叢式井組套管陰極保護(hù)新技術(shù)研究與應(yīng)用

楊永剛，王寶明，楊孝剛，姚金柱，李香琳，李志坪

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

叢式井組套管陰極保護(hù)新技術(shù)研究與應(yīng)用

楊永剛，王寶明，楊孝剛，姚金柱，李香琳，李志坪

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

采用叢式井組套管陰極保護(hù)工藝技術(shù)對套管鋼質(zhì)進(jìn)行保護(hù)，延緩套管外腐蝕速度，延長了油水井套管使用壽命。針對目前叢式井組套管陰極保護(hù)存在的一些問題，如陽極井故障后維護(hù)難度大、不能更換輔助陽極、設(shè)備運行不能實時監(jiān)控等，采油三廠進(jìn)行了可抽芯陽極井技術(shù)和陰極保護(hù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的研究與試驗，降低了重建陽極井的成本、實現(xiàn)在線監(jiān)控陰極保護(hù)系統(tǒng)運行，初步取得了較好的效果。

陰極保護(hù)；叢式井組；陽極井

隨著油田的發(fā)展，套損井對油田產(chǎn)能的影響日益凸顯，對油田的穩(wěn)產(chǎn)造成了很大的威脅，同時也給油田造成了巨大的經(jīng)濟損失。油水井套管的腐蝕穿孔及腐蝕防護(hù)是多年來的研究課題。經(jīng)過理論及實踐的不斷探討和改進(jìn)，主要采用陰極保護(hù)技術(shù)來預(yù)防和減緩套管腐蝕。陰極保護(hù)技術(shù)主要有犧牲陽極陰極保護(hù)和外加強制電流陰極保護(hù)。叢式井組陰極保護(hù)屬于外加強制電流陰極保護(hù)。

本文主要研究了叢式井組套管陰極保護(hù)的技術(shù)原理，對可抽芯陽極井建設(shè)、陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控兩項新工藝技術(shù)的試驗情況進(jìn)行分析總結(jié)，為數(shù)字化條件下叢式井組陰極保護(hù)的推廣提供了有力依據(jù)。

1 叢式井組套管陰極保護(hù)

采油三廠位于陜甘寧盆地，由于地理環(huán)境的限制，使用叢式井組進(jìn)行開發(fā)。地下有洛河層等多層水層存在，油井套管腐蝕穿孔極易產(chǎn)生。針對油水井套管腐蝕問題，通過多種手段和方法，明確了套損井的腐蝕機理。在防腐配套技術(shù)方面，主要采用了叢式井組套管陰極保護(hù)技術(shù)。

1.1 叢式井組套管陰極保護(hù)技術(shù)

叢式井組陰極保護(hù)技術(shù)原理：采用直流電源給被保護(hù)金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化，當(dāng)極化電位大于或等于腐蝕電池的開路電位時，金屬腐蝕電池陰、陽二極的電極電位相等或更負(fù)，使被保護(hù)的金屬停止腐蝕。

一般采用一口深陽極井對應(yīng)一個井組。每個井組安裝兩臺50～100 A硅整流儀。各井組配備電流控制分配器一臺,以控制各井達(dá)到均衡電位。各井加裝絕緣法蘭實現(xiàn)套管的高保護(hù)電位。井組地面管線附加安裝了接地排流裝置以免造成地面干擾。

陰極保護(hù)系統(tǒng)工作時：保護(hù)系統(tǒng)的交流電源經(jīng)過硅整流儀變?yōu)橹绷?，直流電源的?fù)極與各單井套管連接，正極與深井接地陽極連接。直流分配柜控制各單井輸出電流，平衡井間電位差，電流經(jīng)深井陽極、油水井套管、直流分配柜回到硅整流負(fù)極（見圖 1），從而構(gòu)成保護(hù)回路。

1.2 叢式井組陰極保護(hù)現(xiàn)狀及存在問題

截止2012年底，采油三廠共有陰極保護(hù)井組403個，保護(hù)油水井2 047口，正常運行井組255個，陽極井故障148口。存在的主要問題是：（1）以前的陽極井是裸眼完井，運行一段時間后井壁容易坍塌，導(dǎo)致陽極體及管線被埋。陽極井故障后很難修復(fù)，需要重建陽極井；（2）陽極井的輔助陽極消耗完后不能直接更換，需要重建陽極井，重建新陽極井成本較高，而且造成一定的浪費，增加了維護(hù)成本；（3）陰極保護(hù)系統(tǒng)的運行情況不能實時掌握，出故障后不能及時派人去維護(hù)，給管理和維護(hù)上造成一定的滯后性，消弱了陰極保護(hù)的效果。

2 可抽芯陽極井技術(shù)

2.1 可抽芯陽極井技術(shù)原理

針對陽極井存在的問題，提出了建設(shè)“可抽芯陽極井”的思路，即在陽極井的井筒中全井段采用了PVC套管固井，陽極套管底部采用PVC堵頭固封，每兩節(jié)間采用PVC硬塑專用膠密封后用鉚釘加固，直至井口。當(dāng)陽極體釋放能力衰減到不能滿足系統(tǒng)運行要求，即保護(hù)電位不能達(dá)到要求時，可通過排氣管一同將舊陽極體拔出，再下放新的陽極體及排氣管，使系統(tǒng)正常工作，達(dá)到重復(fù)利用陽極地床的目的，避免了重復(fù)打井的工作，且更換簡單，工期短，縮短了油、水套管的陰極保護(hù)空白期，延長了其使用壽命。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2012年采油三廠在五里灣一區(qū)柳84-39井組和柳82-37井組成功新建了2口可抽芯陽極井，目前這兩口井已經(jīng)正常運行。

比如：柳84-39井組有3口油井和1口水井。新建可抽芯陽極井：井深206m，井徑Ф350mm；PVC套管材料：抗壓0.6MPa，壽命50～70年，套管規(guī)格Ф250mm，壁厚7.1mm；陽極體材料：高硅鑄鐵，壽命15～20年；排氣管材料：鍍鋅鋼管，內(nèi)徑Ф40mm。每口井的自然電位和保護(hù)電位數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 柳84-39井組陰極保護(hù)運行數(shù)據(jù)

經(jīng)過使用一定強度的PVC套管固井，及其他的工藝技術(shù)改進(jìn)，延長了陽極井的使用壽命。按7年更換1次陽極體計算，每次節(jié)省重新打井的費用6萬元，在PVC套管的壽命內(nèi)可節(jié)約42～60萬元，經(jīng)濟效益明顯，同時也有利于井場環(huán)境保護(hù)。

3 陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

針對目前叢式井組陰極保護(hù)運行監(jiān)控難度大，出現(xiàn)故障后不能及時上報維護(hù)等問題，采油三廠按照建設(shè)數(shù)字化油田的思路，首先試驗了陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。

3.1 陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)原理

DKJS-SC型陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由DKJS-SC型陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控控制柜和DKJS-SC型陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件這兩部分組成。采用智能儀表和無線通訊模塊的使用，對陰極保護(hù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集顯示，瞬時發(fā)送傳輸，直觀、快速得到現(xiàn)場具體的數(shù)據(jù)信息，無需人為操作，無需到達(dá)現(xiàn)場提取數(shù)據(jù)，簡單方便。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸 DKJS-SC型陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控控制柜用于采集強制電流陰極保護(hù)技術(shù)的直流總電壓、直流總電流、分電流等信息；設(shè)備啟、停狀態(tài)采集等。采集的信息通過GPRS短信發(fā)送至指定郵箱。

3.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控信息 DKJS-SC型陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件是從客戶內(nèi)部的outlook郵箱下載數(shù)據(jù)并保存在GPRS軟件的數(shù)據(jù)庫中。軟件界面主要由左上方的井區(qū)井部井組，中間是軟件的主顯示畫面，右方顯示的是設(shè)備的運行狀態(tài)。

3.1.3 遠(yuǎn)程啟停運行 在控制面板上將【本地遠(yuǎn)程】轉(zhuǎn)換開關(guān)打到【遠(yuǎn)程】工作模式下，就可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。用設(shè)定好的手機號碼，給數(shù)據(jù)模塊的手機號碼發(fā)送啟、停信號，就能控制陰極保護(hù)系統(tǒng)的供電。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用及存在的問題

陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件已建成，目前可以對柳82-37井組的油水井陰極保護(hù)信息進(jìn)行在線監(jiān)控。

存在問題及建議：（1）該軟件目前是單機版，建議開發(fā)成網(wǎng)頁系統(tǒng)，與數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)融合，同時還需要完善軟件的功能；（2）目前可以監(jiān)控的井組數(shù)太少，需要對以前安裝的控制柜進(jìn)行升級，具備相應(yīng)的條件，全面實現(xiàn)陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 總結(jié)

（1）可抽芯陽極井大大降低了陽極井重建成本，后期維護(hù)方便，應(yīng)加強該技術(shù)試驗與推廣，發(fā)展成一種成熟的陰極保護(hù)工藝技術(shù)。。

（2）陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了叢式井組陰極保護(hù)的實時監(jiān)控，及時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，便于及時維護(hù)與管理，應(yīng)進(jìn)一步完善軟件和全面監(jiān)控。

（3）認(rèn)真分析腐蝕機理，積極研究與發(fā)展其他有效的套管防腐工藝技術(shù)，提高套管防腐工藝技術(shù)水平。

［1］ 武烈.我國陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展及其高新技術(shù)化的探索［J］.腐蝕與防護(hù)，2006，27（3）：136-139.

［2］ 楊海恩，楊全安，程碧海.長慶油田戶外可更換深井陽極套管陰極保護(hù)試驗［J］.腐蝕與防護(hù)，2008，29（2）：89-91.

［3］ 倪瑛，邵守彬，于建軍.防腐與檢測技術(shù)在油田中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2007，26（8）：51-61.

［4］ 楊全安，李瓊偉，何治武.長慶油田叢式井組套管的陰極保護(hù)［J］.腐蝕與防護(hù)，2000，21（8）：370-372.

The research and application of the new technology in the casing cathodic protection of cluster wells

YANG Yonggang，WANG Baoming，YANG Xiaogang，YAO Jinzhu，LIXiangling，LIZhiping
（Oil Production Plant3of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia750006，China）

The casing cathodic protection technology in cluster well can protect the casing steel,delay the corrosion speed of external casing,extend the using time of casing.There are some problems in the clusterwells casing cathodic protection,such as themoremaintenance difficulty in fault anode wells,cannot replace the auxiliary anode,not real-timemonitoring equipment operation.The third oil production plant testing and applying the technology of the anode corewhich can be pumped wells and remotemonitoring of cathodic protection systems,reducing the cost of rebuilding the anode well,real-timemonitoring of cathodic protection systems run,initially has achieved good results.

cathodic protection；clusterwells；anode wells

10.3969/j.issn.1673-5285.2013.03.018

TE980.5

B

1673-5285（2013）03-0070-03

2013－01-20

楊永剛（1984－），2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），石油工程專業(yè)，采油工程師。