способ совместной эксплуатации скважины и нефтепромыслового трубопровода

Формула изобретения

Способ совместной эксплуатации скважины и нефтепромыслового трубопровода, включающий обустройство скважины и трубопровода, подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой, отличающийся тем, что располагают точку дренажа на площадке скважины, размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода, производят опытное включение катодной защиты скважины, определяют степень защищенности трубопровода, а для защиты всего трубопровода определяют продольное сопротивление трубопровода, переходное сопротивление трубопровода, расстояние между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжение на выходе катодной станции, мощность на выходе катодной станции, суммарной массы и количества электродов в анодном заземлителе и величину защитного тока, обеспечивающую необходимую длину защищаемой зоны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации эксплуатационных колонн нефтедобывающих и нагнетательных скважин и выкидных линий и нефтепромысловых трубопроводов.

Известен способ эксплуатации куста скважин, включающий полное поднятие цемента в затрубном пространстве до устья, секционирование скважин электроизолирующими соединениями от системы транспорта нефти или системы поддерживания пластового давления и использование в качестве станции катодной защиты установки катодной защиты с контроллером тока. По каждой скважине проводят определение времени завершения катодной поляризации скважины и определение времени деполяризации скважины, при которой потенциалы на скважине снижены до минимальных защитных значений. На каждой скважине куста проводят циклический режим работы установки катодной защиты: катодная поляризация в течение времени завершения катодной поляризации скважины и деполяризация скважины в течение времени снижения потенциала на скважине до минимальных защитных значений. В момент деполяризации одной скважины проводят катодную поляризацию другой скважины куста (Патент РФ №2245993, кл. Е21В 43/00, опубл. 2005.02.10).

Известный способ предусматривает эксплуатацию только скважин без учета влияния выкидных линий и нефтепромысловых трубопроводов на свойства скважин.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ совместной эксплуатации скважин и нефтепромысловых трубопроводов, включающий раздельное обустройство скважин и трубопроводов, подключение отдельной катодной защиты к скважине и отдельной катодной защиты к трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой по расчетным параметрам отдельно для скважины и трубопровода (Инструкция по совместной катодной защите обсадных колонн и выкидных линий скважин. РД 153-39.0-238-02, Бугульма, ТатНИПИнефть, 2002, 15 с. - прототип).

Известный способ позволяет эксплуатировать скважину и трубопровод с достаточно надежной защитой от коррозии. Однако способ не учитывает влияния катодной защиты скважины на защиту трубопровода и наоборот катодной защиты трубопровода на защиту скважины. Это приводит к значительному перерасходу электроэнергии при эксплуатации скважины и трубопровода.

В предложенном изобретении решается задача сокращения энергозатрат при совместной эксплуатации скважины и трубопровода.

Задача решается тем, что в способе совместной эксплуатации скважины и нефтепромыслового трубопровода, включающем обустройство скважины и трубопровода, подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу и эксплуатацию скважины и трубопровода с катодной защитой, согласно изобретению располагают точку дренажа на площадке скважины, размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода, производят опытное включение катодной защиты скважины, определяют степень защищенности трубопровода, а для защиты всего трубопровода определяют продольное сопротивление трубопровода, переходное сопротивление трубопровода, расстояние между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжение на выходе катодной станции, мощность на выходе катодной станции, суммарную массу и количество электродов в анодном заземлителе и величину защитного тока, обеспечивающую необходимую длину защищаемой зоны.

Признаками изобретения являются:

1) обустройство скважины и трубопровода;

2) подключение катодной защиты к скважине и трубопроводу;

3) эксплуатация скважины и трубопровода с катодной защитой;

4) расположение точки дренажа на площадке скважины;

5) размещение анодных заземлителей по обе стороны от трубопровода;

6) опытное включение катодной защиты скважины;

7) определение степени защищенности трубопровода;

8) для защиты всего трубопровода определение продольного сопротивления трубопровода, переходного сопротивления трубопровода, расстояния между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжения на выходе катодной станции, мощности на выходе катодной станции, суммарной массы и количества электродов в анодном заземлителе и величины защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны.

Признаки 1-3 являются общими с прототипом, признаки 4-8 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения

Эксплуатацию катодной станции для защиты обсадной колонны скважины и катодной станции близлежащих трубопроводов выполняют раздельно. При этом задействуют две катодные станции и отдельные анодные заземлители. Взаимное влияние катодных станций и анодных заземлителей не учитывается. Это приводит к неоправданным затратам на сооружение второй катодной станции, перерасходу электроэнергии, сложности управления процессом антикоррозионной защиты. В предложенном изобретении решается задача сокращения энергозатрат при совместной эксплуатации скважины и трубопровода. Задача решается следующим образом.

Проводят совместную эксплуатацию скважины и ближайших нефтепромысловых трубопроводов. Проводят обустройство скважины и трубопровода. Для этого монтируют одну катодную станцию вблизи скважины. Подключают катодную защиту к скважине и трубопроводу. Располагают точку дренажа на площадке скважины. Точка дренажа представляет собой место подключения катодного кабеля от станции катодной защиты к защищаемому сооружению. Площадка скважины - это территория, на которой располагается скважина и нефтепромысловое оборудование, необходимое для добычи нефти. Точку дренажа располагают на площадке скважины, так как в этом месте сходятся трубопровод и обсадная колонна скважины, которые необходимо защитить при помощи катодной станции. Размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода. Производят опытное включение катодной защиты скважины для определения необходимого тока станции катодной защиты, который позволит обеспечить защищенность трубопровода по всей его протяженности, а затем целесообразность того или иного способа защиты. Определяют степень защищенности трубопровода по значению защитного потенциала, измеренного на противоположном от точки дренажа конце трубопровода. Это значение должно быть не менее (-0,9 В). Как правило, мощности катодной защиты скважины хватает для защиты скважины и только части трубопровода. Для защиты всего трубопровода определяют продольное сопротивление трубопровода, переходное сопротивление трубопровода, расстояние между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжение на выходе катодной станции, мощность на выходе катодной станции, суммарную массу и количество электродов в анодном заземлителе и величину защитного тока, обеспечивающую необходимую длину защищаемой зоны. Эксплуатируют скважину и трубопровод с катодной защитой от одной скважины с определенными параметрами.

Для опытного включения катодной защиты используют опытную установку электрохимзащиты или опытную станцию катодной защиты, представляющую собой передвижной генератор постоянного тока на базе автомашины, при помощи которого экспериментальным путем определяют ток, необходимый для обеспечения катодной защиты трубопровода по всей его протяженности. На объект транспортируют автомашину с передвижным электрогенератором постоянного тока, рядом с трубопроводом устанавливают в грунт временные анодные заземлители, которые соединяют с плюсовой клеммой генератора. Минусовую клемму генератора при помощи кабеля соединяют с защищаемой конструкцией. Затем запускают генератор постоянного тока и при помощи реостата и приборов (амперметра и вольтметра), расположенных на щитке рядом с генератором, устанавливают силу тока, при которой достигается разность потенциалов «труба-земля» на другом конце трубопровода, равная -0,9 Вольта.

Продольное сопротивление трубопровода определяют по формуле:

где: _Т - удельное электрическое сопротивление материала трубопровода, Ом·мм;

D_Т - диаметр трубопровода, мм;

_Т - толщина стенки трубопровода, мм.

Переходное сопротивление трубопровода определяют расчетным путем:

,

где: R_ПН - начальное переходное сопротивление трубопровода после завершения процесса влагонасыщения покрытия, Ом·м;

- коэффициент (принимается равным 0,125), характеризующий скорость изменения сопротивления во времени, 1/год;

- для битумной изоляции принимается 3000 Ом·м ², для трубопроводов с полимерным покрытием 5000 Ом·м ². Определение производится по формуле:

где: D_Т - диаметр трубопровода, мм.

Расстояние У между трубопроводом и анодным заземлением определяют из выражения:

где: U_с-з - наложенный потенциал, В;

I_КС - ток катодной станции, А.

R_ВХ - определяется расчетным путем по формуле:

Напряжение на выходе катодной станции определяют по формуле:

где: R_аз - сопротивление растеканию тока электрода анодного заземления, установленного вертикально в грунт, определяется по формуле:

l_Э - длина электрода, м;

d_Э - диаметр электрода, м;

Н _Э - расстояние от уровня земли до середины электрода (глубина установки), м.

R_пр - сопротивление дренажных проводов или кабелей, соединяющих катодную станцию с трубопроводом и анодным заземлением, определяется выражением:

где: l - общая длина дренажных проводов или кабелей, м;

S - сечение дренажных проводов или кабелей, мм ²;

_пр - удельное сопротивление проводника, Ом·мм²/м:

- меди - 0,0175;

- стали - 0,018;

- алюминия - 0,028.

Мощность на выходе катодной станции определяют:

Расчет суммарной массы электродов по сроку службы, который должен быть не меньше срока службы всей системы, по формуле:

где: Т_р - расчетный срок службы заземлителя, год;

g - скорость анодного растворения материала электродов, кг/А·год.

Расчет количества электродов в анодном заземлителе выполняют по формуле:

Пример конкретного выполнения

Проводят совместную эксплуатацию скважин №14915, 14917, 15620, 3184 и ближайших нефтепромысловых трубопроводов Ромашкинского месторождения. Скважины расположены на одном кусту. Проводят обустройство скважин и трубопроводов. Для этого на кусту скважин монтируют одну катодную станцию. Подключают катодную защиту к скважинам и трубопроводам. Располагают точку дренажа на площадке скважины. Размещают анодные заземлители по обе стороны от трубопровода. Производят опытное включение катодной защиты скважины. Определяют, что степень защищенности трубопровода составляет 30%. Для защиты всего трубопровода определяют продольное сопротивление трубопровода, переходное сопротивление трубопровода, расстояние между трубопроводом и анодным заземлителем, напряжение на выходе катодной станции, мощность на выходе катодной станции, суммарную массу и количество электродов в анодном заземлителе и величину защитного тока, обеспечивающую необходимую длину защищаемой зоны. Эксплуатируют скважину и трубопровод с катодной защитой от одной скважины. Данные расчета сведены в таблицу. В результате расчетов получается, что удаление анодного заземлителя для обеспечения защиты по всей протяженности должно быть 80 метров от трубопровода. Существующее анодное заземление находится в 50-ти метрах от скважины и служит в большей степени для защиты обсадной колонны. Поэтому для защиты трубопровода необходимо дополнительное анодное заземление на удаление 80 метров от трубопровода. В качестве источника тока используется существующая станция катодной защиты - ПДЕ-1200, с рабочими характеристиками:

- выходное напряжение - 24 В;

- максимальная сила тока - 50 А;

- выходная мощность - 1200 Вт.

Таким образом, для обеспечения защищенности трубопровода по всей его протяженности количество электродов анодного заземлителя, полученное при расчете, делится на два заземления, которые устанавливаются по обе стороны от трубопровода на удаление, равное расчетному расстоянию.

В настоящее время при существующих параметрах работы станции катодной защиты (сила тока - 16 Ампер, напряжение - 21 Вольт) защищаются обсадные колонны скважин, но не защищается по всей длине трубопровод. Для обеспечения защиты трубопровода по всей длине необходимо:

1 вариант: увеличить мощность станции катодной защиты (необходима сила тока 47 Ампер и напряжение 39 Вольт),

2 вариант: применить предлагаемую технологию. При этом выходная мощность существующей станции катодной защиты возрастет на 82 Ватта и станция катодной защиты будет работать с параметрами: сила тока - 19 Ампер, напряжение - 22 Вольта.

Сравнение расхода электроэнергии по двум вариантам показывает:

1 вариант: 47 Ампер × 39 Вольт: 1000 × 24 часа × 365 дней = 16057 кВт ч в год

2 вариант: 19 Ампер × 22 Вольта: 1000 × 24 часа × 365 дней = 3662 кВт ч в год

Экономия составит 12 395 кВт ч в год или 77,2%.

Применение предложенного способа позволит сократить энергозатраты при совместной эксплуатации скважины и трубопровода.

Таблица
Расчет параметров катодной защиты трубопровода от скважин №14915, 14917, 15620, 3184
Данные, полученные в результате работы опытной станции катодной защиты
№ п.п.	Параметр	Обозначение				Ед. изм.		Значение
1	Сила тока ОСКЗ	Iоскз				А		2,40
2	Напряжение ОСКЗ	Uоскз				В		6,00
3	Стационарный потенциал сооружения в точке измерения	Uc				В		-0,74
4	Наложенный потенциал "сооружение-земля" в точке измерения	Uc-з				В		0,18
Исходные данные:
№ п.п.	Параметр		Обозначение		Ед. изм.				Значение
1	Длина трубопровода		LТ		М				3510,0000
2	Диаметр трубопровода		DТ		М				114,0000
3	Толщина стенки трубопровода		Т		М				4,5000
4	Глубина залегания трубопровода		hТ		М				0,9000
5	Удельное сопротивление трубной стали		ст		Ом/м				0,2450
6	Сопротивление изоляции трубопровода нормировочное		R и		Ом*м				5000,0000
7	Среднее удельное сопротивление грунтов		г		Ом*м				34,0000
8	Длина дренажных кабелей		Lпр		М				325,0000
9	Сечение дренажного кабеля		Sпр		М2				0,000016000
10	Удельное сопротивление меди		м		Ом*м				0,000000017
11	Заглубление заземлителя		tаз		М				3,000
12	Длина рабочей части электрода заземлителя		Lаз		М				1,50
13	Диаметр электрода АЗ		Dаз		М				0,05
14	Расчетный срок службы АЗ		Tp		Год				33,00
15	Скорость анодного растворения		g		кг/А*год				0,50
16	Возраст трубопровода		t		Год				14,00
17	Коэффициент скорости изменения сопротивления изоляции трубопровода				1/год				0,125
18	Масса одного электрода		m Э		Кг				33,0
Расчет катодной защиты
№ п.п.	Параметр			Обозначение			Ед. изм.			Значение
1	Продольное сопротивление трубопровода			RТ			Ом/м			0,000158
2	Переходное сопротивление трубопровода			Rп			Ом*м			2,43
3	Удаление анодного заземлителя от трубопровода			У			М			80
4	Входное сопротивление трубопровода			Rвх			Ом			0,009797
5	Уточненный ток катодной станции с учетом коэффициента удаления АЗ			IКС			А			6
6	Сопротивление цепи СКЗ			R КС			Ом			2,08
7	Напряжение на выходе катодной станции			UКС			В			13
8	Сопротивление растеканию анодного заземлителя			Rаз			Ом			1,7230
9	Сопротивление дренажных кабелей			Rпр			Ом			0,3453
10	Мощность на выходе СКЗ			W			Вт			82
11	Суммарная масса электродов АЗ			M			Кг			134,37
12	Количество электродов АЗ			nэ						4