Долгих С.А¹., к.т.н. Ткачева В.Э²., д.т.н. Кайдриков Р.А².,
д.х.н. Журавлев Б.Л².

¹ ОАО “Татнефть” ТатНИПИнефть, РТ, г. Бугульма

² Казанский национальный исследовательский технологический университет, РТ, г. Казань

Распределение токов защиты по высоте обсадной колонны нефтяной скважины

Нефтяные скважины являются дорогостоящими капитальными сооружениями, которые служат многие десятилетия и представляют собой сложную инженерную конструкцию. Наиболее ответственной частью скважины является обсадная колонна, которая служит для крепления ствола скважины и изоляции различных геологических пластов.

В контакте с цементом сталь находится в пассивном состоянии. Однако не всегда удается обеспечить надежное цементное покрытие всей наружной поверхности 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, особенно в случае сероводородной коррозии, и преимущественно носит язвенный характер, вызывающий появление сквозных отверстий в трубах часто на фоне незначительной общей коррозии, что приводит к отказу обсадной колонны. Для решения этой проблемы применяют катодную защиту. Защищенность обсадной колонны зависит от распределения потенциала и токов защиты по высоте колонны.

Предлагаемая методика расчета распределения плотности тока катодной защиты по высоте обсадной колонны основана на результатах измерения падения напряжения между контактами зонда (рис. 1, 2).

1 – обсадная колонна; 2 – верхний контактный узел зонда; 3 – нижний контактный узел зонда; 4 – регулируемый источник постоянного тока; 5 – анодный заземлитель; 6 – милли(микро)вольтметр; 7 –милливольтметр; 8 – МЭС Рис.1. Схема измерения падения напряжения на обсадной колонне скважины

Рис. 2. Пример результатов измерения падения напряжения между контактами зонда по высоте обсадной колонны

При расчете силы тока, протекающего по обсадной колонне, учитывали изменение сопротивления металла участков обсадной колонны между контактами зонда за счет изменения площади поперечного сечения металла по высоте колонны.

Силу тока, натекающего на участок обсадной колонны длиной 50 м (расстояние между точками измерения падения напряжения) рассчитывали как разность силы тока, протекающего в начале и конце соответствующих участков.

Поскольку рассматриваемая обсадная колонна состоит из трех участков: эксплуатационная колонна, кондуктор, направление, возможно перетекание тока между составляющими колонны, что делает результаты измерения падения напряжения внутри эксплуатационной колонны не всегда отражающими силу тока, реально протекающую по обсадной колонне (рис. 3).

Рис. 3. Пример распределения силы тока защиты по высоте обсадной колонны

Как видно из рис. 3, рассчитанная сила тока на отдельных участках обсадной колонны превышает ток защиты. Это обстоятельство вызывает необходимость проведения операции аппроксимации зависимости тока, протекающего по обсадной колонне, от высоты. После чего можно рассчитать плотности тока защиты на всех участках обсадной колонны.