Устройство для защиты от коррозии глубинного оборудования добывающих скважин, преимущественно электроцентробежных насосов

Изобретение относится к области нефтедобычи. Устройство включает протяженный протектор, выполненный в виде длинномерного полнотелого цилиндра с размещенным внутри него стержнем-сердечником, имеющим вывод из протектора со стороны контакта последнего с глубинным оборудованием и обеспечивающего этот контакт. Стержень-сердечник имеет дополнительный вывод из протектора, противоположный первому выводу. Дополнительный вывод выполнен протяженным, с изгибом в направлении глубинного оборудования, по длине размещен вдоль протектора и вдоль глубинного оборудования до его верхней части. Участки обоих выводов стержня-сердечника, примыкающие к протектору, снабжены изоляцией. Повышается эффективность защиты оборудования, обеспечиваются взрыво- и пожаробезопасность. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к средствам защиты металлических конструкций глубинного скважинного оборудования, например электроцентробежных насосов, от коррозии, и может быть использовано при эксплуатации нефтедобывающих скважин, откачивающих агрессивную жидкость: водонефтяную смесь или иные растворы, продолжительный контакт с которыми приводит к разрушению указанного оборудования.

Известно устройство для катодной защиты скважинного оборудования, включающее станцию катодной защиты (СКЗ), подключенную кабелем на дневной поверхности к обсадной колонне и к анодному заземлителю, при этом СКЗ дополнительно подключена к нижней точке скважинного оборудования (Патент РФ №2230828, кл. C23F 13/00, опубл. 2004 г.).

Недостатком указанного известного устройства является сложность конструкции и ее высокая стоимость ввиду необходимости наличия большого количества оборудования.

Также известно устройство для катодной защиты внешней поверхности внутрискважинного оборудования, содержащее источник питания, анод (выполняет роль протектора), размещенный в скважине, и элементы крепления, диэлектрические чехлы с вертикальным рядом окон на боковой поверхности и ограничители-центраторы, равномерно укрепленные на защищаемой поверхности, при этом анод выполнен составным в виде отдельных узких полос, каждая из которых установлена в диэлектрическом чехле, смонтированном в ограничителе-центраторе, причем высота последнего превышает толщину полосы анода в чехле, а диэлектрические чехлы прикреплены к защищаемой поверхности в местах вертикальных простенок окон (Авторское свидетельство СССР №1611988, кл. C23F 13/00, опубл. 1990 г.).

Однако указанное известное устройство предназначается, в основном, для защиты от коррозии насосно-компрессорных труб в атмосфере агрессивных газов и требует частой смены анода-протектора при контакте защищаемого оборудования с раствором электролита (пластовой жидкостью).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство для защиты от коррозии погружного электроцентробежного насоса (ЭЦН), подвешенного на колонне насосно-компрессорных труб, используемое в способе защиты (Патент РФ №2231629, кл. Е21В 41/02, опубл. 2004 г.). Указанное известное устройство состоит из протяженного протектора, выполненного в виде длинномерного полнотелого цилиндра с размещенным внутри него с целью армирования стальным стержнем-сердечником, имеющим один вывод из протектора со стороны контакта последнего с ЭЦН и обеспечивающего этот контакт. В качестве протектора в известном устройстве используют гальванический протектор, выполненный из материала, имеющего электродный потенциал, меньший по сравнению с материалом корпуса ЭЦН.

Однако указанное известное устройство имеет следующие недостатки:

- недостаточная эффективность по защите от коррозии ввиду неравномерности распределения защитного потенциала по длине защищаемого оборудования. При наличии только одного вывода и обеспечении крепления через него протектора с ЭЦН в верхней части корпуса значение потенциала будет много меньше минимального защитного, что приведет к недозащите металла;

- выполнение протектора из алюминия или его сплавов ведет не только к удорожанию конструкции, но и делает ее взрыво- и пожароопасной, т.к. этот металл характеризуется низким сродством к водороду, что при растворении протектора в процессе эксплуатации может привести к накоплению водорода в замкнутом пространстве скважины, а значит, - к вероятности взрыва добываемой нефтяной смеси;

- кроме того, за счет крепления протектора к защищаемому оборудованию в известной конструкции только в одной точке повышается риск обрыва протектора при его растворении в процессе эксплуатации.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в повышении эффективности защиты глубинного оборудования за счет равномерного распределения защитного потенциала по всей длине защищаемого оборудования при одновременном повышении надежности крепления протектора к защищаемому оборудованию.

Дополнительный технический результат заключается в обеспечении взрыво- и пожаробезопасности, а также в защите от блуждающих токов за счет отвода их от поверхности защищаемого оборудования.

Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством для защиты от коррозии глубинного оборудования добывающих скважин, преимущественно, электроцентробежных насосов, включающим протяженный протектор, выполненный в виде длинномерного полнотелого цилиндра с размещенным внутри него стержнем-сердечником, имеющим вывод из протектора со стороны контакта последнего с глубинным оборудованием и обеспечивающего этот контакт, при этом новым является то, что стержень-сердечник имеет дополнительный вывод из протектора, противоположный первому выводу, при этом упомянутый дополнительный вывод выполнен протяженным, с изгибом в направлении глубинного оборудования, и по длине размещен вдоль протектора и вдоль глубинного оборудования до его верхней части, причем участки обоих выводов стержня-сердечника, примыкающие к протектору, снабжены изоляцией.

Протектор выполнен из цинкового сплава.

Изоляция выполнена из диэлектрического материала, например из полиэтилена или фторопласта.

Дополнительный вывод крепится к глубинному оборудованию хомутами.

Хомуты выполнены из материала, состав которого соответствует составу материала глубинного оборудования.

Достигаемый технический результат обеспечивается за счет следующего.

Благодаря выполнению второго дополнительного вывода из протектора обеспечивается дополнительный канал электрической связи его с корпусом защитного оборудования.

Выполнение этого вывода протяженным с изгибом в направлении защищаемого оборудования и размещения его по длине вдоль протектора и упомянутого оборудования обеспечивает полную защиту всей поверхности.

Причем благодаря такому выполнению второго вывода облегчается отвод блуждающих токов с поверхности защищаемого оборудования вследствие обеспечения полноты контакта анода-протектора с защищаемым оборудованием.

Благодаря вышеизложенному повышается эффективность защиты от коррозии любого вида глубинного оборудования.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, где приведена общая компоновка устройства в разрезе.

Предлагаемое устройство состоит из протяженного протектора 1 (его параметры зависят от многих факторов и определяются расчетным путем в зависимости от предполагаемого срока службы протектора для конкретных условий добывающей скважины), выполненного в виде длинномерного полнотелого цилиндра, с размещенным внутри него стержнем-сердечником 2 (указанный стержень-сердечник 2 может быть впаян или запрессован в тело протектора 1). Стержень-сердечник 2 имеет два противоположно размещенных вывода 3 и 4 из протектора 1, один из которых, а именно вывод 3, обеспечивает контакт протектора 1 с глубинным оборудованием, в частности с электроцентробежным насосом (ЭЦН) 5 через корпус гидрозащиты (ГЗ) 6. А второй вывод 4 стержня-сердечника 2 выполнен протяженным с изгибом в направлении ЭЦН 5 и по длине размещен вдоль протектора 1 и вдоль корпуса ЭЦН 5 до верхней части последнего.

Участки выводов 3 и 4 стержня-сердечника 2, примыкающие к протектору 1, снабжены изоляцией 7 и 8 соответственно, с целью предотвращения ускоренного растворения участков протектора в местах вывода указанного сердечника.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 9 спускают в скважину ЭЦН 5, к нижней части которого прикрепляют протектор 1. Его выводом 3 стержня-сердечника 2 через ГЗ 6 обеспечивают контакт с ЭЦН 5. Другой вывод 4 протектора 1 прикрепляют к корпусу ЭЦН 5 посредством хомутов 10 до его верхней части. При этом протектор 1 выполняют, преимущественно, из цинковых сплавов, которые обеспечивают взрыво- и пожаробезопасность, т.к. не дают искры при ударе о стальную конструкцию (например, при спуске в скважину об обсадную колонну). Кроме того, при анодном растворении цинковых сплавов практически не выделяется водород, который сам способен создать взрывопожароопасную среду. Стержень-сердечник 2 выполнен из углеродистой стали марки 3, 10, 20 или стали, аналогичной по составу стали ЭЦН. Выводы 3 и 4 стержня-сердечника 2 изолируются воронками из диэлектрического материала, например из полиэтилена, фторопласта и т.п. Хомуты 10, посредством которых крепится протяженный вывод 4 к корпусу ЭЦН 5, выполнены из стальной ленты (углеродистая сталь марки 3, 10, 20 или сталь, аналогичная составу стали ЭЦН 5). Дополнительно для предотвращения контакта со стенками обсадной колонны при эксплуатации на корпус протектора 1 устанавливаются кольца-центраторы (на чертеже не показаны), выполненные из диэлектрического материала.

Предлагаемое устройство остается в скважине во время эксплуатации последней до полного растворения, обеспечивая защиту от коррозии.

Предлагаемое устройство для защиты глубинного оборудования было испытано на двух добывающих скважинах Пермского Прикамья. Результаты испытаний представлены таблице.

Результаты испытаний предлагаемого устройства в промысловых условиях
№ свк.	Защищаемое оборудование	Типы добываемой жидкости (коррозионная среда)	Срок эксплуатации до контрольного подъема оборудования при текущем ремонте скважины	Характер повреждения протектора	Характер повреждения защищаемого оборудования
1	Корпуса погружного электродвигателя, гидрозащиты и компенсатора УЭЦН	Водонефтяная смесь, в которой 90% пластовой воды. [H2S-120 мг/л; [Cl-]-90 г/л	8 мес.	Глубокие язвы, уменьшение диаметра протектора приблизительно в 2 раза	Без коррозии
2	Корпуса погружного электродвигателя, гидрозащиты и компенсатора УЭЦН	Водонефтяная смесь, в которой 93% пластовой воды. [H2S-24 мг/л; [Cl-]-140 г/л	1 год 2 мес.	Глубокие язвы, уменьшение диаметра протектора приблизительно в 2 раза	Без коррозии

Данные, приведенные в таблице, показывают, что заявляемое устройство обеспечивает гарантированную защиту от коррозии глубинного оборудования длительный период времени.

1. Устройство для защиты от коррозии глубинного оборудования добывающих скважин, преимущественно электроцентробежных насосов, включающее протяженный протектор, выполненный в виде длинномерного полнотелого цилиндра с размещенным внутри него стержнем-сердечником, имеющим вывод из протектора со стороны контакта последнего с глубинным оборудованием и обеспечивающим этот контакт, отличающееся тем, что стержень-сердечник имеет дополнительный вывод из протектора, противоположный первому выводу, при этом упомянутый дополнительный вывод выполнен протяженным, с изгибом в направлении глубинного оборудования и по длине размещен вдоль протектора и вдоль глубинного оборудования до его верхней части, причем участки обоих выводов стержня-сердечника, примыкающие к протектору, снабжены изоляцией.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что протектор выполнен из цинкового сплава.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изоляция выполнена из диэлектрического материала, например из полиэтилена или фторопласта.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный вывод крепится к глубинному оборудованию хомутами.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что хомуты выполнены из материала, состав которого соответствует составу материала глубинного оборудования.