[发明专利]对结构体的腐蚀的抑制

说明书

发明描述

本发明涉及对结构体的腐蚀的抑制。本发明已经被设计为涉及地下结构体的腐蚀抑制，尤其是采油设施中管道的腐蚀抑制。然而，应当理解，本发明可以更一般地应用于出现相似或类似问题的结构体上。

原则上，从地下来源抽取石油很简单：在地面上向下钻孔至含油地层，并在洞中放置管道，能够通过该管道将石油提升到地表水平。在某些油井中，石油在含油地层中可能处于压力之下，因此其不需要任何辅助，就流动到地表，但是在大部分情况下，是需要辅助的，经常通过经由另外的管道向含油地层注入水以置换石油。然后，与水混合的石油来到地表。注入到含油地层的水可以是海水，并且可以被加热，使得如果石油是粘性的，则更容易流动。应当理解，这样的生产技术产生了非常容易发生对钢管道和成分的腐蚀的环境。

最容易被腐蚀的油井的部分是生产层，管道在其中与油水混合物接触。暴露于所述混合物的油井管道外表面的长度和生产层一样宽。在任何油井中，可能有位于彼此不同深度的超过一个生产层，当一个层中的可用石油耗尽时，采油可以从一个层切换到另一个层。此外，将油水混合物运输到地表的立管内部容易被腐蚀。

金属的腐蚀是电化学过程，其涉及或多或少的量的电流的传递。当金属表面与电解质接触时，由于材料中不同位置的冶金变化或环境中的局部差异(例如表面的氧的可用性的变化)而在金属表面的不同部分之间产生的电势差，建立了电化学电池，此时腐蚀过程在阳极消耗金属。用于抑制腐蚀的一种已知技术被称为阴极保护，其涉及向要保护的金属提供和连接外部阳极，使得金属有效地成为阴极，从而不会发生腐蚀。外部阳极可以是电流阳极(比要保护的金属活性更强的金属；当要保护的是钢时，一般是锌、铝、镁或其合金)。在这种情况下，阳极和钢之间的自然电位的差异导致电解质中从阳极至钢的电子流动。在钢处，因为其和电解质溶液之间的电势实际上被电子的供应变得更负，所以腐蚀性的阳极反应被抑制，并且只能发生阴极反应。阳极(anode或anodes)被称为牺牲阳极，因为其在过程中被消耗了。

另一保护技术是使用一种或多种惰性(不消耗的)阳极和使用外源DC电源在阳极-阴极系统中施加电流，以达到相同的效果。

一般地，需要抑制的是阳极反应，或者是通过在要保护的表面建立零电势，或者通过在常规的阴极保护中建立确保表面不变成阳极的负电势。

通过使用牺牲阳极或外加电流的阴极保护，被广泛用于结构体的保护，所述结构体例如储罐、防波堤、近海结构体或钢筋混凝土结构，其中钢筋的腐蚀是潜在的问题。

油井表现出问题，使得已知的阴极保护系统不容易在其中应用。进入井下更换牺牲阳极是不可能的，而标准的外加电流阴极保护不容易应用。外部阳极只能为沿管道不超过2到5倍管道直径的距离提供保护，并且因为生产层可能在油井的寿命中被移动，建立固定保护层是没有用的。

因此，本发明的目的是在油井的生产层提供腐蚀抑制，特别是在油井管道的外部，或类似的情况下提供腐蚀抑制，其中上述缺点被克服或被降低。

根据本发明的一方面，我们提供了在伸长的金属结构体的至少一个所需区域抑制腐蚀的方法，该方法包括以这样的方式对所述结构体应用高频电磁信号，使得在所述结构体中建立电压驻波，所述电压驻波在所述结构体的所需区域具有抑制腐蚀的电势。优选地，所述方法包括调节电磁信号的频率(并且从而调节电压驻波的波长)，从而在所需的腐蚀抑制区域的附近建立一个节点(0 volts)的步骤。

优选地，所述伸长的金属结构体是油井的立管，并且所述信号在井口(即管道露出地面之处)被应用于其上。井下的立管和从井下的立管导出的管道，如运输管道，有效地形成了在其中建立驻波的偶极天线，信号从管道的井下末端被反射。可以调节被应用的信号的频率、相和方向，使得油井的石油生产层会接近于驻波的节点。

如上文所述，油井的石油生产层在油井的寿命中可以被改变数次。根据本发明，对应用于油井的信号的频率、相和方向的适当调节，能保证在(当前的)生产层建立所需的腐蚀抑制条件。

信号的频率可以在使用中变化，使得节点的位置随时间变化。通过这种方法，可以在油井的增加的长度上抑制腐蚀。

优选地，通过在合适的位置提供包围结构体的导磁材料的核心要素和在核心要素中建立所需频率的磁通量以建立驻波，而将电磁信号应用于结构体。可以通过提供线圈以建立磁通量，导磁核心要素通过所述线圈，并且所述线圈由所需频率的电信号提供能量。

能编写电脑程序以便对于油井深度和其中的生产层位置来计算建立必要的驻波和节点位置的正确频率。