一种丛式井组阴极保护系统及双阳极井故障检测装置的制作方法

本实用新型涉及丛式井组阴极保护技术领域，特别涉及一种丛式井组阴极保护系统及双阳极井故障检测装置。

背景技术：

为适应油田外部恶劣环境，增加运行可靠性并降低成本，丛式井组阴极保护工艺采取以井组为单元，以套管为重点建立阴极保护系统。丛式井组阴极保护实现这一原理的过程是，直流电源负极与各单井套管连接，直流电源正极与深井接地阳极连接，从而构成保护回路。

随着油田开发时间的延长,丛式井组套管的腐蚀也日益严重,并且近年来还有加快的趋势，直接影响着油田的进一步开采，对油田的稳产造成了很大的威胁，同时也给油田造成了巨大的经济损失。井场分布区域广，还没有专职人员巡查管理。现有技术阳极井是裸眼完井，通过深黄土层打到崖石层见到水层为止，深度一般为150～300m。运行一段时间后井壁容易坍塌，导致阳极体及管线被埋，阳极井故障后很难修复，需要重建阳极井；阳极井的阳极本体消耗完后不能直接更换，需要重建阳极井，重建新阳极井成本比较高，而且造成一定的浪费，增加了维护成本；同时出现故障后不能及时派人去维护，给管理和维护上造成一定的滞后性，削弱了阴极保护的效果。阳极井阳极体损坏，也没有专用故障检测设备和故障检测方法。综上所述，亟需一种新的丛式井组阴极保护系统满足油田发展的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种丛式井组阴极保护系统及双阳极井故障检测装置，克服了现有技术中1：阳极井容易坍塌；2：阳极井故障后很难修复；3：没有阳极井专用故障检测设备和故障检测方法等问题。

为了解决技术问题，本实用新型的技术方案是：一种丛式井组阴极保护系统，包括远程监控装置、数字化监控柜、丛式井组和双阳极井，其中远程监控装置连接数字化监控柜，所述数字化监控柜设有直流电源，其中数字化监控柜直流电源的负极连接丛式井组，其中数字化监控柜直流电源的正极连接双阳极井，所述丛式井组和双阳极井之间的距离为100～300m。

优选的，所述丛式井组包括多个油水井，其中油水井包括油水井套管和油水井井筒，其中油水井套管设置于油水井井筒内部，所述油水井套管通过电缆连接数字化监控柜直流电源的负极。

优选的，所述远程监控装置通过光纤连接数字化监控柜，其中远程监控装置为计算机，所述计算机内部设有信息储存模块，其中信息储存模块用于储存数字化监控柜的电流、电压信息。

优选的，所述双阳极井包括排气管、独芯电缆、井筒、高硅铸铁主阳极本体、高温铝合金辅阳极本体和填包料，其中排气管和高硅铸铁主阳极本体设置于井筒内部，所述高温铝合金辅阳极本体设置于高硅铸铁主阳极本体内部，所述排气管设置于高硅铸铁主阳极本体和高温铝合金辅阳极本体上端，所述独芯电缆一端连接数字化监控柜直流电源的正极，其中独芯电缆另一端分别连接高硅铸铁主阳极本体和高温铝合金辅阳极本体，所述排气管和高硅铸铁主阳极本体与井筒之间填充有填包料。

优选的，所述井筒内壁设有多节PVC套管，其中多节PVC套管首尾依次通过密封胶固封，所述PVC套管上设有通孔，所述通孔直径为 10mm。

优选的，所述多节首尾连接PVC套管的外径规格为Φ180×6000mm，内径规格为Φ160×6000mm，所述高硅铸铁主阳极本体的外径规格为Φ120×6000mm，内径规格为Φ80×6000mm，其中高硅铸铁主阳极本体四周设有均匀透水的圆孔，其中圆孔的直径为 10mm，所述高温铝合金辅阳极本体的外径规格为Φ60×6000mm，所独芯电缆外设有电缆穿管，其中独芯电缆的绝缘层的材质为 PVDF/HMW-PE，所述独芯电缆的截面积为16～25mm²。

优选的，所述排气管的外径规格Φ25×6000mm，其中排气管四周设有通气孔，所述通气孔的直径小于填包料的粒径。

优选的，一种如上所述的丛式井组阴极保护系统的双阳极井故障检测装置，所述故障检测装置包括充电开关、数字电压表、工作开关、磁力保护器、数字电流表和24V蓄电瓶，所述充电开关一端电连接24V 蓄电瓶正极，其中充电开关另一端电连接数字电压表的正极，所述数字电压表的负极电连接24V蓄电瓶负极，所述工作开关一端电连接 24V蓄电瓶正极，其中工作开关另一端电连接磁力保护器，所述磁力保护器的另一端电连接数字电流表的正极，其中数字电流表的负极电连接双阳极井，所述双阳极井通过接地极再和24V蓄电瓶负极电连接，所述24V蓄电瓶两端分别接入220V市电。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型实现了丛式井组阴极保护和双阳极井故障检测方法，当使用故障检测装置检测双阳极井的保护电位不能达到要求时，可通过排气管和独芯电缆一同将旧双阳极本体拔出，再下放新的双阳极本体、独芯电缆及排气管，使系统正常工作，达到重复利用阳极地床的目的，避免了重复打井的工作，且更换简单，工期短，井筒牢固不易坍塌，填补了油水井套管的阴极保护空白期，延长了双阳极井使用寿命，节约了重新打双阳极井费用，经济效益明显，同时也有利于井场环境保护，实现和吻合了油田发展的需求；

(2)本实用新型为双阳极井，其中高温铝合金辅阳极本体设置于高硅铸铁主阳极本体内部，所述高硅铸铁主阳极本体接地电阻小、输出电流大、电流分配均匀、保护距离长、使用寿命长；所述高温铝合金辅阳极本体不消耗、电流输出大、体积小、重量轻；

(3)本实用新型双阳极井故障检测方法性能可靠、方法独特，检测准确、快速，并且设计简单、易操作。

附图说明

图1、本实用新型一种丛式井组阴极保护系统结构示意图；

图2、本实用新型双阳极井故障检测装置电路示意图。

附图标记说明：

1-远程监控装置，2-数字化监控柜，3-光纤，4-电缆，5-油水井套管，6-油水井井筒，7-排气管，8-独芯电缆，9-井筒，10-高硅铸铁主阳极本体，11-高温铝合金辅阳极本体，12-填包料，13-充电开关，14- 数字电压表，15-工作开关，16-磁力保护器，17-数字电流表，18-双阳极井。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，本实用新型一种丛式井组阴极保护系统，包括远程监控装置1、数字化监控柜2、丛式井组和双阳极井18，其中远程监控装置1连接数字化监控柜2，所述数字化监控柜2设有直流电源，其中数字化监控柜2直流电源的负极连接丛式井组，其中数字化监控柜2 直流电源的正极连接双阳极井18，所述丛式井组和双阳极井18之间的距离为100～300m。

实施例2

如图1所示，本实用新型一种丛式井组阴极保护系统，包括远程监控装置1、数字化监控柜2、丛式井组和双阳极井18，其中远程监控装置1连接数字化监控柜2，所述数字化监控柜2设有直流电源，其中数字化监控柜2直流电源的负极连接丛式井组，其中数字化监控柜2 直流电源的正极连接双阳极井18，所述丛式井组和双阳极井18之间的距离为100～300m。

如图1所示，优选的，所述丛式井组包括多个油水井，其中油水井包括油水井套管5和油水井井筒6，其中油水井套管5设置于油水井井筒6内部，所述油水井套管5通过电缆4连接数字化监控柜2直流电源的负极。

如图1所示，优选的，所述远程监控装置1通过光纤3连接数字化监控柜2，其中远程监控装置1为计算机，所述计算机内部设有信息储存模块，其中信息储存模块用于储存数字化监控柜2的电流、电压信息。

实施例3

如图1所示，本实用新型一种丛式井组阴极保护系统，包括远程监控装置1、数字化监控柜2、丛式井组和双阳极井18，其中远程监控装置1连接数字化监控柜2，所述数字化监控柜2设有直流电源，其中数字化监控柜2直流电源的负极连接丛式井组，其中数字化监控柜2 直流电源的正极连接双阳极井18，所述丛式井组和双阳极井18之间的距离为100～300m。

如图1所示，优选的，所述丛式井组包括多个油水井，其中油水井包括油水井套管5和油水井井筒6，其中油水井套管5设置于油水井井筒6内部，所述油水井套管5通过电缆4连接数字化监控柜2直流电源的负极。

如图1所示，优选的，所述远程监控装置1通过光纤3连接数字化监控柜2，其中远程监控装置1为计算机，所述计算机内部设有信息储存模块，其中信息储存模块用于储存数字化监控柜2的电流、电压信息。

如图1所示，优选的，所述双阳极井18包括排气管7、独芯电缆8、井筒9、高硅铸铁主阳极本体10、高温铝合金辅阳极本体11和填包料 12，其中排气管7和高硅铸铁主阳极本体10设置于井筒9内部，所述高温铝合金辅阳极本体11设置于高硅铸铁主阳极本体10内部，所述排气管7设置于高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体11上端，所述独芯电缆8一端连接数字化监控柜2直流电源的正极，其中独芯电缆8另一端分别连接高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体 11，所述排气管7和高硅铸铁主阳极本体10与井筒9之间填充有填包料 12。

实施例4

如图1所示，本实用新型一种丛式井组阴极保护系统，包括远程监控装置1、数字化监控柜2、丛式井组和双阳极井18，其中远程监控装置1连接数字化监控柜2，所述数字化监控柜2设有直流电源，其中数字化监控柜2直流电源的负极连接丛式井组，其中数字化监控柜2 直流电源的正极连接双阳极井18，所述丛式井组和双阳极井18之间的距离为100～300m。

如图1所示，优选的，所述丛式井组包括多个油水井，其中油水井包括油水井套管5和油水井井筒6，其中油水井套管5设置于油水井井筒6内部，所述油水井套管5通过电缆4连接数字化监控柜2直流电源的负极。

如图1所示，优选的，所述远程监控装置1通过光纤3连接数字化监控柜2，其中远程监控装置1为计算机，所述计算机内部设有信息储存模块，其中信息储存模块用于储存数字化监控柜2的电流、电压信息。

如图1所示，优选的，所述双阳极井18包括排气管7、独芯电缆8、井筒9、高硅铸铁主阳极本体10、高温铝合金辅阳极本体11和填包料 12，其中排气管7和高硅铸铁主阳极本体10设置于井筒9内部，所述高温铝合金辅阳极本体11设置于高硅铸铁主阳极本体10内部，所述排气管7设置于高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体11上端，所述独芯电缆8一端连接数字化监控柜2直流电源的正极，其中独芯电缆8另一端分别连接高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体 11，所述排气管7和高硅铸铁主阳极本体10与井筒9之间填充有填包料 12。

如图1所示，优选的，所述井筒9内壁设有多节PVC套管，其中多节PVC套管首尾依次通过密封胶固封，所述PVC套管上设有通孔，所述通孔直径为10mm。

优选的，所述多节首尾连接PVC套管的外径规格为Φ180×6000mm，内径规格为Φ160×6000mm，所述高硅铸铁主阳极本体10的外径规格为Φ120×6000mm，内径规格为Φ80×6000mm，其中高硅铸铁主阳极本体10四周设有均匀透水的圆孔，其中圆孔的直径为10mm，所述高温铝合金辅阳极本体11的外径规格为Φ60×6000mm，所独芯电缆8外设有电缆穿管，其中独芯电缆8的绝缘层的材质为 PVDF/HMW-PE，所述独芯电缆8的截面积为16～25mm²。

优选的，所述排气管7的外径规格Φ25×6000mm，其中排气管7 四周设有通气孔，所述通气孔的直径小于填包料12的粒径。

实施例5

如图1所示，本实用新型一种丛式井组阴极保护系统，包括远程监控装置1、数字化监控柜2、丛式井组和双阳极井18，其中远程监控装置1连接数字化监控柜2，所述数字化监控柜2设有直流电源，其中数字化监控柜2直流电源的负极连接丛式井组，其中数字化监控柜2 直流电源的正极连接双阳极井18，所述丛式井组和双阳极井18之间的距离为100～300m。

所述数字化监控柜2直流电源主要由安装双回路可调式并联开关电源组成的供电系统和远程控制终端RTU模块组成，输出电压 DC0～60V，最大电流100A,可为20个油水井套管5提供4～5A电流进行阴极保护，远程控制终端RTU模块是将CPU、模拟量输入、开关量输入、开关量输出、通讯口等高度集成，作用将阴极保护的数据都映射到RTU中，然后通过RTU打包将数据上传。数字化监控柜2 的控制中心主要由工程师、数据服务器、WEB服务器和操作员组成，实现阴极保护工况远程在线监测、数据存储、网络发布和远程启停阴极保护单元工作等工作，专网光纤上网速度快，抗干扰性能强。

数字化监控柜主要技术参数：

1)工作环境：-20～+60℃，相对湿度≤85％；

2)工作电源：AC220V±10％,50Hz；

3)数字显示：四位0.36英寸数码管，最大显示0～9999；

4)显示精度：±0.5％；

5)输出最大直流电压：0～60VDC；

6)输出直流电压精度：±1％；

7)输出额定电流：100A；

8)输出过功率保护：110％～130％。

如图1所示，优选的，所述丛式井组包括多个油水井，其中油水井包括油水井套管5和油水井井筒6，其中油水井套管5设置于油水井井筒6内部，所述油水井套管5通过电缆4连接数字化监控柜2直流电源的负极。

如图1所示，优选的，所述远程监控装置1通过光纤3连接数字化监控柜2，其中远程监控装置1为计算机，所述计算机内部设有信息储存模块，其中信息储存模块用于储存数字化监控柜2的电流、电压信息。远程监控装置1实现了丛式井组远程监控，可便于及时维护和全面监控。

所述数字化监控柜2上设置的监控表就地显示出控制直流电压和电流，并通过标准RS485接口将采集数据上传RTU模块，RTU模块再将上传数据和启停信号通过无线方式传输到井场远程监控装置1，远程监控装置1将电流、电压信息储存在信息储存模块，实现远程监控阴极保护工况。

如图1所示，优选的，所述双阳极井18包括排气管7、独芯电缆8、井筒9、高硅铸铁主阳极本体10、高温铝合金辅阳极本体11和填包料 12，其中排气管7和高硅铸铁主阳极本体10设置于井筒9内部，所述高温铝合金辅阳极本体11设置于高硅铸铁主阳极本体10内部，所述排气管7设置于高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体11上端，所述独芯电缆8一端连接数字化监控柜2直流电源的正极，其中独芯电缆8另一端分别连接高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体 11，所述排气管7和高硅铸铁主阳极本体10与井筒9之间填充有填包料 12。

所述填包料12的作用是为了使电流输出尽量保持稳定和降低阳极接地电阻，其中填包料主要由硫酸钙、膨润土和硫酸钠混合而成。

如图1所示，优选的，所述井筒9内壁设有多节PVC套管，其中多节PVC套管首尾依次通过密封胶固封，所述PVC套管上设有通孔，所述通孔直径为10mm。

优选的，所述多节首尾连接PVC套管的外径规格为Φ180×6000mm，内径规格为Φ160×6000mm，所述高硅铸铁主阳极本体10的外径规格为Φ120×6000mm，内径规格为Φ80×6000mm，其中高硅铸铁主阳极本体10四周设有均匀透水的圆孔，其中圆孔的直径为10mm，所述高温铝合金辅阳极本体11的外径规格为Φ60×6000mm，所独芯电缆8外设有电缆穿管，其中独芯电缆8的绝缘层的材质为 PVDF/HMW-PE，所述独芯电缆8的截面积为16～25mm²。

所述高硅铸铁主阳极本体10四周设置的圆孔便于地层给内装所述高温铝合金辅阳极本体11供水，高硅铸铁主阳极本体10具有接地电阻小、输出电流大、电流分配均匀、保护距离长、使用寿命长的优点，可用吸水强材料软布缠绕在高硅铸铁主阳极本体10外壁周围，便于长期充分均匀供水，其中高硅铸铁主阳极本体10由高硅铸铁制成，其中高硅铸铁含硅14.5％，硅含量较高。

所述的高温铝合金辅阳极本11体筒状外径规格是Φ60×1500，设计在高硅铸铁主阳极本体10内部，为了便于安装，保证质量，4个高温铝合金辅阳极本体10串为一组，并固定在一根电缆上，总长度为6000mm，外部缠绕有吸水极强材料，高硅铸铁主阳极本体10在 50～80℃高温水介质中能均匀地活化溶解且电化学性能优良，发出电流的自调节能力强，填补了国内在高温牺牲阳极领域的空白，对于油水井套管在高温环境中的腐蚀保护和延长使用寿命、减少腐蚀造成的损失和提高经济效益都将产生显著的效果，高温铝合金辅阳极本体 11具有不消耗、电流输出大、体积小、重量轻的优点，所述高温铝合金辅阳极本11由铝合金制成，其中铝合金具有耐高温作用。

优选的，所述排气管7的外径规格Φ25×6000mm，其中排气管7 四周设有通气孔，所述通气孔的直径小于填包料12的粒径。所述排气管7除了可以排除气体、减小气阻外，还可以用来散发热量、回注水，排气管7选用PVC管，两头配有专用丝扣便于连接，排气管7 上的通气孔小于填包料粒径，以防止被填包料或淤泥堵塞。

所述的井筒9外填料，采用不导电填料，可减小阴极保护电流在近地表处释放，通常用砾石、粗砂回填。

在确定双阳极井18的直径时,应充分考虑到排气管7(Φ25mm) 及8～10mm²独芯电缆8将占据相当的空间，双阳极井18的直径选Φ210mm，应对阳极本体的安装进行严格控制,输出电流较大时应增大双阳极井18的直径，PVC套管不仅为双阳极井18提供支撑作用，而且方便阳极本体安装和抽出，同时可以限制阴极保护电流从近地表释放。

如图2所示，优选的，所述双阳极井故障检测方法包括故障检测装置，其中故障检测装置包括充电开关13、数字电压表14、工作开关15、磁力保护器16、数字电流表17和24V蓄电瓶，所述充电开关13一端电连接24V蓄电瓶正极，其中充电开关13另一端电连接数字电压表14的正极，所述数字电压表14的负极电连接24V蓄电瓶负极，所述工作开关15一端电连接24V蓄电瓶正极，其中工作开关15另一端电连接磁力保护器16，所述磁力保护器16的另一端电连接数字电流表17的正极，其中数字电流表17的负极电连接双阳极井18，所述双阳极井18通过接地极再和24V蓄电瓶负极电连接，所述24V蓄电瓶两端分别接入220V市电。

如图2所示，优选的，一种丛式井组阴极保护系统的双阳极井故障检测方法，包括以下步骤：

步骤1)将故障检测装置按照顺序与双阳极井18连接，其中故障检测装置工作直流电压设为24V；

步骤2)当双阳极井18出现故障时，将双阳极井18的独芯电缆 8接入数字电流表17正极上，24V蓄电瓶负极与双阳极井18接地极相连，并且合上充电开关13和工作开关15；

步骤3)调节磁力保护器16电阻值，如果无电压或无电流，则独芯电缆8断开或损坏，如果电流不变，则双阳极井18消耗完全；

步骤4)当数字电压表14显示电压值低于20V，需给24V蓄电瓶充电，充电时，断开充电开关13和工作开关15，当充电电压达到 26V时，充电过程完成；

步骤5)当双阳极井18检测完成后，断开充电开关13、工作开关15和220V市电，避免浪费24V蓄电瓶的电能。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型数字化监控柜2直流电源的负极通过电缆4连接丛式井组的油水井套管5，其中数字化监控柜2直流电源的正极通过独芯电缆8连接双阳极井18的高硅铸铁主阳极本体10和高温铝合金辅阳极本体11，从而构成阴极保护回路，这样就可以将油水井套管5进行阴极保护，所述高温铝合金辅阳极本体11设计在高硅铸铁主阳极本体10内部，高温铝合金辅阳极本体11作为备用阳极本体，一主一备工作，运行初期高硅铸铁主阳极本体10工作，当高硅铸铁主阳极本体10释放能力衰减到不能满足系统运行要求时，再接入高温铝合金辅阳极本体11工作，当出现故障时保护电位不能达到要求，可通过排气管7和独芯电缆8一同将旧阳极本体拔出，方便再下放新的阳极本体、独芯电缆8及排气管7，使系统正常工作，达到重复利用阳极地床的目的，其中一主一备两个阳极本体的引出线与独芯电缆8并联相连，当双阳极井阳极主副本体体损坏时，可以通过故障检测设备检测出主副阳极本体的故障原因。

所述双阳极井故障检测装置工作时：不接入市电220V，合上充电开关13和工作开关15，24V蓄电瓶正极经过工作开关15电连接磁力保护器16一端，磁力保护器16另一端和数字电流表17正极连接，数字电流表17负极和双阳极井18连接，双阳极井18通过接地极再和24V蓄电瓶负极连接构成工作电路；另一方面24V蓄电瓶正极经过充电开关13和数字电压表14正极连接，数字电压表14另一端负极和24V蓄电瓶负极连接，数字电压表14工作时能监视故障检测装置工作电压，数字电流表17能监视回路工作电流，当双阳极井 18出现断路或短路故障时，数字电流表17显示的电流值和双阳极井 18不出现故障时电流值是不一样的，从而能判断出双阳极井故障。

所述双阳极井故障检测装置不工作充电时：接入市电220V，打开充电开关13和工作开关15，市电220V相线经过充电器和24V蓄电瓶正极连接，市电220V零线和24V蓄电瓶负极连接，构成给24V 蓄电瓶充电回路。充完电后，合上充电开关13，用数字电压表14可以监测充电压大小，充电电压过高会影响蓄电瓶的寿命，充电电压过低，影响工作电路。

本实用新型实现了丛式井组阴极保护和双阳极井故障检测方法，当使用故障检测装置检测双阳极井的保护电位不能达到要求时，可通过排气管和独芯电缆一同将旧双阳极本体拔出，再下放新的双阳极本体、独芯电缆及排气管，使系统正常工作，达到重复利用阳极地床的目的，避免了重复打井的工作，且更换简单，工期短，填补了油水井套管的阴极保护空白期，延长了双阳极井使用寿命，节约了重新打双阳极井费用，经济效益明显，同时也有利于井场环境保护，实现和吻合了油田发展的需求。

本实用新型为双阳极井，其中高温铝合金辅阳极本体设置于高硅铸铁主阳极本体内部，所述高硅铸铁主阳极本体接地电阻小、输出电流大、电流分配均匀、保护距离长、使用寿命长；所述高温铝合金辅阳极本体不消耗、电流输出大、体积小、重量轻；本实用新型双阳极井故障检测方法性能可靠、方法独特，检测准确、快速，并且设计简单、易操作。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。