СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ СПУСКАЕМОГО В СКВАЖИНУ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C23F13/06 

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты скважинного оборудования, в том числе глубинного, в частности электроцентробежных насосов (ЭЦН), от коррозии с наложением контролируемой разности потенциалов (катодная защита) и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе нефтяной.

Известны способы защиты металла скважинного оборудования в нефтепромысловых средах с применением химреагентов - ингибиторов коррозии путем их дозировки в пласт и в межтрубное пространство скважины, ограниченное обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой [1, 2]. Основным недостатком известных способов является высокий расход химреагентов при низкой фактической эффективности защиты от коррозии, что связано с отложением сульфидных пленок на поверхности металла и затрудненным доступом ингибиторов к ней.

Известны способы защиты углеродистой стали, преимущественно наземных и подземных трубопроводов, от общей коррозии с использованием протекторов из металлов различной природы, в том числе с наложением контролируемой разности потенциалов [3, 4]. Основным недостатком известных способов является сложность их применения в скважинах, например нефтепромысловых, так как в них происходит отрыв протекторов, извлечение которых требует проведения трудоемких и дорогостоящих работ по разбуриванию и подъему отработанного металла. Высокую стоимость традиционной протекторной защиты скважинного оборудования определяет и использование протекторов из дорогого магниево-цинкового сплава, остающихся при попытках подъема в скважине и практически уничтожаемых разбуриванием.

Наиболее близким к заявляемому является способ катодной защиты скважинного оборудования, в том числе с установкой ЭЦН [5], включающий наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем с помощью станции катодной защиты (СКЗ), оснащенной электродом сравнения и ампервольтметром. В результате происходит смещение потенциала защищаемого скважинного оборудования и его пассивирование. В то же время способ не обеспечивает эффективную защиту удаленных от дневной поверхности зон глубинного скважинного оборудования и в том числе спущенного в скважину ЭЦН - по причине снижения в этих зонах защитной разности потенциалов.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для катодной защиты скважинного оборудования, в том числе с установкой ЭЦН [5], включающее СКЗ, оснащенную электродом сравнения и ампервольтметром и подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает эффективную защиту глубинного скважинного оборудования и в том числе спущенного в скважину ЭЦН - в удаленных от дневной поверхности зонах по причине снижения в них защитной разности потенциалов.

Решаемая предлагаемыми изобретениями задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности способа и устройства для катодной защиты спускаемого в скважину ЭЦН без снижения эффективности по мере удаления ЭЦН от дневной поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в способе катодной защиты спускаемого в скважину электроцентробежного насоса (ЭЦН), включающем наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем, дополнительно накладывают разность потенциалов между ЭЦН и анодным заземлителем. Разность потенциалов между ЭЦН и анодным заземлителем накладывают через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для катодной защиты спускаемого в скважину электроцентробежного насоса (ЭЦН), включающем станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, СКЗ дополнительно подключена к ЭЦН дополнительной жилой силового кабеля установки ЭЦН. СКЗ дополнительно подключена к ЭЦН дополнительной жилой силового кабеля установки ЭЦН через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже, где:
1 - обсадная колонна
2 - установка ЭЦН
3 - насосно-компрессорная труба
4 - анодный заземлитель
5 - станция катодной защиты, оснащенная электродом сравнения и ампервольтметром
6 - кабель (соединительный)
7 - силовой кабель установки ЭЦН
8 - питающие жилы силового кабеля установки ЭЦН
9 - дополнительная жила силового кабеля установки ЭЦН.

Устройство работает следующим образом. Включают станцию катодной защиты и устанавливают необходимый ток защиты, который выбирают по медно-сульфатному электроду сравнения. Происходит равномерная поляризация металла по всей поверхности защищаемого оборудования за счет суммирования токов защиты через верхнюю и нижнюю точки скважинного оборудования.

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".

Способ осуществляют следующей последовательностью операций:
1. Подключение трех жил четырехжильного силового кабеля к контактам электропитания электроцентробежного насоса, а четвертой жилы четырехжильного силового кабеля - к корпусу электроцентробежного насоса.

2. Спуск и монтаж ЭЦН в скважине.

3. Подключение соединительного кабеля к анодному заземлителю, размещенному в зоне устойчивого электролитического контакта и выполняющему роль растворимого анода.

4. Подключение кабеля растворимого анода к положительному контакту станции катодной защиты.

5. Подключение СКЗ для наложения отрицательного защитного потенциала кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне скважины.

6. Подключение четвертой жилы четырехжильного кабеля, подключенной к корпусу электроцентробежного насоса, к отрицательному контакту станции катодной защиты (преимущественно через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне).

7. Наложение необходимой разности потенциалов на систему "обсадная колонна - корпус ЭЦН - анодный заземлитель".

8. Контроль необходимой защитной разности потенциалов с помощью измерительной схемы медно-сульфатного электрода сравнения, установленного в грунте также в зоне устойчивого электролитического контакта с системой "обсадная колонна - корпус ЭЦН - анодный заземлитель".

Способ иллюстрируется примерами.

Пример 1. Определение целесообразности использования магний-цинковых протекторов для катодной защиты электроцентробежных насосов добывающих скважин НГДУ Уфанефть.

Применение в агрессивных технологических средах (сточных нефтепромысловых водах) в качестве активного растворимого электрода-протектора магниево-цинкового сплава для защиты скважинного оборудования определяет высокую стоимость защитных мероприятий. Так, в НГДУ Уфанефть использование стандартных протекторов массой 8 кг, закрепленных на нижней части погружных электродвигателей, приводит к их полному или практически полному растворению в течение 30 сут. При коррозии протектора в области резьбового соединения он остается в скважине и требует для его удаления трудоемких и дорогостоящих работ по "разбуриванию" и подъему в виде утилизованного металла, непригодного для дальнейшего применения. В табл. 1 приведены результаты длительного применения магний-цинковых протекторов в добывающих скважинах, из которых следует необходимость разработки нового способа катодной защиты с использованием растворимого анода из углеродистой стали.

Пример 2. Эффективность катодной защиты электроцентробежного насоса скв. 1046 Сергеевского месторождения НГДУ Уфанефть с глубиной погружения 1765 м.

В качестве кабеля (соединительного) использован кабель КПБП 3х16; в качестве силового кабеля УЭЦН - кабель КлБП 4х10. СКЗ 51 тип ОПС2-50-24-У1. Анодный заземлитель - стальная труба весом 5 т, погруженная в землю на глубину 2 м в радиусе 100 м от устья скважины.

Исследование эффективности заявляемого способа проводили в нефтепромысловых условиях следующим образом.

На станции катодной защиты устанавливали различные режимы разностей потенциалов и снимали показания потенциалов с дневной поверхности обсадной колонны, корпуса электроцентробежного насоса и с системы "корпус электроцентробежного насоса - обсадная колонна". Разность потенциалов измеряли относительно медно-сульфатного электрода, установленного в грунте. Согласно регламенту работы станций катодной защиты (ГОСТ 9.602-89 С.11) нормальным режимом защиты считается интервал потенциалов от минус 0,87 до минус 2,5 В.

Результаты исследования эффективности катодной защиты по известному и заявляемому способам приведены в табл.2 и позволяют сделать следующие заключения:
Установка электроцентробежного насоса в скважине является анодом по отношению к грунту (разность потенциалов выше минус 0,7 В, вариант 1)
Нагрузка станции катодной защиты через обсадную колонну недостаточно эффективна для защиты ЭЦН при данной глубине погружения (разность потенциалов минус 0,57 В, вариант 2 - прототип).

Подключение СКЗ к корпусу ЭЦН через четвертую жилу силового кабеля без подключения к дневной поверхности обсадной колонны защищает лишь ЭЦН, а обсадную колонну - нет (разность потенциалов минус 0,78 В, вариант 3)
Для повышения эффективности катодной защиты необходима нагрузка контролируемой разности потенциалов через дополнительную четвертую жилу силового кабеля ЭЦН и через точку подключения СКЗ на дневной поверхности к обсадной колонне. Это дает возможность создать защитный потенциал в интервале от минус 0,9 В до минус 1,08 В, защищающем и электроцентробежный насос, и обсадную колонну (вариант 4).

Пример 3. Эффективность катодной защиты электроцентробежного насоса скв. 1528 куст 5 месторождения "Волково" с глубиной погружения 1420 м.

По прототипу. Величина напряжения, подаваемого в точку на дневной поверхности обсадной колонны, составляла 13,5 В; сила тока 50 А.

Электрозондирование вертикального столба скважины показало, что защитный потенциал на обсадной колонне составлял минус 1,5 В и не изменялся с глубиной погружения; в то время как защитный потенциал на ЭЦН снизился от величины минус 1,5 В до минус 1,1 В при погружении на глубину 1000 м, а на глубине 1420 м составил минус 1,0 В.

По предлагаемому способу была дополнительно наложена разность потенциалов между ЭЦН через четвертую жилу его силового кабеля и анодным заземлителем. Это увеличило защитный потенциал системы "обсадная колонна - ЭЦН" до минус 1,4 В.

Вызванное присоединением выкидной линии падение защитных потенциалов обсадной колонны и ЭЦН также удалось ликвидировать предлагаемым способом (увеличив величину подаваемого напряжения до 18 В и силу тока до 75 А).

Таким образом, заявляемые способ и устройство действительно позволяют повысить эффективность катодной защиты спускаемого в скважину ЭЦН. Способ и устройство нетрудоемки, эффективны и промышленно применимы, т.к. для их реализации используют доступное оборудование и материалы.

Источники информации
1. Ибрагимов Г. З., Хисамутдинов Н.И. Справочное пособие по применению химреагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1977. - 271 с.

2. Хисамутдинов Н.И,. Ибрагимов Г.З. Разработка нефтяных месторождений. - Т. IV. - М.: ВНИИОЭНГ, 1994. - 262 с.

3. Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник /Стрижевский И.В. и др. - М.: Недра, 1981. - 293 с.

4. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии /Под ред. Б.В. Строкана, А.М. Сухотина. - Л. : Химия, 1987. - 280 с.

5. Даутов Ф.И. и др. Катодная защита обсадных колонн скважин от коррозии на нефтяных месторождениях. - М.: ВНИИОЭНГ, 1981, 55 с.

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты скважинного оборудования, в том числе глубинного, в частности электроцентробежных насосов (ЭЦН), от коррозии с наложением контролируемой разности потенциалов (катодная защита) и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе нефтяной. Предлагаемый способ и устройство катодной защиты спускаемого в скважину электроцентробежного насоса обеспечивают наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем и дополнительно - разности потенциалов между ЭЦН и анодным заземлителем. Разность потенциалов между ЭЦН и анодным заземлителем накладывают через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне. Технический результат заключается в повышении эффективности способа и устройства для катодной защиты спускаемого в скважину ЭЦН без снижения эффективности по мере удаления ЭЦН от дневной поверхности. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ катодной защиты спускаемого в скважину электроцентробежного насоса (ЭЦН), включающий наложение разности потенциалов между точкой подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне и анодным заземлителем, отличающийся тем, что дополнительно накладывают разность потенциалов между ЭЦН и анодным заземлителем. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разность потенциалов между ЭЦН и анодным заземлителем накладывают через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне. 3. Устройство для катодной защиты спускаемого в скважину электроцентробежного насоса (ЭЦН), включающее станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, отличающееся тем, что СКЗ дополнительно подключена к ЭЦН дополнительной жилой силового кабеля установки ЭЦН. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что СКЗ дополнительно подключена к ЭЦН дополнительной жилой силового кабеля установки ЭЦН через точку подключения кабеля на дневной поверхности к обсадной колонне.