20% от установленной делают вывод об утечке глинистого раствора и закачивают до верхнего уровня анода анодного заземлителя гель, состоящий на 100 литров воды: 2 кг мела, 2 кг клея и 1 кг соли,
закачанный гель выдерживают до превращения в желеобразное состояние 5-10 часов,
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.
В качестве клея используют клей марки КМЦ.
3
Глинистый раствор готовят на основе глинопорошка ПБМВ плотностью от 1200 до 1350 кг/м.
Разбуривают скважину в интервале заглубления анодного заземлителя долотом диаметром 295 мм.
После установки ковера дальнейшее бурение скважины проводят долотом диаметром от 130 до 200 мм.
В грунтах с низким уровнем фунтовых вод более 20 м, а также при наличии в интервале до проектной глубины скважины высокопроницаемых водопоглощающих пластов бурение основной части скважины производят долотом 190-200 мм.
Во время эксплуатации устанавливают защитный ток станции катодной защиты силой не более чем на 20% от силы тока, установленного при пуско-наладочных работах.
В случае несоответствия силы защитного тока станции катодной защиты требуемой восстанавливают силу защитного тока станции катодной защиты регулированием или выясняют причину его изменения.
Технический результат также достигается тем, что устройство для реализации способа содержит электрод-токоввод 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 и 1 кг соли.
Для обеспечения полного контакта электродов анодного заземлителя с грунтом предлагается вместо загущенного глинистого раствора применять гель, который закачивается в скважину анодного заземлителя (AЗ) через ковер. Гель заполняет пространство скважины до верхнего уровня анода и обеспечивает полный контакт электродов с грунтом.
Состав геля на 100 литров воды: 2 кг мела, 2 кг клея марки КМЦ и 1 кг соли.
Полный контакт электродов с грунтом обеспечивается за счет достигаемой консистенции состава (при застывании образуется желеобразная масса) и высокой токопроводности.
Раствор с указанным составом заливается в пространство скважины анодного заземлителя до верхнего уровня ковера и при застывании герметизирует места ухода или поглощения глинистого раствора и увеличивает его токопроводность между окружающим грунтом и анодом.
При катодной защите обсадных колонн скважин от коррозии одним из основных элементов установки является анодный заземлитель (AЗ).
При бурении скважин под глубинные AЗ могут быть использованы буровые станки типа УКС - 22, УРБ - 3 АМ, БА - 151 А и др.
Глубина скважин должна быть на 2,5-3 м (заглубление AЗ) больше, чем проектная длина AЗ.
Заявляемый способ и устройство поясняется на чертежах:
На фиг. 1 показана принципиальная схема катодной защиты обсадной колонны скважины от коррозии.
На фиг. 2 показано устройство анодного заземлителя.
Заявляемый способ заключается в следующем.
Скважина в интервале заглубления AЗ разбуривается долотом диаметром 295 мм для установки ковера с полиэтиленовой обсаживающей трубой.
Дальнейшее бурение скважины проводится долотом диаметром от 130 до.200 мм.
В грунтах с низким уровнем грунтовых вод (более 20 м), а также при наличии в интервале до проектной глубины скважины высокопроницаемых водопоглощающих пластов бурение основной части скважины производят долотом 190-200 мм.
3
Бурение шурфа необходимо проводить на глинистом растворе на основе глинопорошка ПБМВ (порошок бентонитовый модифицированный группы В) плотностью от 1200 до 1350 кг/м.
По окончании бурения, непосредственно перед спуском электродов, скважину заполняют обычным глинистым раствором или специальным загущенным глинопорошком ПБМВ до сметанообразного состояния.
Во время эксплуатации сила защитного тока станции катодной защиты (СКЗ) не должна отличаться более чем на 20% от силы тока, установленного при пуско-наладочных работах или при последней корректировке. Если регулированием СКЗ не удается восстановить требуемую силу тока, то выясняется причина его изменения.
Причинами могут быть обрыв или ухудшение контактных соединений дренажных кабелей, а также увеличение сопротивления растеканию тока AЗ.
Сопротивление растеканию тока AЗ может значительно повыситься по следующим причинам:
а) полный или частичный уход из скважины AЗ в грунт жидкого заполнителя (в кавернозных и трещиноватых грунтах) или водной его фазы (в мелкопористых грунтах);
б) обезвоживание засыпки и окружающего AЗ грунта в результате электроосмоса при низком уровне грунтовых вод и в засушливый период времени;
в) газоблокировка электродов газами, выделяющимися при работе AЗ (происходит преимущественно в вертикальных AЗ);
г) разрушение под действием утечки анодного тока, одного или нескольких токовводов - мест соединения анодных выводов с электродами AЗ - из-за некачественной их изоляции;
д) ускоренное разрушение части электродов в интервалах грунта с высокой электропроводностью или электродов с заводским браком.
В случаях а)-в) можно полностью или частично восстановить работоспособность AЗ путем закачки в скважину через ковер воды, загущенного глинистого раствора или установки дополнительной перфорированной газоотводящей полимерной трубки.
В случае а) обычно требуется неоднократное добавление загущенного глинистого раствора. В соответствии с настоящим изобретением вместо него используют гель.
В случае б) достаточно в скважину с AЗ залить воду.
В случае в) используют газоотводную трубку.
В случае г), д) требуется капитальный ремонт AЗ.
Для исключения затрат на многократную доливку вместо загущенного глинистого раствора готовят специальный состав (гель).
Данный состав готовят в емкости не менее 100 литров: к 100 литрам воды добавляют 2 кг мела, 2 кг клея марки КМЦ и 1 кг соли.
Далее из емкости этот состав заливают в скважину с анодным заземлителем до верхнего уровня ковера.
В скважине данный состав, имеющий консистенцию жидкого геля, распространяется по всем трещинкам, имеющимся в скважине, полностью заполняя их.
В течение 5-10 часов жидкий гель принимает желеобразную форму, тем самым герметизируя места ухода глинистого раствора и восстановления токопроводности между грунтов и анодом.
Далее анодный заземлитель работает в прежнем режиме, т.е. восстанавливается его работоспособность, без токопроводности между грунтом и анодом.
Далее скважина опять находится под катодной защитой.
Катодом является защищаемая поверхность, в данном случае - обсадная колонна скважины, наружная поверхность днища РВС (резервуар вертикальный стальной) (при защите от грунтовой коррозии), трубопровод имеет более отрицательный потенциал, чем АЗ, и является катодом.
Обсадная колонна скважины является частью схемы катодной защиты.
Заявляемое устройство поясняется фиг.2, на которой показана конструктивная схема вертикального анодного заземлителя из ферросилидовых электродов ГАЗ-М, ГАЗ-МК.
Устройство для осуществления способа состоит из следующих элементов:
1 - электрод-токоввод с кабелем ВПП-6; 2 - рабочий электрод; 3 - кабельный вывод; 4 - контрольно-измерительный пункт КИП-К; 5 - перфорированная полимерная газоотводная трубка; 6 - заполнитель; 7 - ковер; 8 - полиэтиленовая обсаживающая труба; 9 - канат капроновый.
Вместо глинистого раствора на фиг. 2 в качестве заполнителя 6 при дозаливке используется гель.
Принцип действия катодной защиты заключается в искусственном создании отрицательного потенциала на защищаемом объекте, который становится катодом при подключении его к отрицательному полюсу источника питания, а подключенный к положительному полюсу анод растворяется и разрушается в процессе защиты, сохраняя объект неповрежденным.
Подключение к положительному полюсу происходит в контрольно-измерительном пункте КИП-К (4), где соединяются кабельные выводы (3) от электродов-токовводов (1) и рабочих электродов (2) и дренажный кабель, идущий от станции катодной защиты. В процессе разрушения анода образуются газы, которые выводятся при помощи полимерной перфорированной газоотводной трубки (5). При монтаже анодного заземлителя в обязательном порядке устанавливается ковер (7), который располагается над землей, и полиэтиленовая обсаживающая труба (8), необходимая для предотвращения обвала верхней части шурфа анодного заземлителя (АЗ). Ковер и обсаживающая труба применяются для оптимизации обслуживания в процессе эксплуатации АЗ (осмотра АЗ, дозаливки глинистого раствора, в данном случае предлагаемого геля). Канат капроновый (9) необходим для «вывешивания» АЗ в шурфе (принцип монтажа: АЗ должен быть во «взвешенном» состоянии, не соприкасаться со стенками шурфа). Заполнитель (6) необходим для контакта «грунт-анодный заземлитель», при снижении данного контакта увеличивается сопротивление растеканию тока анодного заземлителя и снижение защитного эффекта защищаемого объекта.
Обсаживающая полиэтиленовая труба длиной 2,5 м и диаметром 280×7 мм устанавливается для предотвращения обвала верхней части шурфа анодного заземлителя (АЗ), а также для оптимизации обслуживания в процессе эксплуатации АЗ (осмотра АЗ, дозаливки глинистого раствора, в данном случае предлагаемого геля). Сам же шурф с АЗ глубиной более 15 метров.
6
7
2
3
2
x
n
3
Клей марки КМЦ ([CHO(РН)-x(ОСНСООН)]) используется в нефте- и газодобывающей промышленности в качестве защитного коллоида - стабилизатора суспензий, мел (CaCO) в данном составе используется для загущения раствора, соль (NaCl) - для усиления электропроводимости.