СПОСОБ СОВМЕСТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИНЫ И НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2007 года по МПК E21B43/00 C23F13/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации эксплуатационных колонн нефтедобывающих и нагнетательных скважин и выкидных линий и нефтепромысловых трубопроводов.

Известен способ эксплуатации куста скважин, включающий полное поднятие цемента в затрубном пространстве до устья, секционирование скважин электроизолирующими соединениями от системы транспорта нефти или системы поддерживания пластового давления и использование в качестве станции катодной защиты установки катодной защиты с контроллером тока. По каждой скважине проводят определение времени завершения катодной поляризации скважины и определение времени деполяризации скважины, при которой потенциалы на скважине снижены до минимальных защитных значений. На каждой скважине куста проводят циклический режим работы установки катодной защиты: катодная поляризация в течение времени завершения катодной поляризации скважины и деполяризация скважины в течение времени снижения потенциала на скважине до минимальных защитных значений. В момент деполяризации одной скважины проводят катодную поляризацию другой скважины куста (Патент РФ №2245993, кл. Е21В 43/00, опубл. 2005.02.10).

Известный способ предусматривает эксплуатацию только скважин без учета влияния выкидных линий и нефтепромысловых трубопроводов на свойства скважин.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ совместной эксплуатации скважин и нефтепромысловых трубопроводов, включающий раздельное обустройство скважин и трубопроводов, подключение отдельной катодной защиты к скважине и отдельной катодной защиты к трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой по расчетным параметрам отдельно для скважины и трубопровода (Инструкция по совместной катодной защите обсадных колонн и выкидных линий скважин. РД 153-39.0-238-02, Бугульма, ТатНИПИнефть, 2002, 15 с. - прототип).

Известный способ позволяет эксплуатировать скважину и трубопровод с достаточно надежной защитой от коррозии. Однако способ не учитывает влияния катодной защиты скважины на защиту трубопровода и наоборот катодной защиты трубопровода на защиту скважины. Это приводит к значительному перерасходу электроэнергии при эксплуатации скважины и трубопровода.

В предложенном изобретении решается задача сокращения энергозатрат при совместной эксплуатации скважины и трубопровода.

Задача решается тем, что в способе совместной эксплуатации скважины и нефтепромыслового трубопровода, включающем обустройство скважины и трубопровода, подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой, согласно изобретению 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.

Признаками изобретения являются:

1) обустройство скважины и трубопровода;

2) подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу;

3) эксплуатация скважины и трубопровода с катодной защитой;

4) расположение точки дренажа на площадке скважины;

5) размещение анодных заземлителей по обе стороны от трубопровода;

6) опытное включение катодной защиты скважины;

7) определение степени защищенности трубопровода;

8) для защиты всего трубопровода определение продольного сопротивления трубопровода, переходного сопротивления трубопровода, расстояния между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжения на выходе катодной станции, мощности на выходе катодной станции, суммарной массы и количества электродов в анодном заземлителе и величины защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны.

Признаки 1-3 являются общими с прототипом, признаки 4-8 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения

Эксплуатацию катодной станции для защиты обсадной колонны скважины и катодной станции близлежащих трубопроводов выполняют раздельно. При этом задействуют две катодные станции и отдельные анодные заземлители. Взаимное влияние катодных станций и анодных заземлителей не учитывается. Это приводит к неоправданным затратам на сооружение второй катодной станции, перерасходу электроэнергии, сложности управления процессом антикоррозионной защиты. В предложенном изобретении решается задача сокращения энергозатрат при совместной эксплуатации скважины и трубопровода. Задача решается следующим образом.

Проводят совместную эксплуатацию скважины и ближайших нефтепромысловых трубопроводов. Проводят обустройство скважины и трубопровода. Для этого монтируют одну катодную станцию вблизи скважины. Подключают катодную защиту к скважине и трубопроводу. Располагают точку дренажа на площадке скважины. Точка дренажа представляет собой место подключения катодного кабеля от станции катодной защиты к защищаемому сооружению. Площадка скважины - это территория, на которой располагается скважина и нефтепромысловое оборудование, необходимое для добычи нефти. Точку дренажа располагают на площадке скважины, так как в этом месте сходятся трубопровод и обсадная колонна скважины, которые необходимо защитить при помощи катодной станции. Размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода. Производят опытное включение катодной защиты скважины для определения необходимого тока станции катодной защиты, который позволит обеспечить защищенность трубопровода по всей его протяженности, а затем целесообразность того или иного способа защиты. Определяют степень защищенности трубопровода по значению защитного потенциала, измеренного на противоположном от точки дренажа конце трубопровода. Это значение должно быть не менее (-0,9 В). Как правило, мощности катодной защиты скважины хватает для защиты скважины и только части трубопровода. 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. Эксплуатируют скважину и трубопровод с катодной защитой от одной скважины с определенными параметрами.

Для опытного включения катодной защиты используют опытную установку электрохимзащиты или опытную станцию катодной защиты, представляющую собой передвижной генератор постоянного тока на базе автомашины, при помощи которого экспериментальным путем определяют ток, необходимый для обеспечения катодной защиты трубопровода по всей его протяженности. На объект транспортируют автомашину с передвижным электрогенератором постоянного тока, рядом с трубопроводом устанавливают в грунт временные анодные заземлители, которые соединяют с плюсовой клеммой генератора. Минусовую клемму генератора при помощи кабеля соединяют с защищаемой конструкцией. Затем запускают генератор постоянного тока и при помощи реостата и приборов (амперметра и вольтметра), расположенных на щитке рядом с генератором, устанавливают силу тока, при которой достигается разность потенциалов «труба-земля» на другом конце трубопровода, равная -0,9 Вольта.

Продольное сопротивление трубопровода определяют по формуле:

где: ρ_Т - удельное электрическое сопротивление материала трубопровода, Ом·мм;

D_Т - диаметр трубопровода, мм;

δ_Т - толщина стенки трубопровода, мм.

Переходное сопротивление трубопровода определяют расчетным путем:

,

где: R_ПН - начальное переходное сопротивление трубопровода после завершения процесса влагонасыщения покрытия, Ом·м;

β - коэффициент (принимается равным 0,125), характеризующий скорость изменения сопротивления во времени, 1/год;

- для битумной изоляции принимается 3000 Ом·м², для трубопроводов с полимерным покрытием 5000 Ом·м². Определение производится по формуле:

где: D_Т - диаметр трубопровода, мм.

Расстояние У между трубопроводом и анодным заземлением определяют из выражения:

где: ΔU_с-з - наложенный потенциал, В;

I_КС - ток катодной станции, А.

R_ВХ - определяется расчетным путем по формуле:

Напряжение на выходе катодной станции определяют по формуле:

где: R_аз - сопротивление растеканию тока электрода анодного заземления, установленного вертикально в грунт, определяется по формуле:

l_Э - длина электрода, м;

d_Э - диаметр электрода, м;

Н_Э - расстояние от уровня земли до середины электрода (глубина установки), м.

R_пр - сопротивление дренажных проводов или кабелей, соединяющих катодную станцию с трубопроводом и анодным заземлением, определяется выражением:

где: l - общая длина дренажных проводов или кабелей, м;

S - сечение дренажных проводов или кабелей, мм²;

ρ_пр - удельное сопротивление проводника, Ом·мм²/м:

ρ - меди - 0,0175;

ρ - стали - 0,018;

ρ - алюминия - 0,028.

Мощность на выходе катодной станции определяют:

Расчет суммарной массы электродов по сроку службы, который должен быть не меньше срока службы всей системы, по формуле:

где: Т_р - расчетный срок службы заземлителя, год;

g - скорость анодного растворения материала электродов, кг/А·год.

Расчет количества электродов в анодном заземлителе выполняют по формуле:

Пример конкретного выполнения

Проводят совместную эксплуатацию скважин №14915, 14917, 15620, 3184 и ближайших нефтепромысловых трубопроводов Ромашкинского месторождения. Скважины расположены на одном кусту. Проводят обустройство скважин и трубопроводов. Для этого на кусту скважин монтируют одну катодную станцию. Подключают катодную защиту к скважинам и трубопроводам. Располагают точку дренажа на площадке скважины. Размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода. Производят опытное включение катодной защиты скважины. Определяют, что степень защищенности трубопровода составляет 30%. 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. Эксплуатируют скважину и трубопровод с катодной защитой от одной скважины. Данные расчета сведены в таблицу. В результате расчетов получается, что удаление анодного заземлителя для обеспечения защиты по всей протяженности должно быть 80 метров от трубопровода. Существующее анодное заземление находится в 50-ти метрах от скважины и служит в большей степени для защиты обсадной колонны. Поэтому для защиты трубопровода необходимо дополнительное анодное заземление на удаление 80 метров от трубопровода. В качестве источника тока используется существующая станция катодной защиты - ПДЕ-1200, с рабочими характеристиками:

- выходное напряжение - 24 В;

- максимальная сила тока - 50 А;

- выходная мощность - 1200 Вт.

Таким образом, для обеспечения защищенности трубопровода по всей его протяженности количество электродов анодного заземлителя, полученное при расчете, делится на два заземления, которые устанавливаются по обе стороны от трубопровода на удаление, равное расчетному расстоянию.

В настоящее время при существующих параметрах работы станции катодной защиты (сила тока - 16 Ампер, напряжение - 21 Вольт) защищаются обсадные колонны скважин, но не защищается по всей длине трубопровод. Для обеспечения защиты трубопровода по всей длине необходимо:

1 вариант: увеличить мощность станции катодной защиты (необходима сила тока 47 Ампер и напряжение 39 Вольт),

2 вариант: применить предлагаемую технологию. При этом выходная мощность существующей станции катодной защиты возрастет на 82 Ватта и станция катодной защиты будет работать с параметрами: сила тока - 19 Ампер, напряжение - 22 Вольта.

Сравнение расхода электроэнергии по двум вариантам показывает:

1 вариант: 47 Ампер × 39 Вольт: 1000 × 24 часа × 365 дней = 16057 кВт ч в год

2 вариант: 19 Ампер × 22 Вольта: 1000 × 24 часа × 365 дней = 3662 кВт ч в год

Экономия составит 12 395 кВт ч в год или 77,2%.

Применение предложенного способа позволит сократить энергозатраты при совместной эксплуатации скважины и трубопровода.

ТаблицаРасчет параметров катодной защиты трубопровода от скважин №14915, 14917, 15620, 3184Данные, полученные в результате работы опытной станции катодной защиты№ п.п.ПараметрОбозначениеЕд. изм.Значение1Сила тока ОСКЗI_оскзА2,402Напряжение ОСКЗU_оскзВ6,003Стационарный потенциал сооружения в точке измеренияU_cВ-0,744Наложенный потенциал "сооружение-земля" в точке измеренияΔU_c-зВ0,18Исходные данные:№ п.п.ПараметрОбозначениеЕд. изм.Значение1Длина трубопроводаL_ТМ3510,00002Диаметр трубопроводаD_ТМ114,00003Толщина стенки трубопроводаδ_ТМ4,50004Глубина залегания трубопроводаh_ТМ0,90005Удельное сопротивление трубной сталиρ_стОм/м0,24506Сопротивление изоляции трубопровода нормировочноеR_иОм*м5000,00007Среднее удельное сопротивление грунтовρ_гОм*м34,00008Длина дренажных кабелейL_прМ325,00009Сечение дренажного кабеляS_прМ²0,00001600010Удельное сопротивление медиρ_мОм*м0,00000001711Заглубление заземлителяt_азМ3,00012Длина рабочей части электрода заземлителяL_азМ1,5013Диаметр электрода АЗD_азМ0,0514Расчетный срок службы АЗT_pГод33,0015Скорость анодного растворенияgкг/А*год0,5016Возраст трубопроводаtГод14,0017Коэффициент скорости изменения сопротивления изоляции трубопроводаβ1/год0,12518Масса одного электродаm_ЭКг33,0Расчет катодной защиты№ п.п.ПараметрОбозначениеЕд. изм.Значение1Продольное сопротивление трубопроводаR_ТОм/м0,0001582Переходное сопротивление трубопроводаR_пОм*м2,433Удаление анодного заземлителя от трубопроводаУМ804Входное сопротивление трубопроводаR_вхОм0,0097975Уточненный ток катодной станции с учетом коэффициента удаления АЗI_КСА66Сопротивление цепи СКЗR_КСОм2,087Напряжение на выходе катодной станцииU_КСВ138Сопротивление растеканию анодного заземлителяR_азОм1,72309Сопротивление дренажных кабелейR_прОм0,345310Мощность на выходе СКЗWВт8211Суммарная масса электродов АЗMКг134,3712Количество электродов АЗn_э 4

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации эксплуатационных колонн нефтедобывающих и нагнетательных скважин и выкидных линий и нефтепромысловых трубопроводов. Обеспечивает сокращение энергозатрат при совместной эксплуатации скважины и трубопровода. Сущность изобретения: по способу ведут обустройство скважины и трубопровода, подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу. Располагают точку дренажа на площадке скважины. Размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода. Производят опытное включение катодной защиты скважины. Определяют степень защищенности трубопровода. 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. Эксплуатацию скважины и трубопровода проводят с установленной катодной защитой. 1 табл.

Способ совместной эксплуатации скважины и нефтепромыслового трубопровода, включающий обустройство скважины и трубопровода, подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой, отличающийся тем, что 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, суммарной массы и количества электродов в анодном заземлителе и величину защитного тока, обеспечивающую необходимую длину защищаемой зоны.