Глубинный скважинный анодный заземлитель Советский патент 1991 года по МПК C23F13/00 

Изобретение относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии и передаче тока на расстояние по системе провод-земля, конкретно к заземляющим устройствам положительной полярности, и предназначено для применения в нефтяной, газовой, энергетической промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Цель изобретения - увеличение срока службы и снижение эксплуатационных затрат.

На фиг. 1 представлен заземлитель; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3, а, б, в - примеры использования разных протяженных стальных профилей-электродов; на фиг, 4 - нижняя часть заземлителя у забоя.

Анодный заземлитель содержит токоввод 1 в изоляции 2, отделенный слоем диэлектрика 3 от оболочки 4. Снаружи к оболочке 4 приварены протяженные стальные электроды 5 таким образом, что их поверхности образуют защитный кожух 6 со сквозными продольными полостями 7. В верхней части заземлитель снабжен дополнительным кожухом 8 из неэлектропроводного материала, например полиэтилена, с перфорированной верхней крышкой 9, причем этот кожух выступает над поверхностью земли. Электрический контакт 10 токоввода

ON О N 00

2

1 с оболочкой 4 осуществляется электросваркой в верхней и нижней части заземли- теля и защищается заглушкой 11. На фиг. 3 показаны рабочие поверхности 12 электродов 5.

Заземлитель работает следующим образом.

В первый период эксплуатации (до электрохимического растворения защитного ко- ,жуха) электрический контакт с грунтовым электролитом осуществляется только по поверхности электродов. Благодаря замене токопроводимой засыпки (активатора) между токовводом и оболочкой на диэлектрик и наличию сварных контактных соединений токоввода с оболочкой электрическая цепь между токовводом и электродами осущест- ляется только посредством металлической связи по цепочке токоввод - сварные контактные соединения - оболочки - электроды. Последним звеном в этой цепочке являются электроды, поэтому только они и подвергаются электрохимическому растворению, а у оболочки (до растворения защитного кожуха) и у токоввода (до растворения оболочки) функция электрода (т.е. стекание с поверхности в грунт тока) отсутствует, Таким образом, благодаря этому исключается один из основных недостатков известного заземлителя, заключающийся в двойном электрохимическом растворении материалов заземлителя и значительном непроизводительном перерасходе материалов.

По периметру заземлителя ток стекает крайне неравномерно. Такое неравномер ное распределение тока обеспечивается целенаправленно путем придания рабочей поверхности электродов специального рельефа - острия или участков с максимальным радиусом кривизны (фиг. 3).

Особая форма рабочей поверхности электродов обеспечивает максимальное проявление на всей их длине эффектов краевого стекания тока. Стекающий ток концентрируется именно на этих рабочих поверхностях - остриях, и участки электродов между остриями практически не подвержены электрохимическому растворению, т.е., плотность тока на них из-за эффек- тов экранирования минимальна, т.е. происходит автоматическое перераспределение плотности стекающего в грунт тока по поверхности заземлителя в зависимости от изменяющихся электрофизических свойств грунта. На участках, где происходит ускоренное растворение рабочих поверхностей, - остриях, быстро уменьшается эффективный диаметр заземлителя, что приводит к возрастанию на этом участке переходного сопротивления электрод-грунт и уменьше-

нию величины стекающего тока. Это проявляется автоматически, без дополнительных внешних воздействий, и обеспечивает исключение локальных разрушений, (например,

5 перерезаний заземлителя и безвозвратных потерь материала.

Важную роль в работе заземлителя играет обеспечение надежности контактных соединений. С целью исключения преждев10 ременного выхода контактных соединений из строя в данном заземлителе предусмотрены специальные элементы. Нижнее контактное соединение надежно защищается от ускоренного разрушения, вызываемого

15 эффектом концевого стекания тока, экраном, который образован выступающими за пределы оболочки по всему периметру электродами.

Длина I выступающей части электродов

20 удовлетворяет соотношению

I 3d,

где d - диаметр оболочки (фиг. 4) Этот раз- 25 мер выбирается из тех сооружений, что необходимо полностью исключить стекание тока с оболочки в грунт. Для этого угол а должен быть меньше 10°. С другой стороны,

30 а arctg ( у ). поэтому arctg ( - ) ,

откуда следует соотношение между длиной выступающей части электродов и диаметром оболочки.

В верхней части заземлитель снабжен 35 дополнительным защитным кожухом из неэлектропроводного материала. Этот кожух полностью исключает стекание тока в грунт с верхней части заземлителя, что предупреждает электрохимическое растворение 40 контактного соединения, а также снижает величину электрического потенциала на поверхности земли, увеличивает эффект глубинного растекания тока

Надежные контактные соединения в

совокупности с автоматическим перераспределением тока по длине электродов позволяют избежать безвозвратных потерь материалов и добиться увеличения коэффициента использования материала электродов и оболочки практически до 100% Действительно, сама оболочка вообще начинает подвергаться электрохимическому растворению только после того, как растворится не менее 60-70 мае % электродов Затем, если даже про какой-либо исключительной причине происходит разрушение оболочки, заземлитель не выходит из строя а продолжает работать в виде двух электродов, питаемых от одного токоввода, до полного электрохимического растворения материала оболочки.

В данном заземлителе элементы стальных протяженных профилей образуют продольные сквозные полости по всей длине оболочки (фиг. 3). Эти полости являются каналами для отвода газов на поверхность земли. Выделяющиеся газы скапливаются под дополнительным кожухом и удаляются на поверхность земли благодаря тому, что кожух выступает над поверхностью земли и имеет перфорированную верхнюю крышку. Свобода газовыделения обеспечивается на всех этапах работы заземлителя.

В первый период работы заземлителя, например из цилиндрических полых электродов-труб (фиг. Зв), газы удаляются через различные отверстия, которые в обязательном порядке образуются из-за неплотности прилегания грунта к сложной, рельефной поверхности электродов по периметру. По мере электрохимического растворения участков с максимальным радиусом кривизны газы начинают удаляться через полости, образованные рабочими поверхностями электродов и кожуха. После того, как начинает подвергаться электрохимическому растворению кожух, газы выделяются через полости между кожухом и оболочкой.

Еще одним достоинством предлагаемой конструкции заземлителя является отсутствие контактных соединений из разнородных материалов. Все элементы, находящиеся в грунте, выполнены из одного и того же материала (сталь), что исключает возникновение гальванопар и ускоренный выход соединений из строя.

В таблице приведены результаты испытаний заземлителя предлагаемой конструкции, аналога и прототипа, проведенных в грунте с неоднородной электропроводностью.

Полученные результаты наглядно демонстрируют преимущества предлагаемого заземлителя. Заземлитель-аналог перерезался в слое с высокой электропроводностью уже через 1,7 года, прототип прослужил почти на год дольше, а предлагаемый заземлитель даже на 5-й год эксплуатации имел довольно стабильное сопротивление растеканию тока, т.е. срок

его службы не менее, чем в 2 раза выше, чем у известного заземлителя.

Коэффициент использования материала заземлителя

14 Мо

где Мр - масса рабочей части электродов, подвергающаяся электрохимическому растворению в течение срока службы; М0 - общая масса заземлителя. У предлагаемой конструкции заземлителя этот коэффициент на 24% выше, а сред- ние безвозвратные потери металла за год в 1,5 раза меньше, чем у известного заземлителя.

20

Формула изобретения

1.Глубинный скважинный анодный заземлитель, содержащий токоввод, расположенный в наполнителе, электроды и оболочку, отличающийся тем, что, с

целью увеличения срока службы и снижения эксплуатационных затрат, электроды приварены к внешней поверхности оболочки с возможностью образования кожуха, изолирующего оболочку от грунта и образующего

между внутренней поверхностью кожуха и оболочкой сквозные продольные полости, причем на внешней поверхности кожуха выполнены продольные выступы, а свободное пространство между токовводом и оболочкой заполнено диэлектриком.

2.Заземлитель по п. 1,отличающий- с я тем, что у забоя кожух выполнен длиной большей, чем длина оболочки, причем длина выступающей части удовлетворяет неравенству:

где d - внешний диаметр оболочки.

3.Заземлитель по п. 1,отличающий- с я тем, что в верхней части он снабжен

дополнительным защитным кожухом из неэлектропроводного материала, причем этот кожух выступает над поверхностью земли и снабжен перфорированной крышкой.

4.Заземлитель по п. 1,отличающий- с я тем, что электроды и оболочка выполнены в виде труб преимущественно из стали.

l-гпц,

01

Изобретение относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии. Цель изобретения - увеличение срока службы и снижение эксплуатационных затрат. Анодный заземлитель содержит токоввод 1 в изоляции 2, отделенный слоем диэлектрика 3 от оболочки 4. Снаружи к оболочке 4 приварены протяженные стальные электроды 5 таким образом, что их поверхности образуют защитный кожух 6 со сквозными продольными полостями 7. В верхней части заземлитель снабжен дополнительным кожухом 8 из неэлектропроводного материала с перфорированной верхней крышкой 9. Электрический контакт 10 токоввода 1 с оболочкой 4 защищен заглушкой 11. Увеличение срока службы и снижение эксплуатационных затрат достигается тем, что электроды приварены к внешней поверхности оболочки таким образом, что их поверхности образуют кожух, свободное пространство между токовводом и оболочкой заполнено диэлектриком, определенным соотношением длины кожуха и оболочки у забоя, а также введением в устройство дополнительного защитного кожуха и перфорированной крышки. 1 с.п.ф-лы, 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

W.8W91

Фиг.З