叢式井組套管陰極保護新技術研究與應用

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新技術研究與應用

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工藝技術對套管鋼質進行保護，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存在的一些問題，如陽極井故障后維護難度大、不能更換輔助陽極、設備運行不能實時監控等，采油三廠進行了可抽芯陽極井技術和陰極保護系統遠程監控技術的研究與試驗，降低了重建陽極井的成本、實現在線監控陰極保護系統運行，初步取得了較好的效果。

陰極保護；叢式井組；陽極井

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

本文主要研究了叢式井組套管陰極保護的技術原理，對可抽芯陽極井建設、陰極保護遠程監控兩項新工藝技術的試驗情況進行分析總結，為數字化條件下叢式井組陰極保護的推廣提供了有力依據。

1 叢式井組套管陰極保護

采油三廠位于陜甘寧盆地，由于地理環境的限制，使用叢式井組進行開發。地下有洛河層等多層水層存在，油井套管腐蝕穿孔極易產生。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。在防腐配套技術方面，主要采用了叢式井組套管陰極保護技術。

1.1 叢式井組套管陰極保護技術

叢式井組陰極保護技術原理：采用直流電源給被保護金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化，當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，使被保護的金屬停止腐蝕。

一般采用一口深陽極井對應一個井組。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,以控制各井達到均衡電位。各井加裝絕緣法蘭實現套管的高保護電位。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。

陰極保護系統工作時：保護系統的交流電源經過硅整流儀變為直流，直流電源的負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，電流經深井陽極、油水井套管、直流分配柜回到硅整流負極（見圖 1），從而構成保護回路。

1.2 叢式井組陰極保護現狀及存在問題

截止2012年底，采油三廠共有陰極保護井組403個，保護油水井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，導致陽極體及管線被埋。陽極井故障后很難修復，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，增加了維護成本；（3）陰極保護系統的運行情況不能實時掌握，出故障后不能及時派人去維護，給管理和維護上造成一定的滯后性，消弱了陰極保護的效果。

2 可抽芯陽極井技術

2.1 可抽芯陽極井技術原理

針對陽極井存在的問題，提出了建設“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，每兩節間采用PVC硬塑專用膠密封后用鉚釘加固，直至井口。當陽極體釋放能力衰減到不能滿足系統運行要求，即保護電位不能達到要求時，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，使系統正常工作，達到重復利用陽極地床的目的，避免了重復打井的工作，且更換簡單，工期短，縮短了油、水套管的陰極保護空白期，延長了其使用壽命。

2.2 現場應用效果

2012年采油三廠在五里灣一區柳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，內徑Ф40mm。每口井的自然電位和保護電位數據（見表1）。

表1 柳84-39井組陰極保護運行數據

經過使用一定強度的PVC套管固井，及其他的工藝技術改進，延長了陽極井的使用壽命。按7年更換1次陽極體計算，每次節省重新打井的費用6萬元，在PVC套管的壽命內可節約42～60萬元，經濟效益明顯，同時也有利于井場環境保護。

3 陰極保護遠程監控系統

針對目前叢式井組陰極保護運行監控難度大，出現故障后不能及時上報維護等問題，采油三廠按照建設數字化油田的思路，首先試驗了陰極保護數據采集與遠程監控技術。

3.1 陰極保護遠程監控系統原理

DKJS-SC型陰極保護數據采集與遠程監控系統主要由DKJS-SC型陰極保護數據采集與遠程監控控制柜和DKJS-SC型陰極保護數據采集與遠程監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，對陰極保護現場的數據進行實時采集顯示，瞬時發送傳輸，直觀、快速得到現場具體的數據信息，無需人為操作，無需到達現場提取數據，簡單方便。

3.1.1 數據采集與傳輸 DKJS-SC型陰極保護數據采集與遠程監控控制柜用于采集強制電流陰極保護技術的直流總電壓、直流總電流、分電流等信息；設備啟、停狀態采集等。采集的信息通過GPRS短信發送至指定郵箱。

3.1.2 遠程監控信息 DKJS-SC型陰極保護數據采集與遠程監控軟件是從客戶內部的outlook郵箱下載數據并保存在GPRS軟件的數據庫中。軟件界面主要由左上方的井區井部井組，中間是軟件的主顯示畫面，右方顯示的是設備的運行狀態。

3.1.3 遠程啟停運行 在控制面板上將【本地遠程】轉換開關打到【遠程】工作模式下，就可進行遠程控制操作。用設定好的手機號碼，給數據模塊的手機號碼發送啟、停信號，就能控制陰極保護系統的供電。

3.2 現場應用及存在的問題

陰極保護數據采集與遠程監控軟件已建成，目前可以對柳82-37井組的油水井陰極保護信息進行在線監控。

存在問題及建議：（1）該軟件目前是單機版，建議開發成網頁系統，與數字化生產指揮系統融合，同時還需要完善軟件的功能；（2）目前可以監控的井組數太少，需要對以前安裝的控制柜進行升級，具備相應的條件，全面實現陰極保護遠程監控。

4 總結

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

（2）陰極保護遠程監控系統實現了叢式井組陰極保護的實時監控，及時掌握設備運行狀態，便于及時維護與管理，應進一步完善軟件和全面監控。

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

［1］ 武烈.我國陰極保護技術的發展及其高新技術化的探索［J］.腐蝕與防護，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試驗［J］.腐蝕與防護，2008，29（2）：89-91.

［3］ 倪瑛，邵守彬，于建軍.防腐與檢測技術在油田中的應用［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［J］.腐蝕與防護，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年畢業于中國石油大學（北京），石油工程專業，采油工程師。