丛式井组套管阴极保护新技术研究与应用

杨永刚，王宝明，杨孝刚，姚金柱，李香琳，李志坪

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750006）

丛式井组套管阴极保护新技术研究与应用

杨永刚，王宝明，杨孝刚，姚金柱，李香琳，李志坪

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750006）

采用丛式井组套管阴极保护工艺技术对套管钢质进行保护，延缓套管外腐蚀速度，延长了油水井套管使用寿命。针对目前丛式井组套管阴极保护存在的一些问题，如阳极井故障后维护难度大、不能更换辅助阳极、设备运行不能实时监控等，采油三厂进行了可抽芯阳极井技术和阴极保护系统远程监控技术的研究与试验，降低了重建阳极井的成本、实现在线监控阴极保护系统运行，初步取得了较好的效果。

阴极保护；丛式井组；阳极井

随着油田的发展，套损井对油田产能的影响日益凸显，对油田的稳产造成了很大的威胁，同时也给油田造成了巨大的经济损失。油水井套管的腐蚀穿孔及腐蚀防护是多年来的研究课题。经过理论及实践的不断探讨和改进，主要采用阴极保护技术来预防和减缓套管腐蚀。阴极保护技术主要有牺牲阳极阴极保护和外加强制电流阴极保护。丛式井组阴极保护属于外加强制电流阴极保护。

本文主要研究了丛式井组套管阴极保护的技术原理，对可抽芯阳极井建设、阴极保护远程监控两项新工艺技术的试验情况进行分析总结，为数字化条件下丛式井组阴极保护的推广提供了有力依据。

1 丛式井组套管阴极保护

采油三厂位于陕甘宁盆地，由于地理环境的限制，使用丛式井组进行开发。地下有洛河层等多层水层存在，油井套管腐蚀穿孔极易产生。针对油水井套管腐蚀问题，通过多种手段和方法，明确了套损井的腐蚀机理。在防腐配套技术方面，主要采用了丛式井组套管阴极保护技术。

1.1 丛式井组套管阴极保护技术

丛式井组阴极保护技术原理：采用直流电源给被保护金属通以阴极极化电流，使金属表面阴极极化，当极化电位大于或等于腐蚀电池的开路电位时，金属腐蚀电池阴、阳二极的电极电位相等或更负，使被保护的金属停止腐蚀。

一般采用一口深阳极井对应一个井组。每个井组安装两台50～100 A硅整流仪。各井组配备电流控制分配器一台,以控制各井达到均衡电位。各井加装绝缘法兰实现套管的高保护电位。井组地面管线附加安装了接地排流装置以免造成地面干扰。

阴极保护系统工作时：保护系统的交流电源经过硅整流仪变为直流，直流电源的负极与各单井套管连接，正极与深井接地阳极连接。直流分配柜控制各单井输出电流，平衡井间电位差，电流经深井阳极、油水井套管、直流分配柜回到硅整流负极（见图 1），从而构成保护回路。

1.2 丛式井组阴极保护现状及存在问题

截止2012年底，采油三厂共有阴极保护井组403个，保护油水井2 047口，正常运行井组255个，阳极井故障148口。存在的主要问题是：（1）以前的阳极井是裸眼完井，运行一段时间后井壁容易坍塌，导致阳极体及管线被埋。阳极井故障后很难修复，需要重建阳极井；（2）阳极井的辅助阳极消耗完后不能直接更换，需要重建阳极井，重建新阳极井成本较高，而且造成一定的浪费，增加了维护成本；（3）阴极保护系统的运行情况不能实时掌握，出故障后不能及时派人去维护，给管理和维护上造成一定的滞后性，消弱了阴极保护的效果。

2 可抽芯阳极井技术

2.1 可抽芯阳极井技术原理

针对阳极井存在的问题，提出了建设“可抽芯阳极井”的思路，即在阳极井的井筒中全井段采用了PVC套管固井，阳极套管底部采用PVC堵头固封，每两节间采用PVC硬塑专用胶密封后用铆钉加固，直至井口。当阳极体释放能力衰减到不能满足系统运行要求，即保护电位不能达到要求时，可通过排气管一同将旧阳极体拔出，再下放新的阳极体及排气管，使系统正常工作，达到重复利用阳极地床的目的，避免了重复打井的工作，且更换简单，工期短，缩短了油、水套管的阴极保护空白期，延长了其使用寿命。

2.2 现场应用效果

2012年采油三厂在五里湾一区柳84-39井组和柳82-37井组成功新建了2口可抽芯阳极井，目前这两口井已经正常运行。

比如：柳84-39井组有3口油井和1口水井。新建可抽芯阳极井：井深206m，井径Ф350mm；PVC套管材料：抗压0.6MPa，寿命50～70年，套管规格Ф250mm，壁厚7.1mm；阳极体材料：高硅铸铁，寿命15～20年；排气管材料：镀锌钢管，内径Ф40mm。每口井的自然电位和保护电位数据（见表1）。

表1 柳84-39井组阴极保护运行数据

经过使用一定强度的PVC套管固井，及其他的工艺技术改进，延长了阳极井的使用寿命。按7年更换1次阳极体计算，每次节省重新打井的费用6万元，在PVC套管的寿命内可节约42～60万元，经济效益明显，同时也有利于井场环境保护。

3 阴极保护远程监控系统

针对目前丛式井组阴极保护运行监控难度大，出现故障后不能及时上报维护等问题，采油三厂按照建设数字化油田的思路，首先试验了阴极保护数据采集与远程监控技术。

3.1 阴极保护远程监控系统原理

DKJS-SC型阴极保护数据采集与远程监控系统主要由DKJS-SC型阴极保护数据采集与远程监控控制柜和DKJS-SC型阴极保护数据采集与远程监控软件这两部分组成。采用智能仪表和无线通讯模块的使用，对阴极保护现场的数据进行实时采集显示，瞬时发送传输，直观、快速得到现场具体的数据信息，无需人为操作，无需到达现场提取数据，简单方便。

3.1.1 数据采集与传输 DKJS-SC型阴极保护数据采集与远程监控控制柜用于采集强制电流阴极保护技术的直流总电压、直流总电流、分电流等信息；设备启、停状态采集等。采集的信息通过GPRS短信发送至指定邮箱。

3.1.2 远程监控信息 DKJS-SC型阴极保护数据采集与远程监控软件是从客户内部的outlook邮箱下载数据并保存在GPRS软件的数据库中。软件界面主要由左上方的井区井部井组，中间是软件的主显示画面，右方显示的是设备的运行状态。

3.1.3 远程启停运行 在控制面板上将【本地远程】转换开关打到【远程】工作模式下，就可进行远程控制操作。用设定好的手机号码，给数据模块的手机号码发送启、停信号，就能控制阴极保护系统的供电。

3.2 现场应用及存在的问题

阴极保护数据采集与远程监控软件已建成，目前可以对柳82-37井组的油水井阴极保护信息进行在线监控。

存在问题及建议：（1）该软件目前是单机版，建议开发成网页系统，与数字化生产指挥系统融合，同时还需要完善软件的功能；（2）目前可以监控的井组数太少，需要对以前安装的控制柜进行升级，具备相应的条件，全面实现阴极保护远程监控。

4 总结

（1）可抽芯阳极井大大降低了阳极井重建成本，后期维护方便，应加强该技术试验与推广，发展成一种成熟的阴极保护工艺技术。。

（2）阴极保护远程监控系统实现了丛式井组阴极保护的实时监控，及时掌握设备运行状态，便于及时维护与管理，应进一步完善软件和全面监控。

（3）认真分析腐蚀机理，积极研究与发展其他有效的套管防腐工艺技术，提高套管防腐工艺技术水平。

［1］ 武烈.我国阴极保护技术的发展及其高新技术化的探索［J］.腐蚀与防护，2006，27（3）：136-139.

［2］ 杨海恩，杨全安，程碧海.长庆油田户外可更换深井阳极套管阴极保护试验［J］.腐蚀与防护，2008，29（2）：89-91.

［3］ 倪瑛，邵守彬，于建军.防腐与检测技术在油田中的应用［J］.油气田地面工程，2007，26（8）：51-61.

［4］ 杨全安，李琼伟，何治武.长庆油田丛式井组套管的阴极保护［J］.腐蚀与防护，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

杨永刚（1984－），2007年毕业于中国石油大学（北京），石油工程专业，采油工程师。