套管外壁複合犧牲陽極的製作方法
2023-07-09 22:34:26 1
專利名稱：套管外壁複合犧牲陽極的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬防腐技術領域，特別涉及油田套管外壁犧牲陽極陰極保護，是一種套管外壁複合犧牲陽極，解決因腐蝕引起的套管損壞問題。
背景技術：
在天然氣的開採過程中，伴隨產生的硫化氫、二氧化碳、水等腐蝕性介質會對油套管、井下工具和水泥環等造成危害。隨著油氣田開發時間的延長，套管腐蝕損壞日益嚴重，給生產造成了不可估量的損失。如某油田自1998年投入開發以來，套損井數逐年增多。據統計截止2010年6月底，該油田共發生套損86 口井、106井次。完井5年內發生套損的井有48 口，佔套損總數的60%。其中，HD4-11H、HD10H、HD4-7H等幾口井套管腐蝕狀況比較嚴重，腐蝕部位集中在2200 4000米。套損井的產生不但影響的正常的油田生產，而且造成了重大的經濟損失，制約了油氣田穩產和可持續發展，是油氣田開發生產中的一項重大技術難題。研究表明，油井套管腐蝕以外腐蝕為主，極陰極保護作為公認的控制外部腐蝕行之有效的技術在油田廣泛應用。1938年，美國及中東相繼在單井上開始應用套管陰極保護技術，得到令人滿意的防腐效果。到20世紀60年代，國外發展了區域性陰極保護技術。目前對套管的保護深度可達2400m，最深達4000m。多年來的實踐證明，對套管實施陰極保護，是減緩和防止其外壁腐蝕破壞的有效措施。如美國德克薩斯太陽勘探開發公司，20年來對2178 口井進行陰極保護，有效率達88%。在國內，1985年華北油田開展區域陰極保護，平均有效率為96. 16%。叢式井組套管陰極保護已在長慶油田獲得大面積推廣應用，至2003年底已在隴東產建及老區、靖安油田共計實施600多口井。該技術的優點是適應新老區塊，投資低。缺點是維護管理難度大，保護效果依賴於系統運行效率及參數控制情況。目前，陽極套管外防腐技術是近幾年發展起來的一項新的配套防腐技術。該技術採用常用的套管犧牲陽極材料有鎂合金、鋅合金、鋁合金三大類。通過電位檢測和起出井防腐套管驗證，這三類陽極材料對大部分井筒套管保護電位達標，但仍存在著問題I、合金腐蝕快，電流效率低，使用壽命短；2、合金溶解均勻性不好，存在局部腐蝕；3、高溫易鈍化，保護失效；4、價格高昂，製造工藝複雜；5、含有毒元素，對人的健康及環境造成危害。
發明內容
本發明的目的是提供一種套管外壁複合犧牲陽極，採用犧牲陽極陰極保護方法，有效解決因腐蝕引起的套管損壞問題，延長套管的使用壽命。本發明採用的技術方案是套管外壁複合犧牲陽極，其特徵在於包括內層鋁合金陽極材料材料和外層鎂合金陽極材料材料，兩種不同合金材料複合而成。外層鎂合金陽極材料，各組分重量百分比為A1 0. 8 I. 5% ；Zn 0. I O. 3% ;Ca :0. I O. 3% ；Mn 0. 01 0. 05% ;餘量為鎂；各組分重量百分比之和為百分之百。
內層鋁合金陽極材料，各組分重量百分比為Zn 3. O 3. 5% ；In 0. I O. 15% ；Sn 0. 03 O. 08% ；Si 0. 05 0. I % ；Ti 0. 02 0. 05% ;餘量為鋁；各組分重量百分比之和為百分之百。套管外壁複合犧牲陽極的形狀為公知，不屬於本發明的內容。本發明的有益效果本發明套管外壁複合犧牲陽極，具有電化學性能優良，驅動電位大、電流效率高，防腐保護效果好，能滿足不同井深條件下套管壽命大於10年的防腐工藝要求，可有效延長套管壽命2 3倍，經濟效益顯著。體積小、重量輕、易於安裝、使用壽命長和成本低。本發明犧牲陽極，由內外兩種不同合金材料組合而成，充分結合兩種合金陽極材料優點。在極化初期，套管需要的極化電流較大，可利用外層鎂合金較高的驅動電位所產生的大電流，滿足套管初始陰極極化大電流的要求，使鋼鐵結構快速極化，進入被保護狀態。待外層鎂陽極全部溶解消耗後，被保護體達到穩定極化，而這時驅動電位較低的內層鋁合金陽極材料開始工作，能在小電流下維持構件的穩定極化。本發明其特徵在於採用常規的熔鑄法將內外雙層陽極緊密結合，電化學性能優良，複合犧牲陽極達到以下技術指標外層鎂陽極實際電容量> 1200A · h/kg、電流效率彡55% ;內層鋁陽極實際電容量彡2500A · h/kg、電流效率彡85% ;陽極均勻溶解，腐蝕產物自動脫落，無局部腐蝕。
具體實施例方式實施例I :以一個套管外壁複合犧牲陽極為例，對本發明作進一步詳細說明。選取複合犧牲陽極的外層鎂合金各成份按重量百分比為A1 1.0%, Zn 0.3%,Ca 0. 1%, Mn 0. 03%，餘量為鎂；複合犧牲陽極的內層鋁合金各成份按重量百分比為Zn
3.0%, In 0. l%,Sn 0. 05%,Si 0. 05%,Ti 0. 03%，餘量為鋁；各組分重量百分比之和為百分之百。採用常規的熔鑄法將內外雙層陽極緊密結合，製備成複合犧牲陽極材料。對製備的陽極材料進行電化學性能測試，參照標準GB/T17848-1999規定，採用Princeton電化學綜合測試系統對複合犧牲陽極材料的內層鋁合金陽極材料和外層鎂合金陽極材料分別進行電化學性能測試。試驗介質天然海水，試驗溫度60°C陽極電化學性能測試結果
權利要求
1.一種套管外壁複合犧牲陽極，其特徵在於包括內層鋁合金陽極材料材料和外層鎂合金陽極材料材料，兩種不同合金材料複合而成， 外層是鎂合金陽極材料，各組分重量百分比為A1 :0. 8 I. 5% ；Zn :0. I O. 3% ；Ca O. I O. 3% ；Mn 0. Ol O. 05% ;餘量為鎂；各組分重量百分比之和為百分之百； 內層是鋁合金陽極材料，各組分重量百分比為Zn :3. O 3. 5%;In :0. I O. 15%;Sn:O. 03 O. 08% ；Si 0. 05 O. 1% ；Ti 0. 02 O. 05% ;餘量為鋁；各組分重量百分比之和為百分之百。
全文摘要
套管外壁複合犧牲陽極，應用於油田套管外壁犧牲陽極陰極保護。包括內層鋁合金陽極材料材料和外層鎂合金陽極材料材料，兩種不同合金材料複合而成，外層鎂合金陽極材料，各組分重量百分比為Al0.8～1.5％；Zn0.1～0.3％；Ca0.1～0.3％；Mn0.01～0.05％；餘量為鎂。內層鋁合金陽極材料，各組分重量百分比為Zn3.0～3.5％；In0.1～0.15％；Sn0.03～0.08％；Si0.05～0.1％；Ti0.02～0.05％；餘量為鋁。效果是電化學性能優良，驅動電位大、電流效率高，防腐保護效果好，能滿足不同井深條件下套管壽命大於10年的防腐工藝要求，效延長套管壽命2～3倍，其經濟效益巨大。易於安裝、使用壽命長和成本低。
文檔編號C22C23/02GK102618874SQ20121012214
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者吳保玉, 周理志, 孟繁印, 宋文文, 徐軍, 毛學強, 謝俊峰, 趙密鋒, 郭亮 申請人:中國石油天然氣股份有限公司