способ выполнения анодного заземления

Формула изобретения

Способ выполнения анодного заземления подземного сооружения, включающий бурение скважины преимущественно горизонтально, вдоль подземного сооружения с выходом на дневную поверхность с обоих концов скважины, обсадку скважины и протягивание в нее электродов с установкой их в горизонтальной части скважины, заполнение скважины электропроводящим материалом, отличающийся тем, что определяют уровень грунтовых вод и глубину промерзания грунта вдоль защищаемого подземного сооружения, при этом горизонтальную часть скважины располагают ниже уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунта, скважину обсаживают перфорированными неметаллическими трубами или электропроводными трубами из композиционного материала, а электроды подключают к кабелям, выходящим на дневную поверхность с обоих концов скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимической защите от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтегазовой и энергетической отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления.

Известно устройство горизонтального анодного заземления, включающее траншею, которую выполняют вдоль защищаемого сооружения, электроды анодного заземления, размещенные в траншее, контрольно-измерительные колонки для контроля эффективности электрохимической защиты, кабели для соединения электродов и токопроводящий раствор, покрывающий электроды (патент РФ № 2407824, опубл. 27.12.2010 г.).

К недостаткам способа относят трудоемкость выполнения заземления и его ремонта при наличии рядом с защищаемой конструкцией сторонних подземных трубопроводов, дорог с твердым покрытием, подземных линий связи, силовых кабелей, например на территории промышленных площадок компрессорных и насосных станций.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ выполнения анодного заземления, заключающийся в бурении преимущественно вертикальной скважины, опускании в скважину под собственным весом электродов и заполнении скважины от забоя до устья токопроводящим неметаллическим материалом (патент РФ № 2394942, опубл. 20.07.2010 г.).

К недостаткам относятся:

- низкая эффективность анодного заземления в случае горизонтального чередования пластов грунта с различными электрическими характеристиками (удельным электрическим сопротивлением);

- неравномерное распределение защитного потенциала вдоль защищаемого сооружения;

- высокая электрическая мощность источников постоянного тока, требуемых для осуществления электрохимической защиты, вследствие значительного расстояния от анодного заземления до объекта защиты (например, для магистральных нефтегазопроводов расстояние составляет 500-700 м);

- существование риска заклинивания и «складывания» электродов в скважине при их опускании под собственным весом, что в последующем существенно снижает эффективность работы заземления;

- невысокая надежность анодного заземления, обусловленная тем, что все подключающие кабели вводят только с одной стороны скважины (со стороны устья).

В поставленном изобретении решается задача повышения эффективности и надежности анодного заземления, а также повышения его ремонтопригодности.

Поставленная задача решается тем, что в способе выполнения анодного заземления подземного сооружения, включающем бурение скважины преимущественно горизонтально, вдоль подземного сооружения с выходом на дневную поверхность с обоих концов скважины, обсадку скважины и протягивание в нее электродов с установкой их в горизонтальной части скважины, заполнение скважины электропроводящим материалом, определяют уровень грунтовых вод и глубину промерзания грунта вдоль подземного сооружения, при этом горизонтальную часть скважины располагают ниже уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунта, скважину обсаживают перфорированными неметаллическими трубами или электропроводными трубами из композиционного материала, а электроды подключают к кабелям, выходящим на дневную поверхность с обоих концов скважины.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором схематически изображена конструкция анодного заземления для электрохимической защиты сооружения 1, выполненное в виде горизонтально расположенной скважины 2, основная часть которой находится ниже уровня грунтовых вод 3 и уровня промерзания грунта 4, имеющей два выхода на дневную поверхность 5, установленных в скважине неметаллических перфорированных труб 6, электродов 7, кабелей 8.

Способ выполнения анодного заземления осуществляют следующим образом.

Выполняют анализ гидрогеологических характеристик грунта вдоль защищаемого сооружения 1. Методом наклонно-направленного либо горизонтально-направленного бурения бурят скважину 2, которая на участке действия анодного заземления параллельна защищаемому сооружению 1 и проходит ниже уровня грунтовых вод 3 и уровня промерзания грунта 4, в этом случае часть скважины, в которой расположены электроды, постоянно находится в электропроводящем слое грунта, чем обеспечивается эффективность работы анодного заземления. Оба конца скважины выходят на дневную поверхность 5.

В пробуренной скважине устанавливают перфорированные неметаллические трубы либо трубы из электропроводящего композита 6, внутрь которых при помощи троса протягивают электроды 7. В случае применения перфорированных труб грунтовая вода затекает в трубы, при применении электропроводных герметичных труб внутрь закачивают электропроводящий раствор.

Электроды 7 подключают кабелями 8 к системе электрохимической защиты, при этом кабели выводят с обоих концов скважины 2, что снижает падение напряжения в кабелях и повышает надежность заземления.

Данным способом целесообразно выполнять анодные заземления для электрохимической защиты подземных сооружений, например трубопроводов, под руслами рек или других водных преград, а также на территориях компрессорных или насосных станций в условиях наличия рядом с защищаемым сооружением дорог, подземных кабелей, сторонних трубопроводов, линий связи.

В случае необходимости ремонта анодного заземления электроды с подключающими кабелями извлекают из скважины и устанавливают новые.

Пример 1

Участок подземного технологического трубопровода газа 1 протяженностью 100 м, расположенный на территории промышленной площадки компрессорной станции, имеет высокий риск развития коррозии вследствие недостаточно эффективно действующих глубинных заземлений катодной защиты в связи с их удалением от защищаемого трубопровода и экранированием другими защищаемыми коммуникациями, а также контурами защитных заземлений и фундаментами.

По проектной документации определяют, что глубина заложения трубопровода до его оси на участке составляет 2,0-2,5 м. Глубина промерзания грунта - 2,2 м, уровень грунтовых вод 2,0-4,0 м.

При помощи оборудования для наклонно-направленного бурения (на фиг. не показано) бурят скважину 2 диаметром 168 мм, которая проходит горизонтально на глубине 5,0 м, что ниже уровня грунтовых вод 3 и уровня промерзания грунта 4. Скважину располагают параллельно (в проекции) защищаемому участку газопровода 1 таким образом, чтобы горизонтальный участок составлял около 100 м и располагался рядом с защищаемым трубопроводом 1. Второй конец скважины (забой) выходит на дневную поверхность 5. Общая длина скважины - 140 м.

В скважину 2 на всю ее длину протягивают полиэтиленовые трубы 6 внешним диаметром 120 мм. Трубы имеют перфорацию в виде отверстий диаметром 8 мм в количестве 10-20 шт./дм² (на фиг. не показано).

В трубы 6 протягивают магнетитовые электроды 7, соединенные в гирлянду протяженностью 100 м и устанавливают гирлянду электродов на горизонтальном участке скважины 2. Электроды 7 подключены к кабелям 8, выходящим на дневную поверхность 5 из обоих концов скважины 2. Кабели 8, выходящие на поверхность 5, подключают к установке катодной защиты (далее - УКЗ) (на фиг. не показано).

В трубу 6 закачивают электропроводный буровой раствор из бентонитовой глины (на фиг. не показано), применяемый для бурения скважины 2.

Пример 2

Участок магистрального газопровода 1 пересекает реку (на фиг. не показано) шириной 600 м и глубиной до десяти метров. На берегах расположены УКЗ (на фиг. не показано). Методом катодной поляризации участка трубопровода, а также при помощи бесконтактного измерителя тока, например БИТА-01, определено, что на трубопроводе под рекой имеются повреждения изоляционного покрытия газопровода значительных размеров, что делает неэффективной катодную защиту, осуществляемую глубинными анодами, расположенными на берегах реки, на участке газопровода и имеются протяженные участки с защитными потенциалами ниже минимально допустимых (по модулю) по ГОСТ Р 51164-98*. Увеличение режимов работы УКЗ приводит к превышению максимально допустимых защитных потенциалов по ГОСТ Р 51164-98 в районе точки дренажа, при этом защитный потенциал на водном переходе не достигает требуемых значений. Выполнить ремонт изоляции не представляется возможным. Требуется установка дополнительного анодного заземления установки катодной защиты вдоль трубопровода на водном переходе.

По проектной документации определяют глубину заложения трубопровода, тип и характеристики грунтов, уровень грунтовых вод в районе перехода и под ним. При помощи оборудования для наклонно-направленного бурения (на фиг. не показано) бурят скважину 2 диаметром 168 мм, которая проходит на глубине заложения нижней образующей трубопровода 1 и выходит за 400 м от уреза воды (на фиг. не показано) в каждую сторону. В скважину 2 протягивают трубы 6 внешним диаметром 120 мм из электропроводного композиционного материала на основе сополимера этилена с винилацетатом ЭПК-7.

В трубы 6 протягивают протяженный гибкий анод (электрод) 7 типа ПВЕК по ТУ 3435-005-97598003-2011 длиной 600 м с кабелями 8, выходящими на дневную поверхность 5 из обоих концов скважины 2, и подключают их к установкам катодной защиты (на фиг. не показано), расположенным на берегах. Гибкий анод устанавливают на участке скважины, проходящем под руслом реки.

В трубу 6 закачивают электропроводный буровой раствор из бентонитовой глины (на фиг. не показано), применяемый для бурения скважины 2.