油井外加电流阴极保护防腐技术介绍

一、简述

该技术装置是由以下几个系统组成：

1、动力电源控制系统；

2、恒电位整流控制系统；

3、阳极地床系统；

4、辅助阳极系统；

5、强制电流电子激发系统；

6、参比阳极测试系统；

7、安全保护系统；

该套装置重约3.2T，它埋地安装在井场附近，它的动力电源输入形式分两种，一种是220V电作动力电源，另一种是太阳能硅光板作动力电源，每套装置是按单井井深和油套管等井下所有金属的展开面积等参数进行设计容量的，它可同时保护井下所有的套管、油管、泵和抽油杆等，它的输出保护电缆与单井套管连接，可保护一口井也可同时保护多口井，安装调试后无须任何复杂操作，性能非常稳定维护费基本为零，一般情况下无动力电的地方，多采用太阳能板的形式为好，如长输管线和罐区防腐等。

二、作用

1、可防止和延缓硫化氢对油井产生的腐蚀；

2、可阻止SAGD长期高温注汽井所产生的油井腐蚀，见现场相片；

杜84-52-160保护前套管表面           杜84-52-160保护后套管表面

3、可防止长期泡在低洼地带和水田中的油井和管线腐蚀；

4、可防止联合站地下管网和油罐内壁及罐底的腐蚀；

5、利用强制电流阴极保护方案，使被保护体长期处于负电位保护状态，防腐效果好。

6、地面地下同时保护，可以减轻其他井下工具和材料腐蚀，提高使用年阴。

7、防腐装置有效期长，一次性投入安装完成，可以使用十年以上。

8、设备占用面积小，性能稳定易于管理，不需要再投入大量人力和物力。

9、牺牲阳极材料消耗后可以更换材料。

三、机理

任何一种金属处于电解质溶液里都有一个对应的电极电位，不同的金属在同一种电解质溶液里有不同的电极电位，相同的金属在不同的电解质里也有不同的电极电位；电极电位不同就出现了电位差，这个电位差将推动电子流动而形成电流。在电流流出的地方，金属受到腐蚀叫阳极区；在有电流流入的地方金属得到电子则不会腐蚀。阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护的金属整体处于电子过剩状态，因此使金属原子不容易失去电子而变成离子溶解到电解质中去，实现金属材料的防腐作用。

四、方案

采用外加电源强制电流阴极保护技术防腐

1、每套装置保护设计井数：1～2口。

2、保护油水井深度1600米。

3、保护的井筒材料总面积：6000～10000m²。

4、保护范围：油水井套管，油管，抽油杆。

5、现场安装施工示意图见后图。

五、设计指标与参数

1）保护年限：有效期为8年

2）保护电位：-0.85V～-1.25V。依据《钢质储罐罐底外壁阴极保护技术标准》中的“4.1阴极保护判据”和“4.2测定技术”，即“4.1.1.1一般情况下，管道对地最小保护电位相当于饱和硫酸铜参比电极应达到-0.85V或更负”。

3）保护电流密度：5mA/m²。

4）保护度：采用实验挂片埋设试验，利用失重法计算保护度，分一、二、五年期取出埋片，其检测计算的保护度应大于或等于90%。

5）副作用：对其他非保护的金属构筑物无杂散电流危害。

6）防爆要求：地面电气设备恒电位仪达到IP54的防护等级，适用爆炸性气体环境：EXBIIT5。

六、现场使用效果对比

   2014年12月，我公司在辽河油田特种油开发公司安装了三台EDCP-1200型外加电流防腐装置，保护杜84-52-160、杜84-54-160、杜84-54-162、杜84-54-162、杜84-50-168、杜84-40-166六口SAGD连续注汽井，安装设备时我们在每口井加装了两个N80钢级的金属埋片，一个接到套管表面接线柱上插入地下土层一定深度，另一个不连接线柱也插入地下土层相同深度做对比试验，到2015年3月和5月，经过三个月和五个月挖出后，两个埋片腐蚀程度有非常明显的区别，一个锈蚀非常严重，另一个几乎没有腐蚀，见挂片照片。

（图1）N80钢级新埋挂片状态

（图2）三个月后连接电极埋地挂片状态

（图3）三个月后未接电极埋片状态1

（图4）三个月后未接电极埋片状态2

（图5）三个月后连电和不连电埋片对比     （图6）左二连电埋片其它未连电埋片对比

（图7）杜84-50-168挂片5个月对比         （图8）杜84-40-166挂片5个月对比

七、辽河油田市场截至目前共计完成工程量情况

2014年特油公司安装3套装置，控制6口井；

2015、2016、2017年在特油公司每年安装9套装置，共控制54口井；

2018年、2019年在特油曙采共安装22套设备，控制51口井。

共计保护111口注汽井，效果良好。

八、现场安装示意图：