Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Коррозионные проблемы, мониторинг и 9 электрохимическая защита обсадных колонн нефтяных скважин
1.1 Конструкции скважин 9
1.2 Мониторинг коррозионного состояния обсадных колонн 10
1.3 Характерные виды коррозионных разрушений 14
1.4 Статистические данные о коррозионных отказах обсадных 18 колонн ОАО «Татнефть»
1.5 Методы определения электрических параметров катодной 24 защиты
1.6 Заключение по литературному обзору 29
Глава 2 Методика исследования 32
2.1 Объект исследования 32
2.2 Технология диагностики коррозионного состояния обсадной колонны
2.3 Исследование защищенности обсадной колонны с помощью двухконтактного зонда
2.4 Исследование защищенности обсадной колонны с использованием метода поляризационных кривых
2.5 Исследование защищенности обсадной колонны с использованием метода расчета сдвига потенциала
Глава 3 Результаты диагностического обследования коррозионного состояния обсадных колонн
Глава 4 Расчет распределения плотности тока защиты по глубине обсадных колонн нефтяных скважин
4.1 Методика оценки профилей падения напряжения вдоль обсадной колонны при отключенной и включенной катодной защите
4.2 Апробация методики на скважинах № 22505 и № 2161 НГДУ «Бавлынефть»
4.3 Влияние схемы соединений элементов обсадной колонны на распределение тока защиты по глубине скважины
4.4 Выводы 92
Глава 5 Исследование защищенности обсадных колонн с использованием метода расчета сдвига потенциала
5.1 Расчетно-экспериментальная методика определения 94
параметров катодной защиты обсадных колонн
5.2 Определение параметров расчетной модели катодной защиты обсадных колонн по результатам исследований в промысловых условиях
5.3 Выбор тока защиты обсадных колонн с использованием экспериментально – теоретической методики
5.4 Выводы 108
Глава 6 Динамика параметров катодной защиты обсадных колонн
6.1 Статистические характеристики электрических параметров катодной защиты
6.2 Прогнозирование значений силы тока защиты 116
6.3 Выводы 120
Заключение 121
Литература
- Характерные виды коррозионных разрушений
- Исследование защищенности обсадной колонны с помощью двухконтактного зонда
- Апробация методики на скважинах № 22505 и № 2161 НГДУ «Бавлынефть»
- Определение параметров расчетной модели катодной защиты обсадных колонн по результатам исследований в промысловых условиях
Введение к работе
Актуальность работы
Нефтяные скважины являются дорогостоящими капитальными
сооружениями, которые служат многие десятилетия и представляют собой сложную инженерную конструкцию. Наиболее ответственной частью скважины является обсадная колонна, обеспечивающая крепление ствола скважины и изоляцию различных геологических пластов.
В контакте с цементом сталь находится в пассивном состоянии. Однако не всегда удается обеспечить надежное цементное покрытие всей наружной поверхности колонны за счет целого ряда дефектов, являющихся причиной возникновения анодных зон, которыми являются плохо зацементированные участки металлической конструкции, находящиеся в контакте с агрессивной средой. Коррозия обсадных труб, как правило, развивается неравномерно и преимущественно носит язвенный характер, что в результате приводит к отказу обсадной колонны.
Единственным методом предупреждения грунтовой коррозии обсадных колонн скважин является катодная защита. Оценка эффективности катодной защиты, основанная на результатах расчета оптимальных параметров и экспериментальной проверке полученных результатов, и состояния металла эксплуатационной колонны скважины (ЭКС) является нетривиальной задачей, требующей применения комплекса различных методов, введения упрощений, условностей и т.п.
Выбор критериев эффективности противокоррозионной защиты и оценки коррозионного состояния ЭКС требует сочетания известных технологий и особенностей их практической реализации.
Представленная диссертационная работа выполнена в рамках заказ-наряда ОАО «Татнефть» «Разработка методики оценки защищнности обсадных колонн скважин при катодной защите от коррозии, вызываемой блуждающими и макрокоррозионными токами, с включением е в
существующие нормативные документы ОАО «Татнефть».
Цель работы: диагностическое обследование обсадных колонн нефтяных скважин, выявление характерных дефектов и интервалов их фактического расположения; оценка влияния ряда факторов на распределение защитной плотности тока по глубине обсадной колонны и адаптация существующих методик оптимизации параметров катодной защиты к эксплуатационным условиям ОАО «Татнефть».
Основные задачи исследования:
Апробация технологии диагностики коррозионного состояния обсадных колонн с использованием опытно-промышленного скважинного магнитного интроскопа МИ-50;
Сравнительный анализ результатов визуальной оценки коррозионного состояния труб обсадной колонны, извлеченных из скважины с результатами магнитной интроскопии;
> Проведение промысловых испытаний согласно методике оценки профилей падения напряжения и оценка распределения плотности тока катодной защиты по высоте (длине) обсадной колонны;
Определение параметров катодной защиты обсадных колонн с
использованием метода расчета сдвига потенциала в стволе скважины и
величины сопротивления в системе скважина/грунт с учетом геометрических
характеристик колонны;
> Разработка программного обеспечения для метода расчета сдвига потенциала в стволе скважины и величины сопротивления в системе скважина/грунт;
Сопоставление расчетных значений параметров катодной защиты, полученных при использовании метода расчета сдвига потенциала в стволе скважины и величины сопротивления в системе скважина/грунт с результатами промысловых испытаний;
Статистический анализ данных системы телеметрии станций
катодной защиты и выбор модели, позволяющей прогнозировать значения силы тока.
Научная новизна
Установлена вероятность наличия биполярных эффектов при катодной защите обсадных колонн, приводящих к усилению локального анодного растворения металла при увеличении силы тока защиты.
Выявлено влияние схемы соединений элементов обсадной колонны на распределение тока защиты по глубине колонны.
Показано, что коэффициент, связывающий сдвиг потенциала на забое
скважины с силой тока защиты, и коэффициент, связывающий сдвиги
потенциала на устье и забое скважины, которые в соответствии со стандартом EN 15112 считаются постоянными, на самом деле зависят от величины защитного тока.
Практическая значимость
Результаты диагностирования коррозионного состояния обсадных колонн с использованием метода магнитной интроскопии послужили основой для разработки «Методики обследования технического состояния обсадных колонн скважин с применением магнитного интроскопа» (РД 153-39.0-430-05 ОАО «Татнефть»).
Результаты оценки защищенности обсадных колонн методом
определения профиля падения напряжения на эксплуатационной колонне нефтяных скважин послужили основой для разработки приложения к «Инструкции по электрохимическим методам защиты обсадных колонн скважин и подземных трубопроводов от грунтовой коррозии» (РД 153-39.0-803-13 ОАО «Татнефть»).
Спроектировано программное обеспечение на объектно-ориентированном языке программирования Delphi 7, позволяющее проводить расчет параметров катодной защиты на основании геометрических характеристик обсадной колонны и заданной величины смещения потенциала на забое скважины,
используя экспериментально получаемые значения силы тока и смещения потенциала на устье скважины.
На защиту выносятся:
> результаты визуальной оценки коррозионного состояния труб обсадных колонн, извлеченных из скважины;
результаты дефектоскопического обследования эксплуатационных
колонн скважин с использованием технологии магнитной интроскопии;
> результаты оценки профилей падения напряжения и распределения плотности тока катодной защиты по высоте (длине) обсадной колонны с учетом геометрических характеристик конструкции;
обоснование наличия биполярных эффектов при катодной защите
обсадных колонн, приводящих к усилению локального анодного растворения
металла при увеличении силы тока защиты;
> программное обеспечение, позволяющее проводить расчеты в соответствии со стандартом EN 15112 и результаты апробации метода расчета сдвига потенциала в стволе скважины и величины сопротивления в системе скважина/грунт в промысловых условиях ОАО «Татнефть»;
> результаты статистического анализа телеметрических данных станций катодной защиты и модель прогнозирования значений силы тока.
Достоверность результатов базируется на использовании современных электрохимических методов исследования и привлечения для трактовки результатов последних достижений в области теории коррозионных процессов.
Личный вклад автора. Автором лично получены, обработаны и систематизированы экспериментальные данные, приведенные в данной работе. Постановка задач исследования осуществлялась совместно с научным руководителем.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных совещаниях в ОАО «Татнефть» и «ТатНИПИнефть» (Бугульма, Альметьевск, 2009, 2011гг.), на V российско-
китайском симпозиуме по промысловой геофизике (Москва, 2008г.), на VIII международной научно-практической конференции «Перспективные вопросы мировой науки» (София, 2012 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 12 статей, из которых 9 в журналах, рекомендуемых ВАК для публикации материалов диссертации, 2 тезиса докладов, 2 патента, 1 учебное пособие, 2 руководящих документа, 1 приложение к руководящему документу.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, четырех глав экспериментальной части, списка литературы, включающего 119 наименований, и 1 приложения. Работа изложена на 144 страницах, содержит 19 таблиц и 74 рисунка.
Выражаю глубокую благодарность сотрудникам кафедры технологии электрохимических производств: д.т.н., профессору Кайдрикову Р.А. за помощь в определении направления исследования, к.т.н., доценту Виноградовой С.С., к.т.н., доценту Ткачевой В.Э. за помощь в обсуждении результатов работы.
Характерные виды коррозионных разрушений
Повторное внедрение ЭХЗ началось с 2003 года. На период 2009 года охват катодной защитой добывающих скважин в среднем по ОАО «Татнефть» составил 17%, а нагнетательных скважин 12%.
Применение ЭХЗ позволило снизить частоту нарушений обсадных колонн в среднем в три раза, как по добывающим, так и по нагнетательным скважинам. Это прослеживается во всех годах внедрения ЭХЗ (2006-2008 гг.) [78 - 82].
Анализ всего дефектного фонда скважин ОАО «Татнефть» за период с 1999 по 2003 гг. [78], позволил оценить влияние и других факторов, влияющих на рост нарушений герметичности обсадных колонн. Высокая степень изношенности основного фонда скважин негативно отразилась на динамике отказов ЭКС. Значительный рост количества отказов приходится на 20-й год эксплуатации добывающих скважин, главным образом, в интервалах некачественного цементирования [66, 78]. Это связывают с влиянием трех факторов: 1) с течением времени цементный камень сам подвергается химическому разрушению под действием агрессивных пластовых флюидов; 2) по мере разрушения цемента усиливается электрохимическая коррозия обсадных труб в местах дефектов цементного камня; 3) цементный камень с дефектами сплошности создает дополнительную гальваническую неоднородность на поверхности обсадной колонны.
В нагнетательных скважинах резкое увеличение относительного количества отказов приходится на более ранний по сравнению с добывающими скважинами период эксплуатации - 10-15 лет [78, 79]. Колонны в нагнетательных скважинах работают в более тяжелых условиях. Кроме двухсторонней коррозии, это объясняется и тем, что ослабленные коррозией обсадные трубы не выдерживают расчетных и рабочих давлений (рисунок 1.6). Кроме того, давление нагнетания жидкости в пласт по мере эксплуатации месторождений повышается. Если в начальный период разработки оно составляло 60 атм., то в конечной стадии при вовлечении слабопроницаемых коллекторов в разработку оно достигает 170 – 180 атм.
Еще один фактор, который непосредственно влияет на коррозионное состояние эксплуатационной колонны – распределение нарушений обсадных колонн по глубине скважин. Зафиксировано, что максимальное количество отказов эксплуатационных колонн как добывающих, так и нагнетательных скважин относится к интервалу 1400 – 1600 м. В 70-х годах прошлого века этот интервал составлял 600 – 1000 м, где находятся наиболее агрессивные для стали эксплуатационных колонн водоносные комплексы (окско-серпуховский, намюро-башкирский, верхний карбон). Предполагают [79], что причиной наибольшей локализации отказов ниже 1400 м, являются следующие факторы: - в добывающих скважинах практически при любой обводненности и средних и низких дебитах внутренняя поверхность ЭКС ниже приема насоса постоянно контактирует с пластовой водой продуктивного горизонта; - в нагнетательных скважинах интервал ЭКС ниже башмака НКТ или пакера не защищен антикоррозионной жидкостью.
В добывающих скважинах основное количество нарушений приходится на интервал 1400-1600 м (35%). Распределение отказов по глубине в нагнетательных скважинах более равномерное. Порывы сосредоточены в нескольких интервалах: 0–400 м (28%), 800–1200 м (31 %) и 1400-1800 м (32 %). Это связывают с тем, что у добывающих скважин внутренняя поверхность обсадной колонны находится в контакте с пластовой жидкостью только ниже приема насоса, а у нагнетательных скважин все затрубное пространство заполнено водой. Предполагают, что в отличие от добывающих скважин, процессы внутренней коррозии в нагнетательных скважинах протекают по всему телу обсадной колонны и незначительно изменяются по глубине.
Интенсивность отказов на нагнетательных скважинах значительно выше, чем на добывающих. Так как интенсивность наружной коррозии не зависит от категории скважин, а высота подъема цемента в нагнетательных скважинах почти такая же, что и в добывающих, превышение удельной частоты отказов обсадных колонн в нагнетательных скважинах связывают с процессами внутренней коррозии. Это подтверждается зависимостью интенсивности отказов от типа закачиваемой воды [79].
Интенсивность отказов в нагнетательном фонде при закачке сточных вод почти в два раза выше, чем при закачке пресных вод. Причем интенсивность отказов при закачке девонской сточной воды в пять раз выше, чем при закачке угленосной воды [79]. Это связано, во-первых, с тем, что в девонской воде в последние годы одновременно присутствуют кислород и сероводород (из-за зараженности девонских пластов сульфатвосстанавливающими бактериями), что значительно повышает скорость коррозии; во-вторых, присутствие кислорода в девонской нефти снижает эффективность большинства применяемых ингибиторов коррозии.
Ряд исследователей считает [83, 84], что агрессивность добываемой продукции растет с повышением содержания в ней воды. По мере роста обводненности нефти, происходит выделение воды в отдельную фазу и, как следствие этого, сдвиг избирательного смачивания металлической поверхности обсадной колонны в гидрофильную сторону и образование на металле водных прослоек той или иной толщины. Появление пленок воды на металлической поверхности является началом развития коррозии металла в системе нефть-вода. Так как большинство месторождений РТ вступило в позднюю стадию разработки, обводненность продукции значительного количества скважин ОАО «Татнефть» высокая, что является причиной внутренней коррозии обсадных колонн добывающих скважин и, как следствие, ростом их отказов.
Исследование защищенности обсадной колонны с помощью двухконтактного зонда
Основным параметром катодной защиты является величина защитного тока. Для обсадных конструкций защитный ток считается достаточным в том случае, если результаты измерений показывают, что электрический ток, направленный на обсадную колонну, устранил все анодные участки [1 - 3, 76]. Существует ряд методов, позволяющих определить величину требуемого тока катодной защиты [1, 2]: - метод поляризационных кривых (электрического каротажа); - метод определения профиля падения напряжения на ЭКС; - метод расчета сдвига потенциала в стволе скважины и величины сопротивления в системе скважина/грунт; - метод моделирования катодной защиты скважины.
Метод поляризационных кривых прост в исполнении, его достоверность подтверждается лабораторными исследованиями [93 - 96]. Он основан на том, что при подаче тока через землю на металлическую обсадную колонну происходит изменение разности потенциалов между обсадной конструкцией и электродом сравнения. Сдвиг потенциала для данной силы тока зависит от продолжительности поляризации и плотности тока. По мере увеличения силы тока происходит усиление поляризации поверхности обсадной колонны. Минимальную необходимую величину защитного тока определяют, допуская, что между потенциалом и силой тока существует линейная зависимость.
После подготовки необходимого оборудования измеряют и записывают потенциал «естественного состояния». Затем через анодный заземлитель на обсадную колонну подают ток (обычно 0,1 А) в течение определенного времени (2-3 минуты), по истечении которого ток прерывают и измеряют потенциал. В течение доли секунды потенциал резко падает, а затем плавно снижается. Представляет интерес значение, которое достигается после резкого падения (до начала постепенного снижения). Это значение называют «потенциал при мгновенном отключении тока». Прерывание тока длится не более 2 секунд. Затем на обсадную колонну подается ток большей величины.
Получаемая поляризационная кривая в полулогарифмическом масштабе имеет два отчетливых линейных участка, экстраполяция которых до точки пересечения позволяет определить минимальную величину защитного тока, обеспечивающую удовлетворительную катодную защиту от коррозии [93 - 95].
Метод расчета сдвига потенциала в стволе скважины и сопротивления в системе скважина/грунт позволяет рассчитать силу тока защиты по заданному значению сдвига потенциала на забое скважины [2]. Для расчета используются общие уравнения для защищаемых участков, которые выражают характер протекания токов и изменения потенциала вдоль ствола скважины. Расчетный участок представляет собой отрезок определенной длины, на котором не наблюдается изменения в характеристиках труб, т.е. нет различий в поперечном сечении металла, диаметре или количестве концентрических труб.
Первый этап расчета включает определение геометрических и электрических параметров конструкции в соответствии с типом и характеристиками скважины. Далее определяется продольное омическое сопротивление. В систему электрических параметров при расчетах входят коэффициент затухания ак и характеристическое сопротивление %, которые на первом этапе расчетов неизвестны, т.к. они зависят от величины удельного сопротивления покрытия гсо. На втором этапе проводятся испытания с подачей тока, при которых измеряют силу тока 1„ и сдвиг потенциала U„ на устье скважины, и рассчитывают соотношение UJIn.
На третьем этапе методом последовательного приближения определяют величину гсо. Расчеты проводят, начиная с нижнего участка, принимая произвольное смещение потенциала на забое Uo . Из следующих друг за другом значений гсо устанавливается последнее (с удовлетворительной надежностью) для получения (расчетного) соотношения U„ /1„ аналогичного соотношению U„ /1„ по результатам испытаний с подачей тока. К двухступенчатой обсадной колонне применимы две системы уравнений: Ui = U0- cosh (bj) 11=Ъ-. sinh( bi} Ті U2 = U,.cosh (b2) + y2 /, -sink (b2) j2 = Ui.smh(b2)+Ii.cosh(b2)
Расчетное значение соотношения (t/„y7„) не зависит от величины Uo, а зависит только от значений параметров Ь1} Ъ2, Ь3, уь у2, уз, которые являются функциями гсо. Подставляя параметр гсо в выражение для U„ и 1п и приравнивая соотношение U„ /1„ к полученному экспериментально значению этого соотношения методом последовательных приближений рассчитывается значение гсо.
На последнем этапе подставляют значение «гсо» во все выражения для Ьь Ь2, Ь3, уь Y2 и у3. Полученные уравнения связывают значения смещения потенциала на устье скважины со смещением потенциала на забое, и величину смещения потенциала на забое с величиной тока защиты. Используя конечную систему уравнений, можно рассчитать смещение потенциала на устье и забое скважины при любой заданной силе тока.
Метод измерения потенциальных профилей известен относительно давно, первая публикация появилась в 1948 году. Он является наиболее прямым из доступных для применения на обсадных колоннах электрометрических методов. Расчет распределения плотности тока катодной защиты по глубине обсадной колонны базируется на результатах измерения падения напряжения, полученных с помощью двухконтактного зонда [2, 11, 93]. Внутрь ЭКС спускают измерительный зонд, представляющий собой пару (или несколько пар контактов), разделенных диэлектриком и разнесенных на расстояние от 3 до 8 м, между которыми по мере перемещения зонда внутри колонны измеряется разность потенциалов.
Апробация методики на скважинах № 22505 и № 2161 НГДУ «Бавлынефть»
В ОАО «Татнефть» эксплуатируются более 20 тысяч добывающих и более 10 тысяч нагнетательных скважин. Основной причиной потери герметичности обсадных колонн является электрохимическая коррозия наружной поверхности вследствие контакта поверхности труб с агрессивными пластовыми водами как непосредственно, так и через слой пористого или дефектного кольца [46, 65, 66].
Для предотвращения коррозионных поражений применяют катодную защиту, эффективность которой в значительной степени определяется характером распределения потенциала (плотности тока) наложенного электрического поля по поверхности защищаемого сооружения. В данной главе рассмотрен экспериментальный метод определения распределения падения напряжения вдоль обсадной (эксплуатационной) колонны с помощью двухконтактного зонда.
Предлагаемая методика расчета распределения плотности тока по глубине обсадной колонны основана на материалах РД 153-39.0-803-13 «Инструкция по электрохимическим методам защиты обсадных колонн скважин и подземных трубопроводов от грунтовой коррозии» [76]. В этой методике дополнительно учитывается изменение площади поперечного сечения металла и изменение площади наружной поверхности участков колонны по ее высоте.
Цель исследований: выявление наличия анодных участков на обсадной колонне, устранение анодных участков при включении катодной защиты, в том числе в интервалах выше башмака кондуктора (или башмака дополнительной технической колонны при ее наличии).
Перед началом исследований колонну НКТ поднимали из скважины, тщательно очищали от отложений, промывали и проходили шаблоном с диаметром 100 мм длиной 10 м.
Для получения профиля падения напряжения двухконтактный зонд (рисунок 2.15) опускали в обсадную колонну скважины на каротажном семижильном кабеле с помощью геофизического подъемника. Измерение падения напряжения между выводами с контактов зонда осуществлялось милливольтметром (или микровольтметром) с входным сопротивлением не менее 1 МОм/В. Измерение падения напряжения проводили при остановке движения зонда вниз не менее, чем через 30 секунд после остановки зонда и прижима контактов к поверхности колонны.
При проведении исследований от устья до башмака кондуктора (для трехступенчатой колонны) или башмака технической колонны (для четырехступенчатой колонны) измерения проводили через каждые 7,5 м, далее до башмака ЭКС через каждые 50 м.
Поляризующий ток катодной защиты во время проведения исследований составлял 9, 7, 6, 0 А. На соседних скважинах, находящихся на расстоянии менее 100 м от исследуемой колонны, устанавливали такое же значение силы тока. При определении стационарного (естественного) потенциала отключали ток на всех близлежащих скважинах. При каждом из перечисленных значений тока проводили поляризацию колонны в течение 24 часов, а при токе 0 А (выключенная катодная защита) проводили деполяризацию колонны в течение 10 суток до установления стабильного значения естественного потенциала устья колонны.
На основании результатов исследования строили зависимость (профиль) падения напряжения между контактами зонда по глубине колонны.
Значения силы тока, протекающего на участке колонны между двумя контактами зонда, рассчитывали с учетом изменения поперечного сечения колонны по высоте, что соответственно приводит к изменению значения сопротивления участков между контактами зонда (рисунок 4.1).
Определение параметров расчетной модели катодной защиты обсадных колонн по результатам исследований в промысловых условиях
Расчетное значение силы тока, необходимого для обеспечения заданного смещения потенциала на забое, зависит также от тока поляризации, при котором проводились измерения. Это обусловлено тем, что величина тока поляризации оказывает влияние на значения коэффициента К1, связывающего сдвиги потенциала на устье и на забое, а так же коэффициента К2, связывающего сдвиг потенциала на забое с током защиты.
Для повышения точности расчета тока защиты необходимо, чтобы экспериментальные значения тока поляризации были близки к значениям тока защиты, получаемым в результате расчета. Например, для скважины №29П при смещении потенциала на забое 0,1В по мере уменьшения тока поляризации (7А, 5А и 3А) разница между расчетными значениями тока защиты уменьшается (2,59; 1,66 и 1,08А).
В работе [93] было установлено наличие анодных зон на участках обсадной колонны, на которых происходит перетекание тока через грунт с одного элемента колонны на другой, причем величина тока утечки в анодных зонах увеличивается при увеличении силы тока защиты. Это делает целесообразным выбор минимальной силы тока защиты, которая обеспечивает заданное смещение потенциала на забое скважины.
Данные, представленные в таблице 5.8, позволили предложить алгоритм расчета силы тока защиты. Экспериментальные исследования проводят при силе тока порядка 7А, затем при выбранном смещении потенциала на забое (U0) рассчитывают силу тока защиты (Iз). Если расчетное значение силы тока меньше экспериментального (для скважины № 3913, Iэ = 7А, U0 = 0,2В, Iз = 3,85А), то на следующем шаге в эксперименте используют меньшее значение поляризующего тока (для данного примера -значение поляризующего тока 5А, а расчетное значение тока защиты составит 3,85А). Эксперименты и расчеты проводят до тех пор, пока результаты не сблизятся (для данного примера при 3А расчетное значение тока защиты составит 1,52А), либо пока не будет достигнута минимальное значение тока защиты. Если рассчитанное значение превосходит значение, при котором проводились экспериментальные исследования, то на следующем шаге в эксперименте увеличивают плотность поляризующего тока [118].
1 Разработано программное обеспечение для расчетно-экспериментальной методики определения параметров катодной защиты обсадных колонн с использованием метода расчета сдвига потенциала с учетом конструкции скважин.
2 Сопоставлены расчетные значения параметров катодной защиты, полученные при использовании метода расчета сдвига потенциала в стволе скважины и величины сопротивления в системе скважина/грунт с результатами промысловых испытаний.
3 Установлено, что соотношение между смещением потенциала на устье скважины и силой тока защиты, а также рассчитанное значение удельного сопротивления покрытия зависят от величины силы тока защиты.
4 Показано, что рассматриваемая методика позволяет эффективно оценивать удельное сопротивление покрытия колонны, которая в свою очередь зависит от возраста скважины и от условий эксплуатации.
Для повышения надежности эксплуатации системы ЭХЗ необходимо обеспечивать высокий уровень контроля ее электрохимических параметров.
Начиная с 2010 года, на территории ОАО «Татнефть» для контроля и оперативного управления средствами ЭХЗ с центральных диспетчерских пунктов используется телемеханизация выпрямителей для катодной защиты, которая осуществляется путем установки элементов телемеханики в станции катодной защиты [106 - 108].
Основными функциями шкафа телемеханики являются сбор аналоговых и дискретных сигналов и передача информации на верхний уровень. Проводимые телеизмерения системы: ток на выходе СКЗ, напряжение на выходе СКЗ, потенциал обсадной колонны, регулирование напряжения («уставка»).
Передача информации на верхний уровень осуществляется по инициативе нижнего уровня - по изменению дискретных сигналов или при превышении аналогового значения заданного «порога чувствительности», либо по инициативе «сверху» - при приеме с верхнего уровня команды обновления базы данных.
Вся информация с нижнего уровня передается в контроллер верхнего уровня к оператору службы ЭХЗ. Через контроллер верхнего уровня производится дистанционная загрузка нижнего уровня, удаленная диагностика и отладка.
Информация со станции катодной защиты необходима службам ЭХЗ, находящимся на расстоянии несколько сотен километров друг от друга.
К системе контроля параметров СКЗ может быть подключена любая скважина с катодной защитой. Измерение параметров СКЗ, преобразование аналоговых сигналов в цифровой сигнал (при необходимости) и передача сигнала производится с помощью модуля [107].
В соответствии с техническими требованиями [106] в ОАО «Татнефть» могут использоваться 6 вариантов модуля в зависимости от наличия около СКЗ контроллера телемеханизации скважины и расстояния между СКЗ и контроллером, существующего канала связи для передачи информации через модем.
В процессе всего периода работы установки катодной защиты параметры фиксируются в АСУТП и в программе «Учет и анализ работы системы трубопроводов». Частота архивирования параметров в АСУТП в рабочем режиме (если значение тока изменяется не более чем на 20 % от проектного значения) – не менее одного раза в два часа; в «аварийном» режиме (при отклонении силы тока более чем на 20 % от проектного значения) – немедленно после достижения предельного значения, далее не менее одного раза в час. В программе «Учет и анализ работы системы трубопроводов» измеренные значения в рабочем режиме – не менее одного раза в неделю. В случае отклонения параметров работы СКЗ от рабочего значения на скважину направляются специалисты службы ЭХЗ для выяснения причин отклонения.
