一半導體型場效應晶體管MOSFET或絕緣柵雙極型晶體管IGBT或門極關斷晶閘管GTO。
[0027]基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)及其構建方法，包括以下步驟:
1)首先在油井套管上設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，油井套管陰極保護時協助陽極釋放的電子向更遠的方向集聚；
2)將保護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上，增設油井套管單元保護電壓傳感器和保護電流傳感器，增設用于控制調壓的PWM控制信號，使脈沖電源內部電路控制板上的微處理器能同時控制脈沖電源和油井套管的電壓。
[0028]脈沖電源內部電路控制板上的微處理器可采用單片機、DSP，微處理器通過濾波電路采集脈沖電源輸出的電壓、電流信號；油井套管保護電位自動檢測儀采集油井套管的保護電位和保護電流信號；微處理器輸出的PWM信號經過光電隔離器件自動調節(jié)脈沖電源輸出電壓以及油井套管的保護電位，使油井套管的保護電位始終處于有效保護范圍。
[0029]陽極井系統(tǒng)的陽極、陽極支撐件、套管、導氣管、電纜、整體型埋地絕緣接頭等所有部件埋設于陽極井中，這樣陽極和陽極電連接點工作時不會過早失效。當脈沖電源供電時，陽極發(fā)生腐蝕，不斷輸出電子，金屬原子形成離子溶入電解地層中，油井套管發(fā)生陰極反應，油井套管停止腐蝕，陰極區(qū)表面氫離子得到電子析出氫氣或其他正離子接受電子被還原。因此給油井套管同陰極電流即給電子，使油井套管表面處于陰極狀態(tài)，就抑制套管表面陽極區(qū)釋放電子即腐蝕，從根本上防止油井套管腐蝕。
[0030]陽極井系統(tǒng)包括有陽極。首先根據資料確定陽極井的井位，幾口油井共用一口陽極井時，叢式井的陽極井距油井平面距離不得小于50m。當井場狹小井距小于50m時，陽極井位置取與油井平面距離最遠點，同時陽極井井深加深到地下200m，為防止地面陽極井引起干擾腐蝕，管線位置近距離內不得鉆陽極井；其次確定陽極井的井深，通過查閱水文地質資料、海拔高度、鉆井地質記錄、鄰近井水位鉆井液攜沙等情況卡準水層，保證陽極下入低電阻層位。陽極井內設有輔助陽極，陽極連接電纜，套管，導氣管，回填料以及陽極支撐結構等器件。輔助陽極安置于陽極支撐結構上與陽極連接電纜一端導通，安裝上套管和導氣管用回填料埋設于陽極井中。
[0031]脈沖電流供電的油井套管的脈沖電源為定制專用脈沖電源，20KW，額定電壓240V ;主電源功率器件采用IGBT及相應的驅動電路；所用電位檢測儀采用TI公司TMS320LF2407DSP自動電位檢測儀；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；陽極選用高硅鑄鐵。
[0032]具體工作原理:
I)用電纜將油井套管連接到專用脈沖電源的負極，將輔助陽極接到脈沖電源正極，輔助陽極與油井套管之間的地層相當于到點電纜，整個系統(tǒng)構成一個電回路。
[0033]2)當油井套管實施脈沖電流陰極保護時，陽極不斷溶解，發(fā)生氧化反應，產生大量電子，當電子通過地層不斷流入套管表面，此時流入的電子來不及與周圍的腐蝕性物質發(fā)生反應時，就會集聚在套管表面，導致套管表面電位向負方向移動，產生陰極極化。
[0034]3)油井套管表面的微陽極區(qū)釋放的電子能力受到抑制，外加脈沖電流越大，電子集聚越多，套管表面電位越負，微陽極區(qū)釋放電子越弱，到套管表面的電位極化到一定值時，表面陰陽極區(qū)達到等位，腐蝕停止。
4)電位檢測儀對油井套管表面的保護電位通過保護電位傳感器進行實時監(jiān)測，通過脈沖電源自動調節(jié)系統(tǒng)將套管表面電位始終控制在有效范圍內。
【主權項】
1.一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，包括有油井套管，其特征在于，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。
2.根據權利要求1所述的一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的脈沖電源包括微處理器，微處理器通過采樣信號濾波放大處理電路與保護電壓傳感器、保護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隔離放大電路與變壓器相連；微處理器還通過控制信號隔離放大電路與陽極相連；微處理器還通過控制信號隔離放大電路與脈沖電源相連。
3.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的微處理器采用單片機或DSP。
4.根據權利要求1所述的一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的油井套管的電連接點用專用電纜與脈沖電源的負極相連，陽極井系統(tǒng)通過專用電纜與脈沖電源正極相連，陽極井系統(tǒng)與油井套管之間的地層相當于導電電纜，整個系統(tǒng)構成電回路。
5.根據權利要求1所述的一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的陽極井系統(tǒng)埋設于陽極井中。
6.根據權利要求1所述的一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，其特征在于，所用電位檢測儀采用TI公司TMS320LF2407DSP自動電位檢測儀；保護電壓傳感器采用電流型200V電壓傳感器；保護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。
7.根據權利要求2所述的一種基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)，其特征在于，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體型場效應晶體管MOSFET或絕緣柵雙極型晶體管IGBT或門極關斷晶閘管GTO。
8.基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)及其構建方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)首先在油井套管上設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，油井套管陰極保護時協助陽極釋放的電子向更遠的方向集聚； 2)將保護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上，增設油井套管單元保護電壓傳感器和保護電流傳感器，增設用于控制調壓的PWM控制信號，使脈沖電源內部電路控制板上的微處理器能同時控制脈沖電源和油井套管的電壓。
【專利摘要】基于脈沖電流供電的油井套管陰極保護系統(tǒng)及其構建方法，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；油井套管實施脈沖電流陰極保護時，陽極不斷溶解，產生大量電子通過地層不斷流入套管表面，流入的電子集聚在套管表面，導致套管表面電位向負方向移動，產生陰極極化；油井套管表面的微陽極區(qū)釋放的電子能力受到抑制，外加脈沖電流越大，電子集聚越多，套管表面電位越負，微陽極區(qū)釋放電子越弱，電位極化到一定值時，表面陰陽極區(qū)達到等位，腐蝕停止；電位檢測儀對油井套管表面的保護電位通過保護電位傳感器進行實時監(jiān)測；保護效果和節(jié)能效果，延長油井套管的保護深度。
【IPC分類】C23F13-06
【公開號】CN104532263
【申請?zhí)枴緾N201510010892
【發(fā)明人】周好斌, 徐興龍, 徐學利, 李宵
【申請人】西安石油大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月9日