[发明专利]套管外壁复合牺牲阳极

说明书

技术领域

本发明涉及金属防腐技术领域，特别涉及油田套管外壁牺牲阳极阴极保护，是一种套管外壁复合牺牲阳极，解决因腐蚀引起的套管损坏问题。

背景技术

在天然气的开采过程中，伴随产生的硫化氢、二氧化碳、水等腐蚀性介质会对油套管、井下工具和水泥环等造成危害。随着油气田开发时间的延长，套管腐蚀损坏日益严重，给生产造成了不可估量的损失。如某油田自1998年投入开发以来，套损井数逐年增多。据统计：截止2010年6月底，该油田共发生套损86口井、106井次。完井5年内发生套损的井有48口，占套损总数的60％。其中，HD4-11H、HD10H、HD4-7H等几口井套管腐蚀状况比较严重，腐蚀部位集中在2200～4000米。

套损井的产生不但影响的正常的油田生产，而且造成了重大的经济损失，制约了油气田稳产和可持续发展，是油气田开发生产中的一项重大技术难题。研究表明，油井套管腐蚀以外腐蚀为主，极阴极保护作为公认的控制外部腐蚀行之有效的技术在油田广泛应用。

1938年，美国及中东相继在单井上开始应用套管阴极保护技术，得到令人满意的防腐效果。到20世纪60年代，国外发展了区域性阴极保护技术。目前对套管的保护深度可达2400m，最深达4000m。多年来的实践证明，对套管实施阴极保护，是减缓和防止其外壁腐蚀破坏的有效措施。如美国得克萨斯太阳勘探开发公司，20年来对2178口井进行阴极保护，有效率达88％。在国内，1985年华北油田开展区域阴极保护，平均有效率为96.16％。丛式井组套管阴极保护已在长庆油田获得大面积推广应用，至2003年底已在陇东产建及老区、靖安油田共计实施600多口井。该技术的优点是适应新老区块，投资低。缺点是维护管理难度大，保护效果依赖于系统运行效率及参数控制情况。

目前，阳极套管外防腐技术是近几年发展起来的一项新的配套防腐技术。该技术采用常用的套管牺牲阳极材料有镁合金、锌合金、铝合金三大类。通过电位检测和起出井防腐套管验证，这三类阳极材料对大部分井筒套管保护电位达标，但仍存在着问题：1、合金腐蚀快，电流效率低，使用寿命短；2、合金溶解均匀性不好，存在局部腐蚀；3、高温易钝化，保护失效；4、价格高昂，制造工艺复杂；5、含有毒元素，对人的健康及环境造成危害。

发明内容

本发明的目的是：提供一种套管外壁复合牺牲阳极，采用牺牲阳极阴极保护方法，有效解决因腐蚀引起的套管损坏问题，延长套管的使用寿命。

本发明采用的技术方案是：套管外壁复合牺牲阳极，其特征在于：包括内层铝合金阳极材料材料和外层镁合金阳极材料材料，两种不同合金材料复合而成。

外层镁合金阳极材料，各组分重量百分比为：Al：0.8～1.5％；Zn：0.1～0.3％；Ca：0.1～0.3％；Mn：0.01～0.05％；余量为镁；各组分重量百分比之和为百分之百。

内层铝合金阳极材料，各组分重量百分比为：Zn：3.0～3.5％；In：0.1～0.15％；Sn：0.03～0.08％；Si：0.05～0.1％；Ti：0.02～0.05％；余量为铝；各组分重量百分比之和为百分之百。

套管外壁复合牺牲阳极的形状为公知，不属于本发明的内容。

本发明的有益效果：本发明套管外壁复合牺牲阳极，具有电化学性能优良，驱动电位大、电流效率高，防腐保护效果好，能满足不同井深条件下套管寿命大于10年的防腐工艺要求，可有效延长套管寿命2～3倍，经济效益显著。体积小、重量轻、易于安装、使用寿命长和成本低。

本发明牺牲阳极，由内外两种不同合金材料组合而成，充分结合两种合金阳极材料优点。在极化初期，套管需要的极化电流较大，可利用外层镁合金较高的驱动电位所产生的大电流，满足套管初始阴极极化大电流的要求，使钢铁结构快速极化，进入被保护状态。待外层镁阳极全部溶解消耗后，被保护体达到稳定极化，而这时驱动电位较低的内层铝合金阳极材料开始工作，能在小电流下维持构件的稳定极化。

本发明其特征在于采用常规的熔铸法将内外双层阳极紧密结合，电化学性能优良，复合牺牲阳极达到以下技术指标：外层镁阳极实际电容量≥1200A·h/kg、电流效率≥55％；内层铝阳极实际电容量≥2500A·h/kg、电流效率≥85％；阳极均匀溶解，腐蚀产物自动脱落，无局部腐蚀。

具体实施方式

实施例1：以一个套管外壁复合牺牲阳极为例，对本发明作进一步详细说明。