钻井平台牺牲阳极阴极保护案例_2020
在役海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护数值模拟
效果、阳极输出电流均匀性和相对较少的施工量等特点，可为在役海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护设计提
供参考。
关键词：桩基平台；牺牲阳极；阴极保护；接水电阻；电位分布；数值模拟
中图分类号：TG174.4
文献标识码：A
文章编号：1672-9242(2021)01-0110-09
DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2021.01.017
的海水和海水/海泥交界面附近主桩和隔水管的保护上，随着阳极由 5 支组合阳极方案、3 支组合阳极方案
到单支阳极方案转变，牺牲阳极输出总电流由 110 A 增加到 133 A，其对主桩和隔水管的保护效果越好，即
保护电位越负，且保护距离增加。其中对主桩在海泥中的保护距离由 5~8 m 增加到 5~10 m，对隔水管在海
ZHOU Bing1,2, ZHAO Yu-fei1,2, ZHANG Ying-ying1,2, HAN Wen-li1,2, WANG Shun3, DONG Liang4
(1. CNPC Engineering Technology Research Co., Ltd, Tianjin 300451, China; 2.Key Laboratory of CNPC Tubular Goods Engineering, Tianjin 300451, China; 3. Engineering & Design Institute of CPOE, Beijing 100028, China;
摘要：目的 分析海洋桩基平台所在浅海区域牺牲阳极接地电阻和不同牺牲阳极方案的保护效果及施工量，
为海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护设计提供指导。方法 利用 BEASY CP 数值模拟软件，对桩基平台牺牲阳
牺牲阳极阴极保护设计说明
牺牲阳极施工图设计说明（五）阴极保护1.主要设计及施工规范《钢质管道外腐蚀控制规范》GB/T21447-2018《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448-2017《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》GB/T21246-20202.设计概况本工程对消耗油库至外场供油干管和回油干管进行牺牲阳极阴极保护。
供油干管与回油干管平行敷设，采用联合阴极保护方式，被保护管道两端设绝缘接头。
被保护管道相关数据见下表：序号名称材质管径（外径X壁厚）（mm）长度（m）防腐层备注1供油干管20＃377X1216003PE加强级2回油干管20＃219X816003PE加强级3.设计参数土壤电阻率：30Ω·m覆盖层电阻率：≥10000Ω·m2设计使用年限：20年管道最小保护电流密度：0.05mA/m2管道自然电位：-0.55V（CSE）管道最小保护电位：-0.85V（CSE）4.设计内容及技术参数4.1本工程设5组镁合金牺牲阳极，每组设3支阳极块，每组间距400米。
4.2设测试桩5组，与牺牲阳极结合设置。
5.材料的选用及技术要求5.1本工程选用镁合金牺牲阳极，牌号:AZ63B，质量符合《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015中的要求。
阳极形状选用梯形。
牺牲阳极应具有完整的质量证明文件，阳极上应标记材料类型，阳极质量和炉号。
阳极电化学性能、规格尺寸如下表：牌号开路电位V（CSE）工作电位V（CSE）实际消耗率Kg/（A·a）重量（Kg）尺寸（mm）备注AZ63B-1.57～-1.60-1.52～-1.577.511700X（110+90）X885.2牺牲阳极填包料由石膏粉、膨润土和工艺硫酸钠组成，它们的质量百分比为75：20：5。
填包料预包装，袋子应采用麻袋或棉质布袋，不应采用化纤类包装袋。
填料厚度应均匀密实，各个方向填料厚度不小于200mm。
阴极保护牺牲阳极表面处理
阴极保护工程牺牲阳极表面处理保养方法
1.研磨和粗抛光
研磨和粗抛光——就是采用砂布带、砂布轮、旋转铣等对其进行清理。
2.干砂喷丸清理
干砂喷丸清理——该方法是用于镁合金铸件清理的最常用方法之一，一般企业会选择硅砂、钢砂、玻璃球或切丝锌丸、铝丸等进行喷砂。
3.盘或研磨
盘或研磨——该情节方法主要是用来情节镁合金压铸件表面的压铸润滑油和其他表面污染物，通常与去污剂结合使用。
4.钢丝刷
钢丝刷——钢丝刷可清洁镁合金板的中间和电弧焊或电阻焊前去除氧化物。
为了确保钢丝刷的清洁效果吗，压力的大小应该适当，以提高阳极质量。
表面处理图
河南邦信阴极保护工程公司拥有专业阴极保护施工团队，长期进行埋地管道、储油罐、地埋储罐、电厂接地网、循环水管道、油水分离器、轮船、码头钢管桩、钻井平台等阴极保护工程的安装施工。
通过实战经验总结的一些合金牺牲阳极表面去除污垢的处理办法。
各材质牺牲阳极材料的比较和分析_2020
牲阳极材料的比较和分析1.1牺牲阳极牺牲阳极保护法是指在腐蚀介质中，当牺牲阳极与被保护金属形成电性连接后，作为牺牲阳极金属靠自身溶解释放出的电流使被保护的金属构件——阴极极化到保护电位而实现金属防蚀方法。
采用牺牲阳极进行阴极保护时，其效果与阳极材料自身的性能有着直接关系。
牺牲阳极材料应具备以下性能：①具有足够负的电位;②工作中阳极极化率小，溶解均匀，产物可自动脱落;③具有较高的电流效率;④电化学当量高;⑤腐蚀产物无毒，不污染环境;⑥价格便宜，来源方便，易于加工。
目前工程上常用的牺牲阳极材料有镁基合金、锌基合金和铝基合金3种。
因材料的成分和电化学性能不同，应用环境也有所不同。
2.1.1镁基牺牲阳极由于镁具有较高的化学活性，且电极电位较负(标准电极电位为一2.37V)，在水中镁表面微观腐蚀电位驱动力大，保护膜易溶解。
因此，适于用做高电阻率的淡水、低盐度水以及电阻率为20～100Q·m的土壤的阴极保护材料。
另外，由于镁的腐蚀产物无毒，还可用于生活水设施的阴极保护。
纯镁阳极由于电流效率低(仅为30%)，使用寿命短，目前已很少使用。
通常在镁中加入适量A1，zn和Mn等元素，可使镁基阳极的电化学性能得到改善。
如镁基合金牺牲阳极的电流效可达55%左右，但远低于锌基和铝基合金。
国外开发出Mg—Mn系合金阳极，其电流效率达到62.36%。
2.1.2锌基牺牲阳极锌的密度大，理论发生电量小，标准电极电位为一0.762V，在腐蚀性介质中，对铁的驱动电位较低(约为0。
2V)。
但是电流效率较高，一般为95%。
锌基阳极在高温下易极化，通常用于常温下的海水和电阻率较低的土壤中。
由于锌基合金阳极在使用中不发生析氢反应，碰撞到钢构件时不会诱发火花，故是唯一可用做油罐、油舱保护的牺牲阳极材料。
锌基阳极主要有2种：①高纯金属锌，要求严格控制杂质含量，锌含量要大于99.995%，铁含量<0.0041%;②低合金化的锌基合金，但是合金元素和杂质的含量仍须严格控制。
海上钻井平台阴极保护技术
在不同的环境条件下的平台结构 会产生不同的腐蚀现象，对不同的腐 蚀现象需要采取不同的防护措施
1.海洋大气区 海洋大气区
在大气区域，腐蚀是由于空气中的水分和 氧气引起的。大气湿度大，长时间日照，而 且大气中含盐粒和盐雾，这些物质积存在结 构表面形成良好的液膜，构成了电化学腐蚀 的好条件。 处于大气区中的钢结构，一般采用涂层防 腐蚀。平台甲板、栈桥、管线支架及非保温 管线等都可采用氯化橡胶铁红底漆加面漆的 防腐蚀结构。
一.海上钻井平台 海上钻井平台是主要用于钻探井的海上结构物。 上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生 和人员生活设施。
在海洋平台的设计和建造中，腐蚀是必须考虑的重要因 素之一，了解海洋环境腐蚀的特点和采用有效的防护措施， 并且通过日常的检验检查、维护，确保防腐系统的有效性对 海洋平台的使用安全性和可靠性是十分重要的。 海洋腐蚀环境是一种非常复杂的腐蚀环境，钢在海岸的 腐蚀比在沙漠中大400—500倍，离海岸24m的钢试样比离海岸 240 m的同质钢试样腐蚀快12倍。
阳极的布置一般是根据平台各部位的实际需求 量均匀布置在结构物上
阳极与平台之间要有可靠的导电连接,规定安 装距离,在总体上做到均衡布置,以便达到所要求的 保护电位;阳极、阳极铁心和其支架应具有足够的 连接强度,以承受波浪、潮流、打桩就位时的施工 载荷,阳极体表面严禁沾染油污、涂装油漆。
参考文献
1.李妍，刘忠斌.海洋平台的阴极保护[J].中国造船，
3.全浸区 3.全浸区
钢质平台在全浸区的腐蚀主要是受溶 解氧的影响，形成电化学腐蚀，使结构某 些部位处于电位较高的阳极受到腐蚀，而 某些部位电位较低的阴极区得到保护。
4.泥浆区 4.泥浆区
位于泥浆区的石油平台钢桩的腐蚀基本同于陆地 上土壤中的腐蚀。随着深度的增加，钢桩的腐蚀 愈来愈轻。 • 全浸区和泥浆区的钢结构一般采用阴极保护 措施防止腐蚀。
牺牲阳极阴极保护防腐技术
牺牲阳极阴极保护防腐技术作者：冯冲来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第05期摘要：我国油气田井下油管的腐蚀问题非常严重，通常采用的防腐方法有采用耐腐蚀管材，涂镀层保护，注入缓蚀剂，定期更换管材等。
本文综述了河南油田通过对牺牲阳极材料的分析研究，确定了牺牲阳极材料配方；对设计加工的阴极保护器进行了腐蚀性能测试，满足油水井防腐需求；通过现场应用，有效缓解了油水井井筒由于高矿化度引起的电化学腐蚀问题，取得了良好的防腐效果，实现了该技术在河南油田的低成本推广应用。
关键词：牺牲阳极材料；阴极保护器；腐蚀性能测试目前河南油田油水井主要应用的防腐技术有物理防腐（防腐涂层内衬油管）化学药剂防腐（缓蚀剂）井下自动加药装置防腐。
缓蚀剂防腐有较好的防腐效果，但对于带封井无法从油套环空加药保护，且区块边缘油井加药增加了运行成本；井下自动加药装置防腐费用高（单井成本2万左右），有效期10个月左右，对井底口袋有一定要求；因此开展了牺牲阳极阴极保护技术应用研究。
牺牲阳极阴极保护技术是一项成熟的电化学防腐技术，其核心是在电解质环境中，将电位更负的阳极材料与被保护金属连接，使阳极材料的电子转移到被保护金属上，而阳极材料则逐渐被消耗掉，所以叫牺牲阳极阴极保护。
河南油田针对上述问题，开展了牺牲阳极阴极保护防腐技术研究，在大量试验与理论研究的基础上，完成了铝-锌-稀土合金牺牲阳极材料的自主研制开发；设计加工阴极保护器，解决了油水井井筒由于带封井无法从油套环空加药边缘区块或自然条件恶劣的油井不适合加药的问题，有效缓解了高矿化度引起的电化学腐蚀，取得了良好的防腐效果，实现了该技术在河南油田的低成本推广应用。
牺牲阳极阴极保护技术特点：①费用低；②保护电流利用率较高，不会产生过保护；③施工技术简单；④不需要维护费用管理。
技术原理：牺牲阳极材料与被保护金属在电解质环境下形成原电池，通过给金属补充大量的电子，使被保护的金属整体处于电子过剩状态，使金属原子不容易失去电子而被腐蚀。
海洋结构物牺牲阳极阴极保护设计方法探讨
海洋结构物牺牲阳极阴极保护设计方法探讨海洋结构物是指建造在海洋环境中的各类建筑，包括海上风力发电机、海上石油钻井平台、海上民用建筑等。
由于海洋环境对结构物的腐蚀性较强，阳极阴极保护设计成为了海洋工程领域的一项重要技术。
本文将探讨海洋结构物牺牲阳极阴极保护设计方法。
一、牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法是目前最常用的海洋结构物防腐技术之一。
它通过让一种金属作为阳极，以达到防止金属结构被腐蚀的效果。
金属结构物被分为阳极与阴极两种，阳极则会逐渐腐蚀，而阴极则得到保护。
阴极与阳极之间的电流可以使金属结构物形成防腐层，从而达到对海洋结构物的防护效果。
二、阴极保护法阴极保护法是通过正当电流的引入，从而使海洋结构物的阳极、阴极电位差值保持在一个安全范围内的防腐措施。
阴极保护法具备有比牺牲阳极保护法更高的稳定性和独立性，并且可以在多种环境条件下使用。
阴极保护法能够在外部腐蚀介质中保护金属结构物，从而延长其使用寿命。
三、分层保护法分层保护法是综合以上两种方法的一种防腐技术。
它按照具有不同性质的腐蚀环境对海洋结构物的不同部分进行保护。
分层保护法最初步的设计是通过镀层防护来防止外部环境的腐蚀作用。
但是由于海洋环境下的腐蚀作用并不会停止，海洋结构物的金属表面依然会受到侵蚀。
因此，在分层保护法的实际应用中，还需要考虑使用一种阴极保护技术。
四、使用条件牺牲阳极阴极保护的使用条件主要取决于环境和海洋结构物本身的金属材质。
一般来说，海洋结构物位于空气中，完成的沉积程度越快，阳极的本质就越脆。
但是在氧气不充足的海洋深处，则不存在阳极腐蚀的问题。
因此，使用牺牲阳极阴极保护法需要根据具体的操作条件进行针对性的裁剪。
综上所述，海洋结构物的牺牲阳极阴极保护设计是海洋工程领域的重要技术之一。
设计者应该充分考虑环境条件，结合何种保护方法，防腐性能的稳定性、金属接触等问题。
各种方法都有其优缺点，应根据具体情况选择合适的保护方法。
平台导管架阴极保护监测系统及牺牲阳极阴极保护改造
平台导管架阴极保护监测系统及牺牲阳极阴极保护改造陈武;龙云;陈超;王科林;杨皓洁;杨明【期刊名称】《全面腐蚀控制》【年(卷),期】2014(000)007【摘要】阴极保护是平台飞溅区以下区域钢结构的主要防腐措施。
阴极保护监测系统可以持续监测平台导管架阴极保护状况，已经被广泛应用。
当发现导管架处于欠保护时，通过潜水员水下安装牺牲阳极对平台进行延寿，效果良好。
【总页数】3页(P33-34,61)【作者】陈武;龙云;陈超;王科林;杨皓洁;杨明【作者单位】中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海200030;中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海 200030;中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海 200030;中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海 200030;中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海 200030;中海油能源发展股份有限公司上海环境工程技术分公司，上海 200030【正文语种】中文【中图分类】TG174.41【相关文献】1.杭州湾某码头改造工程钢管桩牺牲阳极阴极保护 [J], 史忠裕;范卫国;李森林2.海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究(Ⅳ)——导管架平台阴极保护应用研究[J], 刘福国;张伟;王秀通;尹鹏飞;黄志强;张国庆;韩冰;李向阳3.导管架牺牲阳极阴极保护数值模拟评价与优化改造 [J], 董亮;杜艳霞;张建宇;路民旭;吕建伟4.象山港大桥钢管桩牺牲阳极阴极保护及监测系统 [J], 叶伟建;范列朋;熊信勇;雷俊;史久捍;胡士信5.海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究(Ⅴ)——导管架平台阴极保护设计探讨[J], 张伟;刘福国;尹鹏飞;张国庆;杨朝晖;李向阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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油田钻井抽油杆牺牲阳极阴极保护案例
石油钻井抽油杆及抽油管是石油开采过程中的重要环节，一旦发生抽油管断裂或者油管泄漏，就会导致整个油井停产甚至报废，抽油杆受原油采出水、H2S、硫酸盐还原菌、高温高压的各种腐蚀，腐蚀极为严重，采用牺牲阳极阴极保护不但可以解决抽油杆的腐蚀问题，还可以一起解决抽油杆偏磨的问题。
效果非常显著。
管道的阴极保护分为外加电流阴极保护和牺牲阳极阴
极保护。
管道是空心的管子,但对于象抽油井上的抽油杆这种实心管(杆)应用牺牲阳极保护及其保护距离的计算,就笔者检索所知还没有资料涉及。
抽油井采油是世界各大油田较为常见、也是较为主要的采油方式之一。
因此,重视对抽油杆的保护就显得至关重要。
据2002年文留油田作业调查统计,全年抽油井事故发生498井次,其中因抽油杆节箍出现断、脱事故的总数为352井次,占抽油井事故总数的70.7%。
抽油杆节箍处易断原因主要有以下几个方面:
(1)抽油杆材质的缺陷;
(2)抽油杆在井筒内受复杂拉伸压缩交变应力的作用;
(3)杆偏磨腐蚀严重。
造成杆脱的主要原因是:
(1)抽油杆下井时上扣扭矩不够;
(2)杆柱组合或生产参数不合理;
(3)杆柱固有的工作特性所致;
(4)抽油杆节箍处存在严重的偏磨、腐蚀现象。
采取下述办法可减少事故发生:
(1)加强质量管理,应用抽油杆超声波自动检测系统进行检测,杜绝不合格杆下井;
(2)提高作业质量,杜绝人为因素造成事故;
(3)严格按API标准认真优化杆柱组合和确定生产参数;
(4)增强杆的抗拉、抗疲劳强度。
抽油杆在井筒环境下的复杂受力情况和发生的偏磨(偏磨广义讲也是腐蚀,属于腐蚀中的磨蚀现象)腐蚀现象是不以人的意志为转移的。
(5)采用扶正短节,即将抽油杆节箍适当加长,然后在节箍加长空间内装填锌铝合金牺牲阳极块,同时利用尼龙扶正器解决偏磨问题。
文留油田通过20多年的生产开发目前已处于“高温、高矿化度、高含水”及伴生有CO2,H2S气体和细菌等介质的恶劣环境(井温90～120℃,矿化度30～170g/L,综合含水77.1%,SRB细菌含量10～104个/mL,Cl-含量40～120g/L),产出水pH值为 5.0～6.5(呈弱酸性),再加上杆节箍处应力集中以及材质缺陷等因素,从而造成抽油杆断裂和脱扣。
据2002年文留油田统计,全年发生杆断、脱扣事故的352井次中,因杆节箍腐蚀造成的有274井次,占全年抽油井事故作业总数的55%。
因此,于2003年初研制应用了抽油杆牺牲阳极扶正短节。
2003年1～4月份共在68口偏磨腐蚀严重的抽油井上进行了应用,平均检泵周期较过去延长了35天,经济效益显著。