Способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способу защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от грунтовой коррозии.

Известен способ повышения качества анодных заземлителей (патент RU №2207403, МПК C23F 13/00, опубл. Бюл. №18 от 27.06.2003), включающий использование состава активатора на основе связующего пека, нагретого до температуры плавления, в количестве 28-35 мас. % и гранулированного электродного кокса в количестве 65-72 мас. %, содержащего 28-29,6 мас. % частиц размером 1,0-8,0 мм, а также 13,6-16,0 мас. % частиц размером 0,16-1,0 мм и 27,8-28,8 мас. % частиц размером до 0,16 мм, засыпкой его в форму для изготовления анодных заземлителей с последующим уплотнением и механическим воздействием до достижения величины плотности в пределах 1,60-1,45 г/см³, обратно пропорциональной отношению массовой доли связующего пека к массовой доле гранулированного кокса в пределах 0,39-0,54.

Недостатком данного способа является сложность практической реализации в реальных условиях из-за пористости активатора на оптимальном уровне, поскольку при увеличенной доле пека пористость уменьшается, при уменьшенной - увеличивается, что приводит к увеличению в первом случае удельного электросопротивления анода за счет снижения ионной составляющей электропроводимости, во втором - к росту электрохимического эквивалента анода за счет роста ионной составляющей электропроводимости. Это приводит к увеличению напряжения на анодном заземлителе, уменьшению значения проектного тока, а значит, к недостаточной защите.

Известен также состав для изготовления анодных заземлителей (патент RU №2453633, МПК C23F 13/00, опубл. Бюл. №17 от 20.06.12), включающий нефтяную прокаленную коксовую мелочь, полистирол вспененный гранулированный, портландцемент в качестве связующего и древесную смолу в качестве компонента, склеивающего портландцемент с гранулами полистирола вспененного, при следующем соотношении компонентов, мас. %: нефтяная прокаленная коксовая мелочь - 60-70, портландцемент - 30-40, полистирол вспененный гранулированный - 3,0, сверх - 100%, древесная смола - 2,5-3,0 сверх - 100%, вода до водоцементного отношения - 0,38-0,42.

Недостатком данного способа является то, что состав вначале готовят в течение суток, а затем еще в течение 3 сут выдерживают, после чего извлекают из формы. За это время он приобретает 75-80% от своей механической прочности. Долгая выдержка существенно снижает оперативность работ по установке анодного заземлителя в шурф пробуренной скважины при катодной защите. Простой бригады по бурению анодных заземлителей приводит к увеличению времени работы и финансовым потерям. Стоимость работ по бурению одного шурфа анодного заземлителя глубиной 24 м по современным расценкам составляет 80-85 тыс.руб.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии и устройство для его осуществления (патент RU №2571104, МПК C23F 13/02, Е21В 41/02, H01R 4/00, опубл. бюл. №35 от 20.12.2015), включающий этапы предварительно бурения скважины до глубины, большей на 2,5-3,0 м длины анодного заземлителя, разбуривание скважины в интервале заглубления анодного заземлителя, в который устанавливают ковер, по окончании бурения непосредственно перед спуском электродов в скважину закачивают до верхнего уровня ковера глинистый раствор, устанавливают анодный заземлитель, устанавливают защитный ток для начального периода эксплуатации системы катодной защиты, производят поляризацию в течение 3-7 сут, после чего измеряют общие и поляризационные потенциалы защищаемых сооружений, при изменении силы защитного тока более чем на 20% от установленного делают вывод об утечке глинистого раствора из шурфа и закачивают до верхнего уровня анода гель, состоящий на 100 литров воды: 2 кг мела, 2 кг клея марки КМЦ и 1 кг соли, закаченный гель выдерживают до превращения в желеобразное состояние 5-10 часов, снова измеряют силу тока, по восстановлению силы тока до исходного значения судят о полном восстановлении токопроводности между грунтом и анодом и о достижении катодной защиты скважины. Устройство катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии содержит электрод-токоввод с кабелем, рабочий электрод, кабельный вывод, контрольно-измерительный пункт, перфорированную полимерную газоотводную трубку, ковер, трубу обсаживающую полиэтиленовую, канат капроновый, заполнитель, в качестве которого используют гель, состоящий на 100 литров воды: 2 кг мела, 2 кг клея марки КМЦ, 1 кг соли.

Недостатком данного способа является сложность заполнения данным составом шурфа скважины из-за того, что состав, в который входит мел, становится густым, происходит уход раствора из шурфа, уменьшается электропроводность состава, в результате чего у анодного заземлителя резко возрастает его сопротивление, это ведет к увеличению напряжения на станции катодной защиты (СКЗ), в результате чего невозможно достичь проектной величины тока защиты.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются: упростить заполнения кольматирующим составом шурфа; уменьшить уход состава из шурфа в пласт; добиться стабильных показателей защиты на весь срок использования катодной защиты.

Технические задачи решаются способом катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии, включающим бурение шурфа до глубины, большей длины анодного заземлителя, разбуривание шурфа в интервале заглубления анодного заземлителя, в который устанавливают ковер, закачивание непосредственно перед спуском электродов в скважину до верхнего уровня ковера глинистого раствора, в который спускают анодный заземлитель, установление защитного тока на обсадную колонну скважин через станцию катодной защиты, измерение общих и поляризационных потенциалов защищаемых сооружений.

Новым является то, что при изменении сопротивления на 20% и более досыпают в шурф до верхнего уровня анодного заземлителя сухой токопроводящий кольматирующий состав, состоящий из 25-30% глины, 9-12% гипса, 0,1-0,2% солей и остальное - песок, причем в качестве солей используют сернокислые и азотнокислые соли металлов и селитру, обеспечивающие сохранение токопроводности кольматирующего состава после заливки в шурф до 60 л воды.

Способ реализуется следующим образом.

Во время бурения шурф заполняют глинистым раствором, а затем сухой засыпкой (кольматирующим составом), в который входят глина 25-30%, гипс 9-12%, соли 0,1-0,2%, остальное песок, причем в качестве солей используют сернокислые и азотнокислые соли металлов, аммиачную селитру и т.п., которые позволяют сохранить токопроводность кольматирующего состава. Разброс в процентном соотношении в засыпке входит в погрешность при приготовлении и не меняет свойства кольматирующего состава. Сухая засыпка готовится на базе и засыпается в шурф при снижении уровня глинистого раствора из шурфа. Применение сухой засыпки приводит к существенной экономии при бурении шурфа при уходе из него жидкости. Сухая засыпка устраняет уход жидкости из шурфа скважины, а также предотвращает последующие работы во время эксплуатации катодной защиты, когда необходимо дополнительно заполнять шурф новым глинистым раствором.

Пример конкретного выполнения.

При бурении анодного заземлителя в кавернозных и трещиноватых грунтах происходит уход жидкости (глинистого раствора) из шурфа. Для предотвращения этого в базовых условиях приготавливают компоненты сухой засыпки: речной песок, глину и строительный гипс. Для этого компоненты высушивают до рассыпчатого состояния (если они влажные), просеивают через сито или сетку с ячейками не более 10 мм. В расчете на один шурф для анодного заземлителя длиной 24 м диаметром 200 мм берут 25-30% глины, 9-12% гипса, остальное песок. Тщательно перемешивают компоненты, добавляя равномерно любую хорошо растворимую сернокислую или азотнокислую соль в объеме 0,1-0,2%. Можно использовать удобрения (сернокислый калий - K₂SO₄, сернокислый натрий - Na₂SO₄, калиевую или натриевую селитру KNO₃, NaNCO₃ или аммиачную селитру NH₄NO₃). Общий вес сухой засыпки для такого шурфа составляет 480-500 кг. Вместо песка и глины можно использовать природный суглинок, объем которого равен сумме объемов песка и глины. Суглинок также должен быть сухим и просеянным.

Заполнение шурфа скважины сухой засыпкой производят после спуска электродов анодного заземлителя через открытую крышку ковера постепенно по 35-40 кг. Заполнение шурфа засыпкой производят до уровня верхней головки анодного заземлителя. При отсутствии смачивания кольматирующего состава скважинной жидкостью в шурф сверху заливают до 60 л воды.

В наиболее близком аналоге (патент RU №2571104) заливка в шурф раствора производится периодически по мере изменения силы тока более чем на 20%. При этом при каждой новой заливке производятся новые пусконаладочные работы по установке величины защитного тока, в начале снова производят поляризацию в течение 3-7 сут, после поляризации необходимо установить защитного тока на обсадной колонне. В предлагаемом способе по сравнению с близким аналогом полностью отсутствуют работы по постоянной доливке шурфа и последующей поляризации обсадной колонны с дальнейшей регулировкой тока защиты.

Предлагаемый способ катодной защиты обсадных колонн скважин и нефтепромысловых трубопроводов от коррозии позволяет сократить затраты на бурение шурфов под анодные заземлители на 25-35% за счет сокращения затрат по доливке шурфов и проведения последующих пусконаладочных работ на скважинах с учетом заполненного глинистым раствором шурфа анодного заземлителя. Применение сухой засыпки приводит к постоянному поддержанию уровня прианодного пространства в шурфе скважины, при котором сопротивление анодного заземлителя остается неизменным практически весь срок службы.