[发明专利]用于海底井组件的阴极保护的系统和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及海底石油开采(oil production)和气体开采(gas production)，且特别涉及用于保护海底井组件不受到使用电荷的盐水腐蚀作用的设备和方法。

背景技术

海底井开采系统的部件、包括相关的开采井口、采油树(tree)和歧管通常由钢建成，这需要保护以防止海水腐蚀。牺牲阴极保护经常被用来保护钢部件。为了进行阴极保护，铝或锌牺牲阳极附连到井部件，并且阳极腐蚀以便产生保护钢不被腐蚀的电流。

海水中的腐蚀是电化学过程。在金属与环境的化学反应形成腐蚀产物(例如钢上的锈)期间，金属原子释放一个或多个电子来成为带正电荷的离子，并且氧气和水结合来形成带负电荷的离子。该反应以导致没有电荷积聚的速率发生。通过其它反应消耗由金属原子释放的所有的电子。阴极保护是通过形成电场以便电流流入金属来防止腐蚀反应的过程。这通过在表面建立电势梯度来防止金属离子的形成，该电势梯度抵制由离开金属表面(作为腐蚀产物)的带电离子的流动所产生的电流。电场必须具有对抗由腐蚀反应产生的场的强度来确保不形成金属离子。抵制腐蚀反应的电场的来源可以是由环境中具有不同的电化学性能的金属阳极的优先腐蚀所供应的电流，并且该金属阳极相比离岸结构与该环境具有更强的阳极反应。因此，电流从阳极流向该结构，这本身比结构优先地逐步侵蚀。该技术被称为牺牲阳极的阴极保护。

虽然牺牲阳极的阴极保护对于防止井开采系统腐蚀是运转良好的，被动系统存在一些问题。系统中使用的阳极必须适当地安置并且遍及井开采系统分布(即，在采油树(Christmas tree)的各种部件上)来确保通过电化学反应引发适当的电场。这些阳极的添加大大增加了采油树结构的重量。而且，阳极通常不能在井的寿命期间操作，该寿命在开采上可以是50年或以上。最后，电流会影响牺牲系统的功效。因此，必须监测阳极的状态且失效的阳极必须定期更换，这由于阳极的位置从而是困难的。

发明内容

本文公开了海底井组件；其中在示例实施例中该海底井组件包括附连到电源的脐带缆。电源可以在平台上。还包括连接器，其用于将该脐带缆连接到对于海底井组件所包含的收容部，以及向海底井组件输送电力和控制信号的海底控制模块。外加电流保护模块集成在海底控制模块中，该海底控制模块接收来自脐带缆的电力。在另一个实施例中，海底控制模块进一步包括具有设置在其中的电感器的电力组；该电力组从脐带缆接收交流电流信号并向海底控制模块中的部件输送电力。在备选实施例中，关于海底控制模块，还包括海底电子模块，其由电力组提供电力。海底电子模块监测井口组件中的各种测量，其包括各种液压线路的温度和压力，并且致动定向控制阀以控制通过井组件的线路和阀的液压流体的流量并且向外加电流保护模块输送电力。然而进一步可选择地，海底控制模块进一步包括连接到定向控制阀和泵的流体容器。在示例实施例中该流体容器向井口组件供应液压流体且包括出口线路和返回线路。阳极可以由锌制成。备选地，进一步包括沿海床分布的多个阳极。在一个可选实施例中，外加电流保护模块还包括连接到阳极的正极端子和连接到井口组件的负极端子。可选地，该负极端子可以连接到海底控制模块的外壳。在再另一个备选实施例中，外加电流保护模块包括用于调节输送到阳极的电力的变压器，以及用于将来自该变压器的AC电压转换成DC电压用于输送给阳极的AC-DC转换器。

附图说明

因此，可更详细地理解将清楚表现本发明的特征和优势以及其它方面所采用的方式，可通过参考其实施例(其在形成本说明书的一部分的附图中说明)来提供上文简要概括的本发明的更具体的说明。然而，要注意，图只图示本发明的各种实施例并且因此不视为限制本发明的范围，因为本发明也可包括其他有效的实施例。

图1是根据本发明的实施例采用外加电流保护系统的海底井开采系统的示意框图。

图2是海底控制模块的框图，该海底控制模块根据本发明的实施例包括外加电流保护系统。

图3是根据本发明的实施例的外加电流保护系统的框图。

具体实施方式

本发明现在将参考附图(其中示出本发明的实施例)在下文更充分地描述。然而，本发明可以许多不同形式体现并且不应解释为受到本文阐述的图示实施例的限制；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。相似的数字始终代表相似的部件。