基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)及其構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油田油井的腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，用于保護(hù)電流傳輸距離遠(yuǎn)和保護(hù)電流分布均勻的陰極保護(hù)系統(tǒng)，可進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用至氣井套管領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于腐蝕造成的油井套損問題在國內(nèi)外許多油田普遍存在。油田在開發(fā)過程中，特別是開發(fā)時(shí)間較長的油田以及油水井或地理環(huán)境復(fù)雜的油井，由于井下技術(shù)狀況不斷惡化等原因使得油井套管不同程度地變形、破漏或嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象，這不僅使得油井帶病生產(chǎn)或者停產(chǎn)，增大了油井運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，造成了油田固定資產(chǎn)和資源的雙重浪費(fèi)，影響了采油井網(wǎng)的完善和尚效開發(fā)。
[0003]給油井套管施加陰極保護(hù)是目前油田解決套管腐蝕問題通常采取的措施之一。目前油田采用的直流陰極保護(hù)方式，一般是通過電纜將套管連接到直流電源的負(fù)極，將輔助陽極接到電源的正極，輔助陽極與套管之間的地層相當(dāng)于導(dǎo)電電纜，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)電回路。當(dāng)套管實(shí)施直流陰極保護(hù)時(shí)，有外加電子流入套管外表面，當(dāng)外加的電子來不及與電解質(zhì)溶液中的腐蝕性物質(zhì)起作用時(shí)，就會(huì)在套管表面聚集起來，導(dǎo)致套管表面電位向負(fù)方向移動(dòng)，套管表面微陽極區(qū)釋放電子的能力受到抑制，腐蝕就被迫停止。這種保護(hù)方式存在一下缺點(diǎn):其一，由于保護(hù)電流分布不均勻，結(jié)果造成油井套管局部未達(dá)到有效保護(hù)。其二，由于直流電流傳播距離有限，結(jié)果使得保護(hù)深度難以延長。其三，要想取得較好的保護(hù)效果，必須通過大電量，大陽極地床來補(bǔ)償，因此電能消耗大，陽極地床大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，根據(jù)油井套管的深度實(shí)時(shí)合理的進(jìn)行油井套管的有效保護(hù)，以獲得較好的保護(hù)效果和節(jié)能效果，并有效延長油井套管的保護(hù)深度。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)，包括有油井套管，油井套管通過脈沖電源與陽極井系統(tǒng)相連；油井套管與電位檢測儀相連；電位檢測儀與參比電極相連；
所述的脈沖電源包括微處理器，微處理器通過采樣信號(hào)濾波放大處理電路與保護(hù)電壓傳感器、保護(hù)電流傳感器及參比電極傳感器相連；微處理器還通過控制信號(hào)隔離放大電路與變壓器相連；微處理器還通過控制信號(hào)隔離放大電路與陽極相連；微處理器還通過控制信號(hào)隔離放大電路與脈沖電源相連。
[0006]所述的微處理器采用單片機(jī)或DSP。
[0007]所述的油井套管的電連接點(diǎn)用專用電纜與脈沖電源的負(fù)極相連，輔助陽極通過專用電纜與脈沖電源正極相連，輔助陽極與油井套管之間的地層相當(dāng)于導(dǎo)電電纜，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成電回路。保護(hù)電位檢測儀實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測陰極保護(hù)電位。
[0008]所述的陽極井系統(tǒng)埋設(shè)于陽極井中。
[0009]所述參比電極傳感器采用功率晶體管GTR或金屬一氧化物一半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管MOSFET或絕緣柵雙極型晶體管IGBT或門極關(guān)斷晶閘管GTO。
[0010]所用電位檢測儀采用TI公司TMS320LF2407DSP自動(dòng)電位檢測儀；電壓傳感器采用電流型200V電壓傳感器；電流傳感器采用電流型200A電流傳感器。參比電極采用市售飽和硫酸銅電極；陽極選用高娃鑄鐵。
[0011]基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，包括以下步驟:
1)首先在油井套管上設(shè)置一專用的脈沖電源，用于提供油井套管陰極極化所需的極化電流，油井套管陰極保護(hù)時(shí)協(xié)助陽極釋放的電子向更遠(yuǎn)的方向集聚；
2)將保護(hù)油井套管的電位檢測儀，分別與油井套管和參比電極相連接；
3)在原油井套管的電路基礎(chǔ)上，增設(shè)油井套管單元保護(hù)電壓傳感器和保護(hù)電流傳感器，增設(shè)用于控制調(diào)壓的PWM控制信號(hào)，使脈沖電源內(nèi)部電路控制板上的微處理器能同時(shí)控制脈沖電源和油井套管的電壓。
[0012]本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明在專用脈沖電源供電的基礎(chǔ)上對(duì)油井套管實(shí)施陰極保護(hù)，即脈沖電流陰極保護(hù)。在實(shí)施脈沖電流陰極保護(hù)的過程中，脈沖電源提供油井套管陰極極化所需的極化電流，輔助陽極不斷溶解失去電子，當(dāng)電子流入套管外表面來不及與周圍介質(zhì)中的腐蝕性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，就會(huì)聚集在套管外表面，導(dǎo)致套管外表面電位負(fù)向移動(dòng)，發(fā)生陰極極化。脈沖電流陰極保護(hù)系統(tǒng)不但解決了直流陰極保護(hù)電流傳輸距離短，使得保護(hù)深度難以延長的問題，同時(shí)由于脈沖保護(hù)電流密度大且分布均勻，在油井套管實(shí)施陰極保護(hù)時(shí)可以均勻保護(hù)，因此油井套管直流陰極保護(hù)電流分布不均，發(fā)生點(diǎn)蝕的問題有所改善。本脈沖電流陰極保護(hù)系統(tǒng)不需對(duì)原油井套管直流陰極保護(hù)系統(tǒng)在原理和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大的改動(dòng)，可以很方便的實(shí)施技術(shù)改造。另外本系統(tǒng)具有實(shí)用廣泛的特點(diǎn)，也可以用于氣井套管等陰極保護(hù)系統(tǒng)，具有極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0013]I)由脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)相對(duì)于傳統(tǒng)的直流陰極保護(hù)具有更均勻的電流分布，因此可以避免油井套管局部未達(dá)到有效保護(hù)。
[0014]2)脈沖電流陰極保護(hù)具有更深的穿透性，可以有效延長油井套管你的保護(hù)深度，使一些超深井可以達(dá)到全方位長效保護(hù)。
[0015]3)與傳統(tǒng)的直流陰極保護(hù)相比，相同輸出功率下脈沖電流陰極保護(hù)具有更好的保護(hù)效果，較小的能量消耗，高效的保護(hù)效果，可以有效節(jié)約能源。
[0016]4)較小的陽極地床就可以滿足油井套管的有效保護(hù)。
[0017]5)延長了油井套管的有效保護(hù)長度；
6)減小了陽極地床；
7)延長了陽極的使用壽命；
8)節(jié)省能源，降低使用成本。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的脈沖電源的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021]參見圖1、2，本實(shí)施例的技術(shù)路線是:在原直流陰極保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改用脈沖電源做供電電源，該脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)由脈沖電源、輔助陽極、參比電極、保護(hù)電位自動(dòng)檢測儀和油井套管組成。
[0022]一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護(hù)系統(tǒng)，包括有油井套管，油井套管通過脈沖電源與陽極井系統(tǒng)相連；油井套管與電位檢測儀相連；電位檢測儀與參比電極相連；
所述的脈沖電源包括微處理器，微處理器通過采樣信號(hào)濾波放大處理電路與保護(hù)電壓傳感器、保護(hù)電流傳感器及參比電極傳感器相連；微處理器還通過控制信號(hào)隔離放大電路與變壓器相連；微處理器還通過控制信號(hào)隔離放大電路與陽極相連；微處理器還通過控制信號(hào)隔離放大電路與脈沖電源相連。
[0023]所述的微處理器采用單片機(jī)或DSP。
[0024]所述的油井套管的電連接點(diǎn)用專用電纜與脈沖電源的負(fù)極相連，輔助陽極通過專用電纜與脈沖電源正極相連，輔助陽極與油井套管之間的地層相當(dāng)于導(dǎo)電電纜，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成電回路。保護(hù)電位檢測儀實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測陰極保護(hù)電位。
[0025]所述的陽極井系統(tǒng)埋設(shè)于陽極井中。
[0026]所述參比電極傳感器采用功率晶體管GTR或金屬一氧化物