阴极保护用复合牺牲阳极油管短节制造技术

一种在强腐蚀环境下油水井系统的阴极保护用复合牺牲阳极油管短节。该技术是利用不同金属或它的合金材料其对阴极不同的保护作用机理和性能差异而设计的多层复合式牺牲阳极，更有利于保护处于强腐蚀环境中的阴极钢铁设备系统，这种新型复合阳极在具有强腐蚀地层条件的油田中可更为有效地保护油水井系统，降低油水井系统的腐蚀和因腐蚀造成的设备损坏率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于油气田开发生产过程中强腐蚀环境下油水井系统的阴极保护用复合牺牲阳极油管短节，它是一种牺牲阳极的阴极保护技术，属油气田开发生产井下设备电化学防腐应用范畴。可广泛应用于各类强腐蚀性地层环境中的油水井系统(油管、套管、光杆、接头等)和井底设备的防腐保护。
技术介绍
目前国内外普遍采用的油水井系统牺牲阳极阴极保护油管短节是多金属元素合金单一结构的形式，根据不同腐蚀条件及适用寿命要求等，应用不同的合金配方和短节长度等参数。常用于保护油水井系统及钢铁设备的牺牲阳极材料主要有镁基合金、锌基合金和铝基合金等几大类。锌基阳极比重大、发生电量小、对钢铁的驱动电位不高，且在高温条件下易于极化，一般用于电阻率较低的环境；镁基阳极电流效率低，对钢铁驱动电位大(易于过保护)，只用于电阻率较高的环境；铝基阳极比重小、电流效率高、发生电量大、对钢铁驱动电位适中、来源丰富，是一种迅速发展起来的新型牺牲阳极材料。在相同腐蚀条件下， 锌基阳极电子释放速度快对油水井系统的保护效果最好，但阳极损耗大、保护期短，铝基阳极电子释放速度较慢对油水井系统的保护效果较锌基阳极差，但保护期较锌基阳极长很多阳极损耗也较小。在强腐蚀地层环境下，锌基阳极油管短节的寿命一般不到半年，铝基阳极对油水井系统的保护效果又很难达到技术要求，目前油田现场遇此情况时，多借助缓蚀剂化学防腐解决油水井保护的问题，但运行成本很高且会增大水质污染。
技术实现思路
为了避免上述现有技术的不足之处，本技术提供了一种新的强腐蚀环境下油水井系统的牺牲阳极阴极保护技术，即复合牺牲阳极油管短节。这是由于地层产出液水质的矿化度较高、P H值较小，呈强电解质状态，而任何一种金属位于电解质溶液中都有一个对应的电极电位，电极电位不同就出现了电位差，这个电位差将推动电子流动而形成电流， 即原电池。油水井井筒内这种原电池电流的消耗表现在管壁上就是我们所看到的管壁腐蚀。在电流流出的地方，金属受到腐蚀叫阳极区，而在有电流流入地方的金属得到电子则不会腐蚀。阴极保护原理是给油水井金属管补充大量的电子，使被保护的金属管壁整体呈现电子过剩状态，使金属原子不容易失去电子而变成离子溶解到电解质中去，实现金属材料的防腐。在强腐蚀环境下一般需要使用保护期长的阳极，如铝基阳极。由于铝基阳极电子释放速度较慢在最初阶段腐蚀会发生较快，这时如果利用锌合金电子释放速度快、控制腐蚀能力强和溶解速度快的特点使井筒内锌合金离子浓度快速升高，先在阴极(油管、设备系统)表面形成保护沉积层，使油水井系统外壁在极短时间内得到初级保护。初级保护层形成后，锌基合金阳极也将消耗完，这时阴极表面所需补充的电子将会减少，由于铝合金阳极较锌基合金活泼，利用阳极内层的铝基合金阳极电子释放速度较慢、保护期长的优势将向油水井系统设备阴极表面继续不断提供补充电子，使油水井系统进一步得到有效长期的保护，从而解决了保护期与保护效果的矛盾。因此，在强腐蚀环境下油水井系统的阴极保护就可以采用本技术，即阴极保护用复合牺牲阳极油管短节。其为复合阳极的结构外层为锌基合金薄层，内层是铝基合金， 然后再将复合阳极整体铸造固定于油管短节外侧，从而构成复合牺牲阳极油管短节。附图说明附图即为本技术的结构示意图。其中1一一油管短节2—一铝基合金套层3—一锌基合金套层具体实施方式下面将结合实施例来详述本技术的结构特点。在实际制作中，专利技术人是将复合阳极的结构设计为内空状的圆柱体，内侧为铝基合金，外侧为锌基合金；油管短节则设置在复合阳极的内管中，并通过一定的加工方法使其紧密结合。所以，在将复合阳极安装于油管短节外侧时，铝基合金层是采用整体铸造固定于油管短节外侧，锌基合金则采用热喷涂或铸造于铝基合金体的外侧。在现场实际使用中，一般是视腐蚀环境和井下安装间距等具体情况确定油管短节的长度和材质，一般一根油管短节长度不大于一米，油管短节可直接采用成品油管短节。其制作过程如下(1)选用相应铸造模具，调好合金材料配比用高温炉熔融，在油管短节上规定位置先灌铸铝基合金，采用保温式缓慢冷却，冷却速度不可过快，以免铸体出现裂缝，铸造好后上机床修整铝基阳极表面并保留一定深度刀槽；(2)采用铸造、热喷涂、电镀或电渗法在铝基阳极表面制出2_15mm(厚度视使用环境而定)的锌金属或锌基合金的薄层，形成一种复合式阳极；(3)造好的油管短节的复合阳极表面应用机床加工和抛光，符合质量要求。权利要求1.阴极保护用复合牺牲阳极油管短节，该装置主要是将由两层不同基质合金组成的复合阳极设置在油管短节的外侧而构成，其特征在于复合阳极的结构为内空状的圆柱体，内侧为铝基合金，外侧为锌基合金；油管短节则设置在复合阳极的内管中，并紧密结合。2.根据权利要求1所述的阴极保护用复合牺牲阳极油管短节，其特征在于复合阳极安装于油管短节外侧时，铝基合金层采用整体铸造固定于油管短节外侧，锌基合金则采用热喷涂或铸造于铝基合金体的外侧。专利摘要一种在强腐蚀环境下油水井系统的阴极保护用复合牺牲阳极油管短节。该技术是利用不同金属或它的合金材料其对阴极不同的保护作用机理和性能差异而设计的多层复合式牺牲阳极，更有利于保护处于强腐蚀环境中的阴极钢铁设备系统，这种新型复合阳极在具有强腐蚀地层条件的油田中可更为有效地保护油水井系统，降低油水井系统的腐蚀和因腐蚀造成的设备损坏率。文档编号C23F13/16GK202022983SQ20112006523公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日专利技术者任熵, 任禾, 张巍, 林德莲 申请人:中国石油大学(华东)本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．阴极保护用复合牺牲阳极油管短节，该装置主要是将由两层不同基质合金组成的复合阳极设置在油管短节的外侧而构成，其特征在于复合阳极的结构为内空状的圆柱体，内侧为铝基合金，外侧为锌基合金；油管短节则设置在复合阳极的内管中，并紧密结合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任熵，林德莲，任禾，张巍，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：实用新型
国别省市：37