油氣水井陰極保護系統(tǒng)外加電流與犧牲陽極保護措施

隨著我國國民經濟的高速發(fā)展和人民生活的快速提高，我國對石油等能源物質的需求與日俱增。在石油開采過程中，石油套管作為聯(lián)接鉆井和采油的紐帶是至關重要的，對安全穩(wěn)定生產影響大，是油田長期穩(wěn)定高產的關鍵部分。石油套管的損壞曾給我國各大油氣田造成了巨大經濟損失。例如，大慶油田1998年大修套損井558口，全年總修井費用為1.674億元，報廢后需打更新井（1998年）約為190口，費用約為1.9億元，這樣1998年套損造成的費用增加約為3.5億元，年套損的直接經濟損失超過10億元。勝利油田自2003年開始連續(xù)兩年里，套損井治理投入資金31102萬元，地面配套4672萬元，小修維護措施作業(yè)11238萬元?？偼度?7012萬元。

為了提高原油產量，緩解原油進口壓力，延長現(xiàn)有油田采油壽命是我國油田長期發(fā)展的戰(zhàn)略方針。為此，越來越多的強化采油措施應用于油田生產，如高壓注水、二氧化碳吞吐、蒸汽吞吐、蒸汽驅、蒸汽輔助重力泄油等，這些強化采油措施應用，一方面提高了油田的產量，取得了明顯的經濟效益，另一方面也使作為油田正常生產重要基礎設施的油水井、注汽井套管的工況條件不斷惡化，套管損壞已成為一種必然趨勢，套管損壞對油田的影響將越來越大，也將制約油田開發(fā)的良性循環(huán)。

中外各產油國在油田開發(fā)的過程中都遇到了程度不同的套管損失問題，國內外工程技術人員、研究人員對石油套管的破損進行了大量報道，而且認識到腐蝕環(huán)境因素是套管損壞的一個重要原因。環(huán)境腐蝕因素單獨或綜合作用于套管，將會導致套管的腐蝕破壞，一方面，套管腐蝕的不斷發(fā)生與發(fā)展，將直接造成套管的腐蝕穿孔，最終使套管出現(xiàn)多處破漏，從而引起套管內油水的泄漏，還可能造成環(huán)境污染。另一方面，環(huán)境腐蝕因素使套管壁發(fā)生均勻的或局部的減薄，降低了套管的抗擠強度，從而使套管對地質因素和工程因素變得敏感，加速套管的退化，使之更易變形和損壞，進而使套管在腐蝕、地質、工程這三類因素作用下出現(xiàn)嚴重的損壞，甚至會導致油井停產報廢。因此，采取有效的措施，防止套管腐蝕的發(fā)生與發(fā)展，對于防止套管的損壞具有重要意義。       陰極保護是通過使金屬表面陰極極化到一定的電位、成為電化學電池的陰極，從而降低或消除金屬腐蝕的一種電化學技術。國內外多年來的實踐證明，對套管實施陰極保護，是減緩和防止套管外壁腐蝕的有效措施之一，同時還可以降低套管由于地質因素和工程因素作用而損壞的幾率，從而進一步減緩和防止套管損壞。

油氣水井套管陰極保護的總體思路

1、陰極保護方法的選擇所謂陰極保護就是向被保護金屬通以一定的直流電，使被保護的金屬成為陰極而得到保護。根據(jù)所提供電流的方式不同，可分為犧牲陽極保護法和外加電流保護法。     

犧牲陽極保護法就是選擇電位較低的金屬材料，在電解液中與保護的金屬相連，依靠其自身腐蝕所產生的電流來保護其它金屬的方法。這種為了保護其它金屬而自身被腐蝕溶解的金屬或合金，就被稱之為犧牲陽極。常用的有鋁合金、鋅合金、鎂合金等。

外加電流陰極保護法，是通過外加電源來提供所需的保護電流。將被保護的金屬作陰極，選用特定材料作為輔助陽極，從而使被保護金屬受到保護的方法。

2、陰極保護系統(tǒng)布設方式的確定套管陰極保護實施方式可分為兩種，一種是單井式，也叫分布式，另一種是多井式，也叫集中式。兩種方式各有優(yōu)缺點，必須根據(jù)具體情況來選擇合適的方式。

單井式保護，即以一口井作為保護對象，匯流點設在井口，因一口井單獨設一組陽極地床、配一套保護電源，所以一口井就是一個小的保護系統(tǒng)。這種方式在美國應用很多。其最大的優(yōu)點是電位調節(jié)靈活方便，且井口電位較負，對保護套管非常有利，尤其適合于較新的井和井數(shù)少、井距大的高產油田。但它要求井口要有工業(yè)電源，而且對于恒電位儀或整流器的可靠性要求高，同時還要考慮解決防盜損問題。 

多井式保護，大多把陰極保護站設在注汽井、油水井密集的地方。每個陰極保護站保護數(shù)口井，整個站聯(lián)合起來保護一片區(qū)域。其優(yōu)點是建站數(shù)目較少，設備投資比單式少，且陽極地床設置少。但最大的缺點在于被保護對象之間的保護電位常不均衡、且不好調節(jié)，所以要綜合多種因素考慮，適當劃小保護對象（范圍）是有益的。

3、套管陰極保護水平的評價

為了防止井套管的腐蝕，國外發(fā)達國家的各油田普遍對油井套管采取了陰極保護措施。雖然實踐已經證明這種措施是行之有效的，但是在保護水平的評價方面，由于套管縱深地下幾百米以至數(shù)千米，穿越土層、巖層、水層等多種地質結構，所以，除了井口之外，套管的其它部位很難象在地下長輸管道上那樣用把參比電極放置在其附近的方法來測量各深度處的保護電位、評價其保護效果。因此，雖然對生產井的套管實施了陰極保護，但各深度處的陰極保護電位究竟怎樣分布，每口井究竟能夠保護到怎樣的深度，這些在生產井上往往是不清楚的。

在對油氣水井套管實施陰極保護之后，通過各種地面參數(shù)的測量及完井數(shù)據(jù)的收集，利用我們建立的這種油井套管陰極保護電位分布的計算和評價方法，就可以掌握套管任意深度處的保護水平，而不必再進行井下實測。只要把套管陰極極化到標準中規(guī)定的電位，即達到了－0.85V或更負（相對于Cu／CuS04參比電極）就可以有效地防止井套管的腐蝕損壞。4、油氣井陰極保護外加電流系統(tǒng) 

1）輔助陽極體（一般采用深井陽極體或者淺埋陽極體）

2）整流器

3）陰極保護系統(tǒng)電纜

4）檢測裝置

5）輔助材料

5、油氣井陰極保護犧牲陽極系統(tǒng)

1）鐲式陽極

2）陰極保護系統(tǒng)電纜

3）檢測裝置

4)輔助材料