УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВНУТРИСКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче нефти из скважин в осложненных геолого-технических условиях, и предназначена для защиты внутрискважинного оборудования от коррозии.
На поздних стадиях разработки нефтяных месторождений учащаются случаи преждевременного выхода из строя внутрискважинного оборудования в добывающих скважинах по причине коррозии. Наиболее часто разрушаются корпусы погружных электродвигателей (ПЭД) и насосно-компрессорные трубы (НКТ). Большинство фактов коррозионных отказов отмечено на высокообводненных скважинах (больше 80%), погружное оборудование которых контактирует с высоко коррозионно-агрессивной эмульсией типа «нефть в воде».
При определенных условиях, (наличие блуждающих токов, перекос фаз, токи утечки в кабеле, появление статических зарядов и т.д.), на корпусе скважинного оборудования возможно появление потенциалов различной полярности от 0,3 до 28 В., что при наличии достаточной скорости потока пластовой жидкости (электролита) может вызвать электрохимическое (анодное) разрушение брони кабеля, металлических поверхностностей оборудования, в том числе и обсадной колонны. При питании от трансформаторных станций управления на поверхности корпусов ПЭД и других элементов внутрискважинного оборудования наводится значительный электрический потенциал промышленной частоты. Установка электроцентробежного насоса УЭЦН повышенной производительности комплектуется ПЭД большой мощности, для которого характерны высокие значения напряжений и токов в кабельной линии что, приводит к более высоким значениям электрического потенциала, наводимого на поверхности ПЭД. Вместе с тем высокая производительность УЭЦН обеспечивает повышенную скорость потока лифтируемой жидкости в зазоре между ПЭД и обсадной колонной, что дополнительно ускоряет электролитическое разрушение металла, резко снижая наработку оборудования на отказ.
Из уровня техники известно устройство защиты от коррозии в составе установки погружного центробежного насоса (патент РФ №2217579, МПК Е21В 43/00, F04D 13/10, опубликовано 27.11.2003 г.), содержащее электрод, размещенный в нижней части установки, изолированный от корпуса и электрически связанный с общей точкой обмоток электродвигателя, соединенных в "звезду" через диодную сборку, причем ее «положительная» клемма подключена к электроду. Конструкция позволяет получить на электроде разность потенциалов относительно колонны НКТ вследствие перетоков в трехфазных обмотках электродвигателя при работе насоса и обеспечить катодную защиту металлического оборудования от коррозии и предупреждение накопления твердых отложений на защищаемом оборудовании.
Однако известное устройство защиты осуществляет только катодную поляризацию сооружений, при этом действие значительных катодных составляющих блуждающего тока на сооружение ничем не ограничено, что может привести к разрушению изоляционного покрытия и коррозионного разрушения корпусных деталей установки, вследствие перенапряжения защиты. Недостатком устройства защиты также является сложность конструкции переходного устройства и необходимость изменения конструкции ПЭД.
Известно устройство защиты погружной насосной установки (ПНУ) от коррозии (патент РФ №119020, МПК Е21В 41/02, опубликовано 10.08.2012 г.), состоящее из корпуса, резьбового ниппеля, свинчиваемого с ПЭД, изоляторов, электрода и полупроводникового диода, анод которого подключен к корпусу устройства, а катод к электроду, выполненному из коррозионно-стойкой стали, концентрично расположенному внутри корпуса с помощью изоляторов, в нижней части электрода установлен узел стекателя, состоящий из пакета проволочных щеточных дисков, материалом которого является коррозионно-стойкая, высоколегированная витая сталь, наружный диаметр дисков соответствует внутреннему диаметру обсадной колонны, обеспечивая гарантированный гальванический и металлический контакты с обсадной колонной.
Недостатком данного устройства защиты является недостаточная защита от коррозионного разрушения корпусных деталей ПНУ, так как щетки пружинных дисков забиваются парафиновыми отложениями и перестают выполнять фильтрующую функцию.
Известно устройство защиты погружной насосной установки (ПНУ) от коррозии (патент РФ № 107274, МПК Е21В 43/00, опубл. 10.08.2011 г.), содержащее погружной электронасосный агрегат, который объединяет электродвигатель с гидрозащитой, насос и кабельную линию, спускаемые в скважину на подъемных НКТ, оборудование устья, станцию управления и трансформатор. В нижней части ПНУ размещен с помощью резьбовой муфты стекатель-центратор, включающий пакеты пружинных дисков, выполненные из коррозионно-стойкой, высоколегированной стали, направляющие и фиксирующие втулки, пружинные рессоры круглого сечения, штангу, полупроводниковый диод, штанговый изолятор и гайки для силового замыкания конструкции стекателя.
Недостатком устройства является сложность конструкции и опасность коррозионного разрушения корпусных деталей ПНУ.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности защиты от коррозии внутрискважинного оборудования в зонах действия знакопеременных блуждающих токов.
Технический результат достигается устройством для защиты внутрискважинного оборудования от коррозии, содержащим изолированный магниевый протектор, оборудованный верхним и нижним диэлектрическими центраторами и скрепляющей шпилькой, электронный блок, включающий полупроводниковый диод, транзистор типа р-n-р и размещенный в резьбовом патрубке, заполненном низкоадгезионным наполнителем, при этом эмиттер транзистора подключен к резьбовому патрубку, коллектор - к анодному протектору, база подключена к изолированному магниевому протектору, причем резьбовой патрубок размещен между первой и второй полумуфтами, а анодный протектор установлен через верхнюю изолирующую вставку во второй и третьей полумуфтах, разделенных нижней изолирующей вставкой, и сопряжен с эксплуатационной колонной через пружинный стекатель, установленный на перфорированном патрубке, прикрепленном к третьей полумуфте, при этом устройство оборудовано резьбовым ниппелем для подключения к погружному электродвигателю.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображено устройство для защиты внутрискважинного оборудования от коррозии.
Устройство содержит изолированный магниевый протектор 1, оборудованный верхним 2 и нижним 3 диэлектрическими центраторами и скрепляющей шпилькой 4. Электронный блок 5 включает полупроводниковый диод 6, транзистор 7 типа р-n-р и размещен в резьбовом патрубке 8, заполненном низкоадгезионным наполнителем, при этом эмиттер транзистора подключен к резьбовому патрубку 8, коллектор - к анодному протектору 9, база подключена к изолированному магниевому протектору 1. Резьбовой патрубок 8 размещен между первой 10 и второй 11 полумуфтами, причем посредством скрепляющей шпильки 4 верхний 2, нижний 3 диэлектрические центраторы и первая полумуфта 10 прикреплены к изолированному магниевому протектору 1. Анодный протектор 9 установлен через верхнюю изолирующую вставку 12 во второй 11 и третьей 13 полумуфтах, разделенных нижней изолирующей вставкой 14, и сопряжен с эксплуатационной колонной 15 через пружинный стекатель 16, установленный на перфорированном патрубке 17, прикрепленном к третьей полумуфте 13. Пружинный стекатель 16 обеспечивает надежный механический и гальванический контакт с эксплуатационной колонной 15. Устройство оборудовано резьбовым ниппелем 18 для подключения к погружному электродвигателю (на чертеже не обозначено).
При наличии знакопеременного блуждающего тока на защищаемом внутрискважинном оборудовании могут быть два случая:
1) когда элемент внутрискважинного оборудования поляризуется анодной составляющей блуждающего тока, при этом потенциал внутрискважинного оборудования положительнее потенциала анодного протектора 9, подключенного через диод 6, к корпусу электронного блока 5 катодно поляризует внутрискважинное оборудование до потенциала, равного потенциалу анодного протектора 9 с учетом падения напряжения на диоде 6;
2) когда элемент внутрискважинного оборудования поляризуется катодной составляющей блуждающего тока, при этом потенциал внутрискважинного оборудования отрицательнее потенциала анодного протектора 9.
В этом случае диод 6 закрыт, изолированный магниевый протектор 1 автоматически отключается. За счет возникающей разности потенциалов между внутрискважинным оборудованием и анодным протектором 9 подается сигнал на транзистор 7, последний открывается, и внутрискважинное оборудование за счет анодного протектора 9 анодно подполяризовывается до потенциала, равного потенциалу анодного протектора 9 (за вычетом падения напряжения на транзисторе 7). Следовательно, смещение потенциала внутрискважинного оборудования в положительную или отрицательную область ниже уровней потенциала оборудования в изолированном магниевом протекторе 1 и анодном протекторе 9 приводит к автоматическому их включению.
Применение данного устройства повышает эффективность защиты от коррозии внутрискважинного оборудования в зонах действия знакопеременных блуждающих токов, за счет автоматического поддержания потенциала внутрискважинного оборудования в определенном интервале (в области защитных потенциалов).