一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法和装置，所述方法包括提供待检测套管，所述待检测套管由牺牲阳极连接至少一个石油套管形成；在所述石油套管长度方向的外壁上间隔设置多个测试桩；将所述待检测套管放置于检测槽内；向检测槽内倒入腐蚀介质，所述腐蚀介质没过待检测套管并低于所述测试桩顶端至少2cm；测定各测试桩处的电极电位；所述腐蚀介质为模拟井下套管外壁腐蚀环境中的地层水、固井水泥环、软泥层以及盐膏层中一种或多种。采用本发明专利技术的方案能满足在模拟井下套管外壁腐蚀环境中对牺牲阳极材料电化学性的准确测定，进而为确定所述牺牲阳极对石油套管的有效保护距离提供数据。

Method and device for detecting electrochemical performance of sacrificial anode in simulated outer wall corrosion environment of downhole casing

The present invention provides a method and apparatus for sacrificial anode electrochemical performance detection in the simulation of casing external corrosion environment, the method includes providing a detecting casing, the casing is formed by the detected sacrificial anode is connected to at least one oil casing; the outer wall of the casing in the direction of the length of intervals is provided with a plurality of test piles the casing to be detected; placed on the detection groove; to detect groove into the corrosive medium, the corrosion medium did not have to be detected and casing is lower than that of the test pile top of at least 2cm; Determination of electrode potential of each test pile; the corrosion medium is simulated downhole casing external corrosion in the environment of formation water and cement, mud and salt layer in one or more. The scheme of the invention can meet in the simulation environment of outer casing corrosion electrochemical sacrificial anode materials of accurately determined, then determine the sacrificial anode protection distance of oil casing to provide data.

【技术实现步骤摘要】
一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法和装置
本专利技术涉及一种检测牺牲阳极性能的方法和装置，尤其涉及在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法和装置。
技术介绍
随着油气田开发时间的延长，套管损耗问题日益突出，对油田开采造成直接影响，严重制约了油气田稳产和可持续发展。其中针对因电化学腐蚀造成的套管外壁破损，牺牲阳极阴极保护是一种最经济有效的防腐措施。阳极材料电化学性能直接决定了阴极保护效果，阳极材料能否大规模应用在现场复杂地层环境，需要进行模拟评价验证，但目前现有评价牺牲阳极材料电化学性能的试验方法主要采用《GB/T17848-1999牺牲阳极电化学性能试验方法》中涉及的恒电流法，腐蚀介质主要是人造海水，试验温度为15～30℃，实际生产中套管外壁接触的地层环境更复杂，除地层水还包括未被水泥封固的空井段、盐膏层、表层土壤等腐蚀介质，且随井深增加地层温度逐渐升高，目前使用的国标测试方法不能完全满足试验要求。因此急需提供一种方法或系统，能满足在模拟井下套管外壁腐蚀环境中对牺牲阳极材料电化学性能的检测成为有待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法，该方法通过采用特定的检测条件和检测步骤，能实现在模拟井下套管外壁腐蚀环境中对牺牲阳极材料电化学性的准确检测。本专利技术还提供了一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的装置，能在模拟井下套管外壁腐蚀环境中对牺牲阳极材料电化学性能进行检测，进而为确定所述牺牲阳极对石油套管的有效保护距离提供数据支持。本专利技术提供的一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法：提供待检测套管，所述待检测套管由牺牲阳极连接至少一个石油套管形成；在所述石油套管长度方向的外壁上间隔设置多个测试桩,所述测试桩的材质与所述石油套管的材质相同，所述测试桩与所述石油套管的外壁通过焊接方式连接；将所述待检测套管放置于检测槽内；向检测槽内倒入腐蚀介质，该腐蚀介质没过该待检测套管并低于所述测试桩顶端至少2cm；测定各测试桩处的电极电位；所述腐蚀介质为模拟井下腐蚀环境中的地层水、固井水泥环、软泥层以及盐膏层中一种或多种。在本专利技术的方案中，所述检测槽的底部和侧壁均由可以由加工性能优异的耐腐蚀材料制成，例如聚丙烯、玻璃钢，耐腐蚀金属板等，只要能满足检测过程中对检测槽的耐腐蚀性，承压性，耐高温(>100℃)性的需求即可。进一步的，为使检测数据更加真实反映待检测套管牺牲阳极的电化学性能，所述检测槽的材料为聚丙烯。在本专利技术的方案中，检测牺牲阳极电化学性能是指在模拟井下套管外壁腐蚀环境中，检测距离牺牲阳极不同距离处的套管表面的电极电位的变化数据，本领域技术人员可以根据套管表面不同位置处电极电位的变化来判断所述牺牲阳极对石油套管的有效保护距离。进一步的，在本专利技术的方案中，可以根据以下公式得出阳极对套管的保护距离：上式中：△VMN-----石油套管表面上M，N两点之间距离上电压降的平均值，单位V；D----套管的直径，单位mm；d-----套管的壁厚，单位mm；ρ0-----套管金属的电阻率，单位Ω·m；iA-----套管最小保护电流密度，单位mA/m2；其中，套管金属的电阻率ρ0可根据钢型查常用材质电阻率表得知，iA查阴极保护工程手册得出。M，N两点之间的距离可以根据实际情况选择，通常情况下越小越好，得出的L值更准确。在本专利技术的方案中M，N两点之间的距离可以例如是50cm。在本专利技术的方案中，所述牺牲阳极可以是以本领域常规方式设置在石油套管上的牺牲阳极，例如所述牺牲阳极以阳极短节的形式设置在所述套管上。进一步的，所述牺牲阳极可以为国标铝阳极或国标锌阳极，也可以是在所述国标铝阳极或国标锌阳极基础上，改变阳极材料成分及配比形成的新型阳极材料，本专利技术的方案可用于检测本领域常规使用的各种牺牲阳极对石油套管的保护效果。在本专利技术的方案中对该牺牲阳极与石油套管的连接方式没有特殊限制，可以是本领域常规的连接方式，例如螺纹连接、螺丝固定等连接方式。该牺牲阳极既可以连接在套管的一端，也可以连接在套管的中间部分。在本专利技术的一个具体实施方式中，为了最终评估该牺牲阳极对套管的最长保护半径，优选的可以将该牺牲阳极短节固定在所述套管的一端。本专利技术方案中的腐蚀介质为模拟井下套管外壁腐蚀环境中的地层水、固井水泥环、软泥层以及盐膏层中一种或多种，所述腐蚀介质化学成分与井下套管外壁腐蚀环境中实际存在的地层水、固井水泥环、软泥层以及盐膏层中的化学成分基本一致。进一步的，在本专利技术的方案中，所述待检测套管通过设置在所述检测槽底部的固定装置固定。通过向所述检测槽内加入水泥以形成固井水泥环。采用水泥固化可以在所述待检测套管放入检测槽之后进行实施，也可以先倒入水泥，再将待检测套管浸入水泥中并使水泥固化的方式实现，本领域技术人员可以根据需要选择先后顺序。在真实的井下操作环境中，通常在放置套管后需要在套管与井壁之间填装水泥进行固定，该水泥可完全封闭该套管，在起到固定作用的同时也能起到防止套管被地层水腐蚀的效果，但实际作业中发现，存在部分井段未被水泥封固的情况，未封固井段与地层水接触引起腐蚀。因此，本申请的方案也针对这种情况进行了研究，在这种模拟井下环境中对牺牲阳极性能进行检测。检测过程中，水泥封固套管后，要保持测试桩露出水泥适当的高度。并在水泥密封后，向检测槽内倒入腐蚀介质，所述腐蚀介质可以是套管外壁腐蚀环境中存在模拟地层水。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述牺牲阳极以阳极短节的形式设置在所述套管上。进一步的，分别在所述石油套管长度方向的外壁上距离所述阳极短节的边缘50cm、100cm、200cm、300cm、500cm、800cm和1000cm的位置处设置所述测试桩。本专利技术的方法能在不同温度下，例如在20-80℃范围内，实现对所述牺牲阳极的电化学性能的检测。由于井下作业过程中，随着深度的增加，温度逐渐升高，一般每100米温度上升3℃左右，本专利技术的方法能更真实的反应井下腐蚀环境。当然本领域技术人员可以根据采用的牺牲阳极的耐温性能，以及套管的入井深度，对上述温度范围进行适当的调整。在本专利技术的方法中，通常所述测试桩处的电极电位可以在浸入腐蚀介质后一周左右开始测量，之后例如可以每7-10天测量一次，持续2-8个月。该测试过程使用的参比电极可以为Cu/CuSO4参比电极，检测所述电极电位可以采用近参比法进行，测量过程中所述参比电极通常靠近所要测量电极电位的测试桩，接触或靠近所述石油套管的外壁放置。当然本领域技术人员也可以根据所要检测的套管、牺牲阳极以及腐蚀介质的不同，根据需要决定测量频率或测量周期，但通常需要在检测体系稳定之后，即牺牲阳极向腐蚀介质中稳定释放离子之后，持续测量一定时间来获得比较可靠的数据。本专利技术提供的一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的装置,包括:检测槽，以及由所述牺牲阳极连接至少一个石油套管所形成的待检测套管，所述待检测套管固定在所述检测槽底部，并且在所述石油套管长度方向的外壁上间隔设置有多个测试桩，所述测试桩的材质与所述石油套管的材质相同，所述测试桩与所述石油套管的外壁通过焊接连接；所述检测槽内还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法，其特征在于：提供待检测套管，所述待检测套管由牺牲阳极连接至少一个石油套管形成；在所述石油套管长度方向的外壁上间隔设置多个测试桩,所述测试桩的材质与所述石油套管的材质相同，所述测试桩与所述石油套管的外壁通过焊接方式连接；将所述待检测套管放置于检测槽内；向检测槽内倒入腐蚀介质，该腐蚀介质没过该待检测套管并低于所述测试桩顶端至少2cm；测定各测试桩处的电极电位；所述腐蚀介质为模拟井下套管外壁腐蚀环境中的地层水、固井水泥环、软泥层以及盐膏层中一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种在模拟井下套管外壁腐蚀环境中检测牺牲阳极电化学性能的方法，其特征在于：提供待检测套管，所述待检测套管由牺牲阳极连接至少一个石油套管形成；在所述石油套管长度方向的外壁上间隔设置多个测试桩,所述测试桩的材质与所述石油套管的材质相同，所述测试桩与所述石油套管的外壁通过焊接方式连接；将所述待检测套管放置于检测槽内；向检测槽内倒入腐蚀介质，该腐蚀介质没过该待检测套管并低于所述测试桩顶端至少2cm；测定各测试桩处的电极电位；所述腐蚀介质为模拟井下套管外壁腐蚀环境中的地层水、固井水泥环、软泥层以及盐膏层中一种或多种。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测槽的材料为聚丙烯、玻璃钢和耐腐蚀金属板中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待检测套管通过设置在所述检测槽底部的固定装置固定在所述检测槽底部。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲阳极为国标铝阳极、国标锌阳极或铝合金。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲阳极以阳极短节的形式设置在所述套管上。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，分别在所述石油套管长度方向的外壁上距离所述阳极短节的边缘50cm、100cm、200cm、300cm、500cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵密锋，郭亮，谢俊峰，吴保玉，宋文文，毛学强，彭建云，李岩，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11