CC BY
62
УДК 620.193
С. А. Долгих, Ф. Ш. Шакиров, С. С. Виноградова, Б. Л. Журавлев, Р. А. Кайдриков
ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ
НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ЗАЩИТЫ ПО ГЛУБИНЕ СКВАЖИНЫ
Ключевые слова: обсадная колонна, ток защиты.
Исследовано влияние схемы электрического соединения элементов обсадной колонны на распределение тока защиты по глубине скважины № 24173 НГДУ «Лениногорскнефть». Установлено, что наличие перемычек между элементами обсадной колонны приводит к тому, что большая часть тока протекает по внешним элементам конструкции
Keywords: casing, protection current.
Investigated the effect of circuit electrical connection elements casing on the current distribution in the depth of the well № 24173 NGDU "Leninogrskneft." It has been found that the presence of bridges between the casing elements leads to the fact that most of the current flows through the external structural elements
Нефтяная скважина представляет собой сложную инженерную конструкцию, ответственной частью которой является обсадная колонна, служащая для крепления ствола скважины и изоляции различных геологических пластов. Дефекты зацементированных участков обсадной колонны, находящиеся в контакте с агрессивной средой, являются причиной возникновения анодных зон, приводящих к неравномерной коррозии [1]. Для решения коррозионных проблем применяют катодную защиту, при этом защищенность обсадной колонны зависит от распределения потенциала и тока защиты по высоте колонны.
Цель работы заключалась в изучении влияния схемы соединений элементов обсадной колонны со станцией катодной защиты на распределение плотности тока защиты по глубине скважины. Рассматривали две схемы соединений: в первом случае стальные перемычки между элементами колонны отсутствовали, а во втором случае имели место (рис.1).
Экаиуаашцианная каюнна
Кондуктор
/ /////// //// А
Кабель от СКЗ /
\/// //// Направление
Рис. 1 - Схема электрических соединений элементов обсадной колонны: 1 - перемычка колонна -кондуктор; 2 - перемычка направление -кондуктор; 3 - место присоединения дренажного кабеля от СКЗ
Исследования проводили на обсадной колонне скважины № 24173 НГДУ «Лениногорскнефть».
Расчет распределения плотности тока катодной защиты по глубине обсадной колонны базируется на результатах измерения падений напряжения, полученных с помощью двухконтактного зонда [2]. Измерение падения напряжения на обсадной колонне скважины проводили по истечении 30 с после остановки зонда: до глубины 300 метров через каждые 7,5 метров, а на больших глубинах через каждые 50 метров.
Исследуемая обсадная колонна состоит из четырех участков: направление, кондуктор, техническая колонна и эксплуатационная колонна (табл.1).
Таблица 1 - Технические характеристики обсадной колонны № 24173 НГДУ «Лениногорскнефть»
Высота Диаметр Толщина
(L), м (d), м стенки (е), м
Направление 30 0,426 0,012
Кондуктор 90 0,320 0,0095
Техническая 300 0,245 0,0089
колонна
Эксплуатационн 1870 0,168 0,0089
ая колонна
Распределение падения напряжения между контактами зонда по глубине обсадной колонны скважины при отключенной катодной защите (естественное состояние колонны при отсутствие перемычек) и двух различных схемах соединения элементов колонны представлено на рис.2.
Расчет значений силы тока, протекающего через соответствующие участки обсадной колонны, проводили на основании данных о падении потенциала между контактами. Учитывали, что обсадная колонна состоит из четырех участков, отличающихся суммарной площадью поперечного сечения элементов колонны, которую рассчитывали по формулам [3]:
Эксплуатационная колонна 81=п^1е1=0,005 м2; Техническая колонна Б^п-^-е-^^-е^ 0,012 м2 Кондуктор 83=п^1е^2е^3е3)=0,021 м2
3
Направление Б4='П'-^1-е-^2-е2^з-ез+ d4■е4)=0,037
м
где d1_4 - диаметры наружной поверхности труб; е1_4 - толщина труб.
Рис. 2 - Распределение падения напряжения между контактами зонда по глубине обсадной колонны: 1 - естественное состояние колонны, 2 - элементы колонны соединены перемычками, 3 - перемычки между элементами колонны отсутствуют
3. Значения токов на участке 90-350 метров при двух схемах соединения (рис.3, кр. 2 и 3) практически совпадают.
с < — В на траел ение
1 ко ндукт ар
те книче екая (ОЛОН на
<
г л
1 э ксплу атаци онна коле знна
Рис. 3 - Распределение токов по глубине обсадной колонны: 1 - естественное состояние колонны; 2 - элементы колонны соединены перемычками (ток защиты 6 А), 3 - перемычки между элементами колонны отсутствуют (ток защиты 6 А)
Сопротивление участков обсадной колонны между контактами зонда определяли по формуле:
Я =£± (Ом), £
где р - удельное сопротивление стали, равное 18-10-8 Ом-м; I - длина участка между контактами зонда
равная 7,5 м; Б - площадь поперечного сечения
2
участка, м .
Для рассматриваемой обсадной колонны сопротивления участков между контактами зонда составили:
Я = В± = 184Г8 ^ = 2,8.10-4 Ом;
1 £ 50-10-4
= £± = 18-Ш-8-75 = ,ш-4 Ом;
2 £ 120-10-4
^ = рЛ = 18-10-8-7;5 = 6,4.10-5 Ом.
£ 21010-
-8
Я4 =1810 7;5 = 3,6.10-5 Ом.
4 £ 370.10-4 Ток, протекающий через контролируемые участки обсадной колонны, рассчитывали по формуле:
I Д , (А) Я
где Ди - падение напряжения между контактами зонда; Я - сопротивление участка колонны между контактами зонда.
Распределение токов по длине обсадной колонны до глубины 350 метров представлено на рис.
Распределение токов защиты по глубине обсадной колонны (рис.3 кривые 2 и 3) показывает, что на глубине 30, 90 и 300 м наблюдается резкий рост силы тока, пиковое значение которой превышает ток защиты 6 А. Причиной скачков тока является несовпадение начала очередного участка колонны с положением точки металлического контакта (на глубине 300 метров между эксплуатационной и технической колоннами; на глубине 90 метров между технической колонной и кондуктором; на глубине 30 метров между кондуктором и направлением) [2]. Это приводит к тому, что при расчете силы тока используется значение площади поперечного сечения, учитывающего появление нового элемента конструкции, в то время как электрический контакт между этими элементами на рассматриваемых глубинах отсутствует.
Наблюдаемое снижение силы тока, протекающего через эксплуатационную колонну, на глубинах, предшествующих появлению нового элемента колонны объясняется появлением блуждающего тока, стекающего с одного элемента колонны на другой [2].
На глубине до 90 метров схема соединений элементов обсадной колонны влияет на распределение тока защиты по глубине скважины (рис.3 кривые 2 и 3), при этом наличие перемычек между элементами колонны приводит к тому, что большая часть тока протекает по внешним элементам обсадной колонны. Такой вывод сделан на основание тога, что рассчитанные значения силы
тока протекающего через эксплуатационную колонну скважины в случае наличия перемычек между элементами колонны (рис.3 кривая 2) значительно ниже рассчитанных значений силы тока в случае отсутствия перемычек (рис.3 кривая 3).
В рассматриваемом случае анализ распределения тока защиты по глубине колонны осложнен тем, что через колонну протекает блуждающий ток от соседних установок катодной защиты, сопоставимый по величине с током защиты. На устье скважины ток защиты при отсутствии перемычек между элементами конструкции составляет 20 А (рис.3 кривая 3) из которых 14 А приходится на блуждающий ток (рис.3 кривая 1).
Выводы
1. Показано влияние схемы соединений элементов обсадной колонны скважины на распределение тока защиты по глубине колонны.
2. Установлено, что наличие перемычек между элементами обсадной колонны приводит к тому, что большая часть тока протекает по внешним элементам конструкции.
Литература
1. Долгих, С.А. Диагностика обсадных колонн с использованием технологии магнитной интроскопии / С.А. Долгих, А.А. Абакумов, Р.А. Кайдриков, В.В. Баженов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - № 9. -С. 241-244.
2. Долгих, С.А. Расчет распределения плотности тока защиты по глубине обсадной колонны нефтяной скважины / С.А. Долгих, Р.А. Кайдриков, Б. Л. Журавлев, В.Э. Ткачева // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - № 20. - С. 191-193.
3. EN 15112, Äußerer kathodischer Korrosionsschutz von Bohrlochverrohrungen; Deutsche Fassung EN 15112:2006
© С. А. Долгих - асп. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, с.н.с. ТатНИПИнефть г.Бугульма, [email protected]; Ф. Ш. Шакиров - зав. лаб. защиты от коррозии института ТатНИПИнефть г.Бугульма, [email protected]; С. С. Виноградова - канд. техн. наук, доц. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, [email protected]; Б. Л. Журавлев - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, [email protected]; Р. А. Кайдриков - д-р техн. наук, зав. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, [email protected].
