油气水井阴极保护系统外加电流与牺牲阳极保护措施

                                                   油气水井阴极保护系统外加电流与牺牲阳极保护措施

随着我国国民经济的高速发展和人民生活的快速提高，我国对石油等能源物质的需求与日俱增。在石油开采过程中，石油套管作为联接钻井和采油的纽带是至关重要的，对安全稳定生产影响大，是油田长期稳定高产的关键部分。石油套管的损坏曾给我国各大油气田造成了巨大经济损失。例如，大庆油田1998年大修套损井558口，全年总修井费用为1.674亿元，报废后需打更新井（1998年）约为190口，费用约为1.9亿元，这样1998年套损造成的费用增加约为3.5亿元，年套损的直接经济损失超过10亿元。胜利油田自2003年开始连续两年里，套损井治理投入资金31102万元，地面配套4672万元，小修维护措施作业11238万元。总投入47012万元。

为了提高原油产量，缓解原油进口压力，延长现有油田采油寿命是我国油田长期发展的战略方针。为此，越来越多的强化采油措施应用于油田生产，如高压注水、二氧化碳吞吐、蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油等，这些强化采油措施应用，一方面提高了油田的产量，取得了明显的经济效益，另一方面也使作为油田正常生产重要基础设施的油水井、注汽井套管的工况条件不断恶化，套管损坏已成为一种必然趋势，套管损坏对油田的影响将越来越大，也将制约油田开发的良性循环。

中外各产油国在油田开发的过程中都遇到了程度不同的套管损失问题，国内外工程技术人员、研究人员对石油套管的破损进行了大量报道，而且认识到腐蚀环境因素是套管损坏的一个重要原因。环境腐蚀因素单独或综合作用于套管，将会导致套管的腐蚀破坏，一方面，套管腐蚀的不断发生与发展，将直接造成套管的腐蚀穿孔，最终使套管出现多处破漏，从而引起套管内油水的泄漏，还可能造成环境污染。另一方面，环境腐蚀因素使套管壁发生均匀的或局部的减薄，降低了套管的抗挤强度，从而使套管对地质因素和工程因素变得敏感，加速套管的退化，使之更易变形和损坏，进而使套管在腐蚀、地质、工程这三类因素作用下出现严重的损坏，甚至会导致油井停产报废。因此，采取有效的措施，防止套管腐蚀的发生与发展，对于防止套管的损坏具有重要意义。       阴极保护是通过使金属表面阴极极化到一定的电位、成为电化学电池的阴极，从而降低或消除金属腐蚀的一种电化学技术。国内外多年来的实践证明，对套管实施阴极保护，是减缓和防止套管外壁腐蚀的有效措施之一，同时还可以降低套管由于地质因素和工程因素作用而损坏的几率，从而进一步减缓和防止套管损坏。

油气水井套管阴极保护的总体思路

1、阴极保护方法的选择所谓阴极保护就是向被保护金属通以一定的直流电，使被保护的金属成为阴极而得到保护。根据所提供电流的方式不同，可分为牺牲阳极保护法和外加电流保护法。     

牺牲阳极保护法就是选择电位较低的金属材料，在电解液中与保护的金属相连，依靠其自身腐蚀所产生的电流来保护其它金属的方法。这种为了保护其它金属而自身被腐蚀溶解的金属或合金，就被称之为牺牲阳极。常用的有铝合金、锌合金、镁合金等。

外加电流阴极保护法，是通过外加电源来提供所需的保护电流。将被保护的金属作阴极，选用特定材料作为辅助阳极，从而使被保护金属受到保护的方法。

2、阴极保护系统布设方式的确定套管阴极保护实施方式可分为两种，一种是单井式，也叫分布式，另一种是多井式，也叫集中式。两种方式各有优缺点，必须根据具体情况来选择合适的方式。

单井式保护，即以一口井作为保护对象，汇流点设在井口，因一口井单独设一组阳极地床、配一套保护电源，所以一口井就是一个小的保护系统。这种方式在美国应用很多。其最大的优点是电位调节灵活方便，且井口电位较负，对保护套管非常有利，尤其适合于较新的井和井数少、井距大的高产油田。但它要求井口要有工业电源，而且对于恒电位仪或整流器的可靠性要求高，同时还要考虑解决防盗损问题。 

多井式保护，大多把阴极保护站设在注汽井、油水井密集的地方。每个阴极保护站保护数口井，整个站联合起来保护一片区域。其优点是建站数目较少，设备投资比单式少，且阳极地床设置少。但最大的缺点在于被保护对象之间的保护电位常不均衡、且不好调节，所以要综合多种因素考虑，适当划小保护对象（范围）是有益的。

3、套管阴极保护水平的评价

为了防止井套管的腐蚀，国外发达国家的各油田普遍对油井套管采取了阴极保护措施。虽然实践已经证明这种措施是行之有效的，但是在保护水平的评价方面，由于套管纵深地下几百米以至数千米，穿越土层、岩层、水层等多种地质结构，所以，除了井口之外，套管的其它部位很难象在地下长输管道上那样用把参比电极放置在其附近的方法来测量各深度处的保护电位、评价其保护效果。因此，虽然对生产井的套管实施了阴极保护，但各深度处的阴极保护电位究竟怎样分布，每口井究竟能够保护到怎样的深度，这些在生产井上往往是不清楚的。

在对油气水井套管实施阴极保护之后，通过各种地面参数的测量及完井数据的收集，利用我们建立的这种油井套管阴极保护电位分布的计算和评价方法，就可以掌握套管任意深度处的保护水平，而不必再进行井下实测。只要把套管阴极极化到标准中规定的电位，即达到了－0.85V或更负（相对于Cu／CuS04参比电极）就可以有效地防止井套管的腐蚀损坏。4、油气井阴极保护外加电流系统 

1）辅助阳极体（一般采用深井阳极体或者浅埋阳极体）

2）整流器

3）阴极保护系统电缆

4）检测装置

5）辅助材料

5、油气井阴极保护牺牲阳极系统

1）镯式阳极

2）阴极保护系统电缆

3）检测装置

4)辅助材料