高寶元

(1. 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安710018)

隨著油田開采時間的延長，叢式井組套管的腐蝕也日益嚴重，某油田每年新增加套管損壞的油水井100多口，并且近年來有加快的趨勢，直接影響著該油田的進一步開采，對油田的穩(wěn)產(chǎn)造成了威脅，同時也給油田造成了巨大的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)有叢式井組套管陰極保護技術(shù)陽極井是裸眼完井，通過深黃土層打到崖石層見到水層為止，深度一般為200～300 m。該類油井運行一段時間后井壁易坍塌，導(dǎo)致陽極體及管線被埋，陽極井故障后很難修復(fù)，需要重建陽極井；陽極井的陽極本體消耗完后不能直接更換，需要重建陽極井，因此造成一定的浪費，增加了維護成本；同時出現(xiàn)故障后不能及時維護，給管理和維護造成一定的滯后，削弱了陰極保護的效果[1]。

針對上述實際情況進行了叢式井組套管陰極保護在線深陽極井設(shè)計，該設(shè)計結(jié)構(gòu)使大陽極本體消耗完后，再消耗內(nèi)部小陽極本體，延長了陽極井使用壽命。當(dāng)在線監(jiān)測陽極井故障時，可通過排氣管和陽極獨芯電纜一同將舊陽極本體拔出，再下放新的陽極本體、陽極獨芯電纜及排氣管，使系統(tǒng)正常工作，達到重復(fù)利用陽極地床的目的，避免了重復(fù)打井的工作，且更換簡單，工期短，確保了叢式井組套管陰極保護工作的正常進行，節(jié)約了重新打陽極井費用，經(jīng)濟效益增加明顯，同時也有利于井場環(huán)境保護，滿足了油田發(fā)展的需求[2]。

1 叢式井組套管陰極保護在線深陽極井構(gòu)成

叢式井組套管陰極保護在線深陽極井構(gòu)成如圖1所示，包括叢式井組套管陰極保護監(jiān)測和在線深陽極井兩部分。叢式井組套管陰極保護監(jiān)測部分包括： 遠程監(jiān)控設(shè)備、陰極保護監(jiān)測裝置，可控制叢式井組套管陰極保護電流大小，遠程監(jiān)控陰極保護工況。在線深陽極井包括： 陽極井排氣管、陽極體獨芯電纜、陽極井井筒、高硅鑄鐵主陽極本體、高溫鋁合金輔陽極本體、填包料等。在線深陽極井消耗本體，給叢式井組套管提供陰極保護電流。高溫鋁合金輔陽極本體設(shè)計在高硅鑄鐵主陽極本體內(nèi)部，高溫鋁合金輔陽極作為備用陽極本體，一主一備工作，運行初期高硅鑄鐵主陽極本體工作，當(dāng)高硅鑄鐵主陽極本體釋放能力衰減到不能滿足系統(tǒng)運行要求時，再接入高溫鋁合金輔陽極本體工作，所述一主一備2個陽極體的引出線與陽極體獨芯電纜并聯(lián)方式連接[2]。

2 在線深陽極井設(shè)計

該油田現(xiàn)有深陽極井是裸眼完井，運行一段時間后井壁容易坍塌，導(dǎo)致陽極體及管線被埋，深陽極井故障后很難修復(fù)，需要重建深陽極井。深陽極井的深度直接影響著陽極接地電阻，該電阻一般小于4 Ω，必須通過黃土層打到崖石層見到水層為止，實際情況下，深度一般為150～300 m。用旋轉(zhuǎn)鉆機打深陽極井，井眼直徑為300 mm，深陽極井井筒中全井段采用φ215 mmPVC套管固井，陽極套管底部采用PVC套管固封，套管四周有均勻的圓形φ10 mm透孔，每兩節(jié)間采用PVC硬塑專用膠密封后用鉚釘加固，直至井口。深陽極井的深度是影響陽極接地電阻的主要因素，在確定陽極井的直徑時，應(yīng)充分考慮排氣管和電纜所占的空間，深陽極井的直徑選φ215 mm，應(yīng)對陽極體的安裝進行嚴格控制，輸出電流較大時應(yīng)增大陽極井的直徑。PVC套管不僅為深陽極井提供支撐作用，而且方便鋼套管組合可抽芯雙陽極串安裝和抽出，同時可以限制陰極保護電流從近地表釋放。陽極溝回填料采用冶金焦炭或者煅燒石油焦炭，回填料要在低于陽極體底部3 m[4]。

圖1 叢式井組套管陰極保護在線深陽極井構(gòu)成示意

3 鋼套管組合可抽芯雙陽極體設(shè)計

鋼套管組合可抽芯雙陽極體，由電纜穿管、獨芯電纜、氣室空腔、導(dǎo)氣管、高硅鑄鐵主陽極本體、高溫鋁合金輔陽極本體等組成，高溫鋁合金輔陽極本體設(shè)計在高硅鑄鐵主陽極本體內(nèi)部，高溫鋁合金輔陽極作為備用陽極本體，一主一備工作，2個陽極體引出線與陽極獨芯電纜并聯(lián)連接。鋼套管組合可抽芯雙陽極筒狀外徑規(guī)格為φ180 mm×6 000 mm，內(nèi)徑規(guī)格為φ160 mm×6 000 mm，兩端有管狀絕緣法蘭，管狀絕緣法蘭單極連接，便于鋼套管組合可抽芯雙陽極之間的連接，或電焊接，內(nèi)充填焦碳粉拌以化學(xué)吸水劑，附設(shè)內(nèi)導(dǎo)氣裝置，分配合理，接地電阻小?？沙樾倦p陽極深井和被保護的油水井地面距離設(shè)計為100～300 m。當(dāng)陽極體釋放能力衰減到不能滿足系統(tǒng)運行要求，即保護電位不能達到要求時，用吊車將鋼套管組合可抽芯雙陽極體、排氣管、陽極體獨芯電纜一同拔出，更換新的鋼套管組合可抽芯雙陽極體及排氣管，使系統(tǒng)正常工作，達到重復(fù)利用陽極地床的目的。上述結(jié)構(gòu)的陽極體具有以下優(yōu)點：

1)高硅鑄鐵主陽極本體本身接地電阻小、輸出電流大、電流分配均勻、保護距離長，使用壽命長，需用吸水性強的材料軟布纏繞在鋼套管組合可抽芯雙陽極外壁周圍，便于長期充分均勻供水。

2)高溫鋁合金輔陽極本體，設(shè)計在高硅鑄鐵主陽極本體內(nèi)部，采用3個高溫鋁合金輔陽極本體串為1組，并固定在1根電纜上，外部需纏繞吸水性極強的材料。高溫鋁合金犧牲陽極在50～80 ℃高溫水介質(zhì)中能均勻地活化溶解且電化學(xué)性能優(yōu)良，產(chǎn)生電流的自調(diào)節(jié)能力強，對于油水井套管在高溫環(huán)境中的腐蝕保護和延長使用壽命、減少腐蝕造成的損失都將產(chǎn)生顯著的效果。高溫鋁合金輔陽極本體具有消耗小、電流輸出大、體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點。

4 叢式井組套管陰極保護監(jiān)測裝置設(shè)計

叢式井組套管陰極保護監(jiān)測裝置包括： 給井組套管陰極保護提供電流的直流電源；用以采集和傳輸井組套管陰極保護的電流和電壓數(shù)據(jù)的智能監(jiān)控電流表和電壓表；用以控制各單井輸出電流，平衡井間電位差的瓷盤電阻器分流器[5-6]。深陽極井正常工作時，可給單井套管提供4～5 A陰極保護電流，陰極保護監(jiān)控的電流和電壓信號可通過RS-485接口上傳至數(shù)字化遠程控制終端RTU模塊，再由RTU模塊將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)字化監(jiān)控中心，實現(xiàn)陰極保護工況遠程在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和遠程啟停陰極保護單元等工作[7-10]。

5 結(jié)束語

叢式井組套管陰極保護在線深陽極井技術(shù)目前在該油田5個叢式井組進行了應(yīng)用，延長了陽極井使用壽命，當(dāng)深陽極井出現(xiàn)故障時，可通過排氣管和獨芯電纜一同將舊雙陽極本體拔出，更換新的雙陽極本體、獨芯電纜及排氣管，使系統(tǒng)正常工作，達到重復(fù)利用陽極地床的目的，避免了重復(fù)打井的工作，增效明顯，同時也有利于井場環(huán)境保護，有著廣泛的推廣應(yīng)用前景[11]。