一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测技术领域，尤其涉及一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置及方法。本发明专利技术通过壳体、连接在壳体内用于给油水井管柱提供阴极保护电流的井下阴极保护模块、连接在壳体内用于在线监测管柱腐蚀速率的井下腐蚀在线检测模块和地面阴极保护监测及在线腐蚀监测模块的设置，通过配置地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块、安装井下腐蚀在线检测模块和井下阴极保护模块、进行井下腐蚀在线检测模块和阴极保护模块调试及地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块巡检四个步骤，提供了一种耗电量小、保护距离长、效果好、初期投入费用低且可靠性、稳定性和准确性高的油水井管柱腐蚀保护和检测的装置及方法。

An on-line cathodic protection and corrosion monitoring device and method for downhole tubing string of oil and water wells

【技术实现步骤摘要】
一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置及方法
本专利技术属于油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测
，尤其涉及一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置及方法。
技术介绍
油水井管柱井下腐蚀损伤将严重降低管柱的结构强度、承受能力和可靠性，缩短管柱的使用寿命，增大运行风险，威胁油水井安全。油水井管柱井下腐蚀以外壁腐蚀为主,阴极保护是公认的控制外部腐蚀行之有效的技术，合理的阴极保护设计将有效地延长油水井管柱井下使用寿命。阴极保护是最为经济合理、十分有效的技术措施。阴极保护是一项安全成熟的防腐技术，它具有保护能力强、施工简便且投资较少，且保护效果好的特点。目前阴极保护设备都放在地面上，距离保护油水井井下管柱远，占地面积大，设备重，需建专门的配电房，成本高，运行效率低，同时不能监测油水井井下管柱腐蚀情况，常规的阴极保护已经不能满足现场需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置及方法，目的之一在于提供一种耗电量小，保护距离长、效果好、初期投入费用低的油水井管柱保护与检测的装置及方法；目的之二在于提供一种可靠性、稳定性和准确性的油水井管柱保护与检测的装置及方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，包括壳体；井下阴极保护模块，井下阴极保护模块连接在壳体内，用于给油水井管柱提供阴极保护电流；井下腐蚀在线检测模块，井下腐蚀在线检测模块连接在壳体内，用于在线监测管柱腐蚀速率；地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块，地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块与井下阴极保护模块、井下腐蚀在线检测模块电信号连接。所述的井下阴极保护模块包括交流供电电源单元、直流供电电源单元、可充电电池单元、可调电压单元、阴极保护电压监测单元和阴极保护电流监测单元；所述交流供电电源单元电连接直流供电电源单元，直流供电电源单元电连接可调电压单元和可充电电池单元，可充电电池单元负极和油水井井下管柱连接，阴极保护电压监测单元、阴极保护电流监测单元与地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块电连接。所述的交流供电电源单元采用的是AC220V交流供电电源、所述的直流供电电源单元采用的是DC30V直流供电电源、所述的可充电电池单元采用的是24V可充电电池、可调电压单元采用的是0～24V可调电压；所述的直流供电电源单元采用的是可调式脉宽调制直流电源。所述的可调电压单元采用的脉宽调制电子直流分压器；脉宽调制电子直流分压器包括单片机、场效应管、显示电压器、电流控制输出大小触摸屏和外接电位器组成；所述单片机与显示电压器、电流控制输出大小触摸屏电连接，单片机输出端和大功率场效应管驱动输入端电连接，单片机产生PWM脉宽端和外接电位器电连接，场效应管源极端和直流供电电源电正极电连接，场效应管漏极端和地面阳极井电连接。所述的壳体两端开有螺纹。所述的井下腐蚀在线检测模块包括传感器与探头一体化单元、防腐监测数据采集器单元；所述传感器与探头一体化单元连接在井下管柱外壁上并与防腐监测数据采集器单元电信号连接，防腐监测数据采集器单元与地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块电线连接。所述的传感器与探头一体化单元采用的是传感器与电阻探针一体化设计的电阻探针传感器；所述电阻探针传感器是一个装有金属试片的探头。所述的地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块包括PLC控制器和人机界面触摸屏；PLC控制器与井下阴极保护模块和井下在线腐蚀监测模块电信号连接。一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测方法，包括如下步骤：步骤一：配置地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块；步骤二：安装井下腐蚀在线检测模块和井下阴极保护模块将油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置连接在外径为73mm，长度为800mm管柱中的管泵和气锚之间，在装有油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置的管柱一侧打一个Ф8mmm孔，把电阻探针传感器插入孔中，用密封胶封好，并将传感器通过静电跨接导线与油水井管柱本体接地；步骤三：进行井下腐蚀在线检测模块和阴极保护模块调试当步骤二完成后，通电，然后进行井下阴极保护模块和在线腐蚀监测模块调试，井下阴极保护模块和在线腐蚀监测模块将阴极保护电压数值、电流数值和腐蚀速率数据，上传到地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块，进行分析处理和显示；步骤四：地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块巡检开启地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块，接收步骤三传输的管柱井下阴极保护电压、电流和腐蚀速率数据，通过地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块，对接受的数据进行腐蚀速率及腐蚀状况计算，并根据获取的位置数据进行分析、处理，来判断管柱腐蚀层的老化状态。所述的步骤四中的油水井管柱腐蚀速率及腐蚀深度计算并对油水井管柱井下腐蚀层老化定位是采用如下方法得到；根据电阻探针传感器的状况，采用如下公式计算得到油水井管柱腐蚀速率：电阻探针传感器中金属试片腐蚀深度H为：H＝r0*{1.0-[1.0-(Rt-Ro)/Rt]1/2}，式中：r0-为金属试片原始半径；R0-为腐蚀前电阻值；Rt-为腐蚀后电阻值；金属试片腐蚀率计算公式：V＝8760*(H2-H1)/(T2-T1)式中：T2-T1为两次测量时间间隔，H2-H1为两次测量的腐蚀深度的差值，金属试片腐蚀率即为油水井管柱腐蚀速率；所述油水井管柱腐蚀层定位通过如下方法得到：油水井管柱平均厚度：Tt＝(B1T1-B2T2)/Bt其中：Tt-管柱平均厚度；Bt-管柱中平均磁感应强度；T1-腐蚀前管柱厚度；B1-腐蚀前平均磁感应强度；T2-腐蚀后管柱厚度；B1-腐蚀后平均磁感应强度；当管柱平均厚度和原管柱厚度差值小于1/10，判断为油水井管柱腐蚀不严重，当管柱平均厚度和原管柱厚度差值1/5～1/10，判断为油水井管柱腐蚀比较严重；当管柱平均厚度和原管柱厚度差值大于1/5，判断为油水井管柱腐蚀十分严重。有益效果：(1)本专利技术通过将油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测两者组合安装在一起，方便地安装在油水井管柱井下管泵和气锚之间，管柱阴极保护就地阴极保护方法独特，耗电量小，保护距离长效果好，初期投入费用低等特点。(2)本专利技术通过井下在线监测油水井井下管柱腐蚀状况和速率，腐蚀监测速率精度高，可预测油水井管柱的安全使用寿命，为油水井管柱的内外防护技术研究提供了可靠的方法，指导油水井管柱采用强制外加电流阴极保护达到最佳效果，使油水井管柱腐蚀得到有效控制，避免管柱可能发生因腐蚀泄漏的隐患。(3)本专利技术建立了油水井管柱腐蚀在线监测体系，为油水井管柱的更换、维修及维护提供了科学依据。(4)本专利技术确保了油水井管柱安全、高效、平稳运行且环保，对保障油田可持续开发具有重要意义。(5)本专利技术安装方便，且保障了油水井管柱阴极保护和腐蚀效果监测系统的可靠性、稳定性和准确性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：包括壳体；井下阴极保护模块，井下阴极保护模块连接在壳体内，用于给油水井管柱提供阴极保护电流；井下腐蚀在线检测模块，井下腐蚀在线检测模块连接在壳体内，用于在线监测管柱腐蚀速率；地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块，地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块与井下阴极保护模块、井下腐蚀在线检测模块电信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：包括壳体；井下阴极保护模块，井下阴极保护模块连接在壳体内，用于给油水井管柱提供阴极保护电流；井下腐蚀在线检测模块，井下腐蚀在线检测模块连接在壳体内，用于在线监测管柱腐蚀速率；地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块，地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块与井下阴极保护模块、井下腐蚀在线检测模块电信号连接。2.如权利要求1所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：所述的井下阴极保护模块包括交流供电电源单元、直流供电电源单元、可充电电池单元、可调电压单元、阴极保护电压监测单元和阴极保护电流监测单元；所述交流供电电源单元电连接直流供电电源单元，直流供电电源单元电连接可调电压单元和可充电电池单元，可充电电池单元负极和油水井井下管柱连接，阴极保护电压监测单元、阴极保护电流监测单元与地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块电连接。3.如权利要求2所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：所述的交流供电电源单元采用的是AC220V交流供电电源、所述的直流供电电源单元采用的是DC30V直流供电电源、所述的可充电电池单元采用的是24V可充电电池、可调电压单元采用的是0～24V可调电压；所述的直流供电电源单元采用的是可调式脉宽调制直流电源。4.如权利要求2或3所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：所述的可调电压单元采用的脉宽调制电子直流分压器；脉宽调制电子直流分压器包括单片机、场效应管、显示电压器、电流控制输出大小触摸屏和外接电位器组成；所述单片机与显示电压器、电流控制输出大小触摸屏电连接，单片机输出端和大功率场效应管驱动输入端电连接，单片机产生PWM脉宽端和外接电位器电连接，场效应管源极端和直流供电电源电正极电连接，场效应管漏极端和地面阳极井电连接。5.如权利要求1所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：所述的壳体两端开有螺纹。6.如权利要求1所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：所述的井下腐蚀在线检测模块包括传感器与探头一体化单元、防腐监测数据采集器单元；所述传感器与探头一体化单元连接在井下管柱外壁上并与防腐监测数据采集器单元电信号连接，防腐监测数据采集器单元与地面阴极保护监测和在线腐蚀监测模块电线连接。7.如权利要求6所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐蚀在线监测装置，其特征在于：所述的传感器与探头一体化单元采用的是传感器与电阻探针一体化设计的电阻探针传感器；所述电阻探针传感器是一个装有金属试片的探头。8.如权利要求1所述的一种油水井管柱井下阴极保护和腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宝元，贺艺军，陈在君，李昭辉，高诗惠，李华伟，谭博宁，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61