Способ электрохимической защиты от коррозии погружного оборудования в жидкой среде

Изобретение относится к протекторной защите и может быть использовано при защите от коррозии скважинного погружного оборудования. Способ включает предварительное прикрепление к нижней части погружного оборудования протектора с образованием гальванической пары, в которой погружное оборудование является катодом, протектор - анодом, а жидкость - электролитом, и с постепенным разрушением протектора, которое контролируют датчиком, размещенным на погружном оборудовании и состоящим из диэлектрической подложки и токопроводящих перемычек разного размера, связанных с единым основанием, путем контроля электрических параметров на выводах от перемычек и от основания, при этом перемычки выполняют из материала протектора электрохимической защиты от коррозии, размеры перемычек выполняют соответствующими различным весовым частям протектора, датчик размещают в одной среде с протектором, контролируют последовательное изменение разницы потенциалов между основанием и перемычками, вычисляют оставшееся время работы протектора до изменения разницы потенциалов между основанием и перемычкой самого большого размера и заменяют протектор до его полного растворения. Технический результат: повышение надежности работы погружного оборудования за счет повышения надежности его защиты от коррозии. 2 ил.

 

Изобретение относится к электрохимической защите от коррозии, в частности, к протекторной защите. Может использоваться при защите от коррозии скважинного погружного оборудования, подводных металлических объектов и сооружений.

Известен блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений по патенту РФ на изобретение №2161789, G01N 17/02, 2001. Блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений содержит не менее трех индикаторов скорости коррозии различной толщины и шириной не более 2 мм, присоединенных одним концом к контрольной пластине. Индикаторы и контрольная пластина изготовлены из того же материала, что и подземные металлические сооружения. Индикаторы расположены на расстоянии не менее 3 мм друг от друга. К контрольной пластине и противоположным концам индикаторов присоединены контрольные проводники с указателями толщины индикаторов скорости коррозии. Внутренняя поверхность индикаторов скорости коррозии изолирована антикоррозионным покрытием. Блок индикаторов скорости коррозии и контрольная пластина вмонтированы в диэлектрический корпус. Контрольная пластина присоединяется к подземному металлическому сооружению. Путем периодического измерения электропроводимости цепи "индикатор-трубопровод" определяют момент разрушения индикатора. Недостатком является малая надежность работы подземного сооружения из-за отсутствия коррозионной защиты.

Известен датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений по патенту РФ на полезную модель №33229, G01N 17/02, 2003. Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений, содержит диэлектрический корпус с вмонтированной контактной пластиной, к которой присоединены одним концом единичные индикаторы из того же материала, что и подземные металлические сооружения. Другие концы этих индикаторов закреплены в противоположной стороне корпуса. К единичным индикаторам и контактной пластине присоединены одним концом контрольные проводники, на других концах которых расположены указатели единичных индикаторов. Диэлектрический корпус выполнен в виде рамки. Единичные индикаторы расположены в окне рамки и выполнены из проволоки. Каждый единичный индикатор имеет определенный расчетный диаметр, обеспечивающий заданное время работы от момента установки его в грунт до полного разрушения под воздействием почвенной коррозии. Недостатком является разрушение металлического подземного сооружения от коррозии во время работы датчика.

Известно устройство защиты глубинно-насосного оборудования от коррозии по патенту РФ на полезную модель №198979, Е21В 41/02, 2020. Устройство содержит корпус, свинчиваемый через резьбовой переводник с погружным электродвигателем и установленную в корпусе поляризованную протекторную систему. Протекторная система содержит пружинный центратор, электрод, изоляторы, полупроводниковый диод и резьбовую заглушку. Корпус выполнен в виде перфорированной металлической трубы, в которой дополнительно установлен алюминиевый электрод. Стекание анодного потенциала, (заземление) с подземной части скважинного оборудования обеспечивается пружинным центратором и происходит с одновременным наложением катодного потенциала протекторной защиты. Недостатком является невозможность контроля за растворением электрода протекторной защиты, вероятность работы погружного оборудования после растворения протектора, возможность повреждения скважинного оборудования вследствие работы в агрессивной среде при отсутствии защиты от коррозии.

Известен способ коррозионного контроля и устройство для его осуществления по патенту США на изобретение US433097, G01N 17/00, в котором коррозию поверхности трубы контролируют путем измерения сопротивления и определения толщины испытательного элемента. Испытательный элемент устанавливают внутри трубы заподлицо с ее внутренней поверхностью. Коррозия вызывает уменьшение толщины испытательного элемента, что вызывает увеличение его сопротивления. Толщину испытательного элемента контролируют путем сравнения ее с толщиной эталонного элемента, установленного рядом с испытательным элементом, но защищенного от воздействия коррозионной среды. Испытательный элемент изготовлен из того же материала, что и эталонный элемент. Недостатком является сложность установки устройства контроля коррозии, подверженность трубы воздействию коррозионного разрушения.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ контроля коррозии и система мониторинга по заявке США на изобретение US2015240627, G01N 17/04, 2015. Для защиты скважинного оборудования от коррозии среды в скважине размещают скважинный датчик, который содержит диэлектрическую подложку и проводящую часть. Проводящая часть включает не менее двух электродов и множества соединенных с ними электрических проводов, площади поперечного сечения которых отличаются друг от друга. Скважинный датчик имитирует процесс коррозии элементов оборудования, расположенного в стволе скважины. Определение потерь от коррозии основано на измерении удельного сопротивления путей проводящей части датчика. При разрушении от коррозии первого проводника в электрическом тракте проводящей части датчика увеличивается напряжение. Скорость коррозии определяют на основе времени между увеличением напряжения на первом и на втором проводнике в результате их разрушения и на основе изменения удельного сопротивления проводников системы. Недостатком является незащищенность скважинного оборудования от коррозии во время работы датчика, возможные погрешности определения скорости коррозии расчетным путем, в результате чего может быть упущено время ремонта и защиты оборудования, снижена надежность его работы.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы погружного оборудования за счет повышения надежности его защиты от коррозии.

Технический результат достигается за счет того, что в способе защиты от коррозии включающем размещение на погружном оборудовании датчика, состоящего из диэлектрической подложки и токопроводящих перемычек разного размера, связанных с единым основанием, контроль электрических параметров на выводах от перемычек и от основания, согласно изобретению, перемычки выполняют из материала протектора электрохимической защиты от коррозии, размеры перемычек выполняют соответствующими различным весовым частям протектора, датчик размещают в одной среде с протектором, контролируют последовательное изменение разницы потенциалов между основанием и перемычками, вычисляют оставшееся время работы протектора до изменения разницы потенциалов между основанием и перемычкой самого большого размера.

Технический результат обеспечивается тем, что в известном датчике скорости коррозии растворимые перемычки выполняют не из материала погружного оборудования, а из материала протектора электрохимической защиты от коррозии и размещают датчик в одной среде с протектором, т.е., в той же части скважины, что и протектор, защищающий глубинное скважинное устройство, например, погружной насос. Это позволяет с помощью данного датчика контролировать процесс растворения тела самого протектора. Во время протекторной защиты тело анода-протектора растворяется и отдает посредством скважинной жидкости освободившиеся электроны защищаемому погружному оборудованию, которое в данном случае выступает в роли катода. Во время работы датчика разрушается анод-протектор, а само погружное оборудование не подвергается коррозии. Выполнение перемычек датчика разных размеров, где размер каждой перемычки рассчитан в соответствии со скоростью растворения определенной части от общего веса протектора, позволяет контролировать степень разрушения протектора. Степень разрушения протектора контролируют путем наблюдения за последовательным изменением разницы потенциалов между основанием и каждой из перемычек. Изменение разницы потенциалов между основанием, соединенным с перемычкой и самой перемычкой, происходит при разрушении перемычки вследствие воздействия на нее агрессивной скважинной среды. При разрушении перемычки резко возрастает разница потенциалов на выводе токопроводящего основания датчика и на выводе этой перемычки. Наблюдение за последовательным разрушением сначала перемычки малого размера, затем перемычки среднего размера позволяет судить о весе разрушившейся части протектора, т.к., каждая перемычка соответствует определенной части его веса. Определение момента, когда произошло изменение разницы потенциалов между основанием и всеми перемычками, но не изменилась разница потенциалов между основанием и перемычкой самого большого размера, позволяет заранее отследить установленную, допустимую степень разрушения протектора, при которой протектор потерял большую часть своей массы. Размеры перемычек калиброваны по весу протектора. Это позволяет вычислить оставшееся время работы проектора при разрушении всех перемычек кроме самой большой. Оставшееся время работы проектора вычисляют исходя из времени разрушения перемычек и соответствующего им веса протектора. Зная скорость разложения протектора, определяют необходимость замены протектора до его полного растворения. Это обеспечивает беспрерывную электрохимическую защиту скважинного оборудования. Таким образом, повышают надежность защиты скважинного оборудования от коррозии и надежность его работы за счет протекторной защиты самого оборудования и за счет возможности своевременной замены протектора.

На фиг. 1 представлена схема размещения устройств в скважине для осуществления способа защиты от коррозии.

На фиг. 2 схематично представлен датчик, используемый в способе защиты от коррозии.

Внутри обсадной колонны 1 скважины на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 размещают скважинный погружной электродвигатель, погружной насос 3 и блок телеметрии 4. К нижней части погружного насоса 3 предварительно прикрепляют протектор 5, который оказывается при спуске НКТ в поднасосном пространстве. Протектор 5 выполняют из протекторного сплава, т.е., из сплава металла с большим отрицательным потенциалом, чем у материала защищаемого насоса 3. Могут быть использованы магниевые, алюминиевые и цинковые сплавы. В результате установки протектора 5 возникает протекторная защита в гальванической паре, у которой катодом является погружной насос 3, а анодом - протектор 5, перекачиваемая скважинная жидкость является электролитом. В результате электрохимических реакций происходит разрушение анода-протектора 5, при этом освободившиеся электроны протектора 5 перетекают как избыточные на катод-насос 3, заряжая его отрицательно. Под действием электродвижущей силы данной гальванопары возникает защитный ток, натекающий на погружной насос 3. Для обеспечения непрерывной электрохимической защиты погружного насоса 3 контролируют степень растворения протектора 5. Для этого вблизи протектора 5, на поверхности погружного насоса 3 размещают датчик 6, соединяя его с блоком телеметрии 4. Датчик 6 содержит диэлектрический корпус 7, в котором герметично установлено основание 8, соединенное с перемычкой 9 малой толщины, с перемычкой 10 средней толщины, с перемычкой 11 большей толщины. Основание 8 имеет электрический вывод 8¹ из корпуса 7, малая перемычка 9 имеет электрический вывод 9¹ из корпуса 7, средняя перемычка 10 имеет электрический вывод 10¹ из корпуса 7, большая перемычка 11 имеет электрический вывод 11¹ из корпуса 7. Корпус 7 может быть выполнен из пластика, или эпоксидной смолы. Корпус 7 имеет открытый паз 12, поперек которого расположены открытые части перемычек 9, 10, 11. Размер каждой из перемычек датчика 6 соответствует растворению определенной части от общего веса протектора 5, так, например, перемычка 9 малой толщины соответствует трем килограммам массы протектора 5, перемычка 10 средней толщины соответствует десяти килограммам массы протектора 5, перемычка 11 большей толщины соответствует восемнадцати килограммам массы протектора 5. С помощью блока телеметрии 4 отслеживают параметры работы погружного насоса и изменение разности потенциалов на электрических выводах датчика 6 и передают их по каналу связи на поверхность, на диспетчерский пункт. Так при целостности материала перемычек 9, 10, 11, в открытом пазу 12 корпуса 7 разность потенциалов между электрическими выводами 8' и 9', 8' и 10', 8' и 11' равна 0, при разрушении какой-либо из перемычек разница потенциалов на выводе 8' и выводе соответствующей перемычки возрастает. При этом все три перемычки подвержены одновременному и постоянному разложению под воздействием среды, но из-за разницы в толщине их разрушение происходит не одновременно. Разрушение перемычки 9 соответствует растворению трех килограммов от общей массы протектора 5. При фиксации блоком телеметрии 4 изменения разности напряжения на выводах 8' и 9' делают вывод об уменьшении массы протектора 5 на три килограмма. Изменение разности напряжения на выводах 8' и 10' означает, что израсходовано десять килограммов протектора из восемнадцати. Далее, исходя из зафиксированного времени растворения и известной массы растворившейся части протектора, вычисляют скорость разложения протектора. По неизменности разницы потенциалов на выводах 8' и 11' удостоверяются в целостности перемычки 11 и, зная массу оставшийся части протектора - восемь килограммов, вычисляют скорость растворения протектора 5. Скорость растворения протектора 5 может быть вычислена раньше, после разложения перемычки 9. Зная, сколько времени проработает протектор 5, принимают решение о его своевременной замене, обеспечивая непрерывность электрохимической защиты погружного насоса 3.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность работы погружного оборудования за счет повышения надежности защиты от коррозии.

Способ электрохимической защиты от коррозии погружного оборудования в жидкой среде, включающий предварительное прикрепление к нижней части погружного оборудования протектора с образованием гальванической пары, в которой погружное оборудование является катодом, протектор - анодом, а жидкость - электролитом, и с постепенным разрушением протектора, которое контролируют датчиком, размещенным на погружном оборудовании и состоящим из диэлектрической подложки и токопроводящих перемычек разного размера, связанных с единым основанием, путем контроля электрических параметров на выводах от перемычек и от основания, при этом перемычки выполняют из материала протектора электрохимической защиты от коррозии, размеры перемычек выполняют соответствующими различным весовым частям протектора, датчик размещают в одной среде с протектором, контролируют последовательное изменение разницы потенциалов между основанием и перемычками, вычисляют оставшееся время работы протектора до изменения разницы потенциалов между основанием и перемычкой самого большого размера и заменяют протектор до его полного растворения.