苏丹三七区油田钢管桩阴极保护的改进

王兆军，王铭伟，袁振昆，王世华，李 颖

（1.中国石油工程建设公司哈萨克斯坦分公司，北京 100011；2.中国石油工程建设公司苏丹分公司，北京 100011；3.中国石油工程建设公司华东设计分公司北京分院，北京 100101）

苏丹三七区油田钢管桩阴极保护的改进

王兆军1，王铭伟2，袁振昆2，王世华1，李 颖3

（1.中国石油工程建设公司哈萨克斯坦分公司，北京 100011；2.中国石油工程建设公司苏丹分公司，北京 100011；3.中国石油工程建设公司华东设计分公司北京分院，北京 100101）

苏丹三七区油田一期Palogue电站项目的设备基础、厂房基础和工艺管道基础全部采用钢管桩，其阴极保护采用浅埋阳极、均匀分布的形式。投产后，厂区内不同的桩管阴极保护电位相差很大，保护效果不理想。为此对钢管桩阴极保护存在的问题进行了分析，并根据三七区油田钢管桩阴极保护实际，提出了改进意见，将浅埋阳极地床改为深井阳极地床，同时对阳极输出回路进行了改进。实践表明，采取改进措施后，钢管桩的阴极保护效果显著提高，系统运行平稳，效果十分理想。

油田；钢管桩；阴极保护；浅埋阳极地床；深井阳极地床

1 苏丹三七区油田一期阴极保护存在的问题

苏丹三七区一期Palogue电站项目，是中国石油工程建设公司在三七区油田承担的重点项目之一，该项目设备基础、厂房基础和工艺管道基础全部采用钢管桩。钢桩基础具有钢管桩数量多、距离近、密集等特点，该电站钢管桩数量及埋深见表1。钢管桩无任何其他防腐涂层，全部采用外加电流阴极保护方式，整个电站厂区共设计阴极保护系统5套；每个阴极保护系统配2台整流器 （一开一备）。为了保证阴极保护电流均匀分布，在每个阴极保护系统中设计阳极回路多达7个。阳极采用浅埋阳极地床形式，均匀分布在桩管之间。

表1 Palogue电站钢管桩数量及埋深

Palogue电站阴极保护系统投产后，对厂区内桩管阴极保护电位进行了测试，具有代表性的阴极保护系统R01、R02保护区域内钢管桩阴极保护电位测试结果见表2。

表2 钢管桩阴极保护电位测试结果 （相对饱和硫酸铜参比电极）

钢管桩阴极保护电位测试具有代表性的结果为：厂区内不同的桩管阴极保护电位相差很大，最高达到-2.15 V，处于过保护状态，最低保护电位只有-0.63 V，接近桩管自然电位。现场调查表明，那些电位达到阴极保护标准的钢管桩都距离阳极地床较近，而没有达到阴极保护标准的钢管桩，大多数都距离阳极地床很远。

由于一套阴极保护系统有多个阳极回路，每个阳极回路的输出电流会有所差别，这也会造成钢管桩阴极保护电位的差异，为此我们对两套阴极保护系统的阳极回路输出电流进行了测试，阳极回路电流输出见表3和表4。现场测试证明，每一个阳极回路的电流输出相差很大，这必然造成电站内钢管桩阴极保护电位的分布极不平衡。

表3 阳极组 （A01）电流输出测试结果

表4 阳极组 （A02）电流输出测试结果

电站阴极保护电位测试之时，正值当地的旱季，气温高，土壤干燥。通过现场分析，我们认为，不同阳极回路电流输出不均衡与土壤干燥程度有直接关系，由于旱季土壤异常干燥，同时阳极在厂区内分布位置不同，其接触的土壤干燥程度的不同，会造成阳极接地电阻有很大差距，进而造成不同阳极回路电流产生很大差别。为了进一步验证这一分析结果，我们在现场对阳极进行了灌水处理，以保持土壤湿润，降低阳极接地电阻。灌水后，阳极组A01和A02各回路电流输出见表5和表6。

表5 阳极组 （A01）灌水后电流输出测试结果

表6 阳极组 （A02）灌水后电流输出测试结果

阳极灌水后，阳极回路输出电流测试结果表明，阳极接地电阻大大降低，而且各阳极回路电流输出驱于均匀，其结果有利于阴极保护电位的分布。

2 改进措施

2.1 初步改进

根据厂区钢管桩阴极保护的实际情况，为了解决电站钢管桩阴极保护电位分布不均匀的问题，顺利实现电站阴极保护系统的移交，我们在现场采取了如下方法，对钢管桩阴极保护进行改善。

（1）在整流器容量允许的范围内，提高阴极保护电流输出。

（2）对阳极地床进行灌水，降低阳极接地电阻。

（3）考虑到当时为旱季，厂区土壤非常干燥，电阻率高，而且土壤电位梯度高，IR降将会影响阴极保护测试结果。因而，将通常采用的 “阴极保护电位为-0.85 V或更负 （相对饱和硫酸铜参比电极）”的阴极保护效果判定方法，改为采用 “钢结构阴极极化最低为100 mV”的方法，对阴极保护效果进行判定。

采用上述方法后，钢管桩达到了阴极保护效果（典型桩管阴极极化值见表7）。电站厂区阴极保护系统顺利实现了移交。但是，从桩管阴极极化值看出，不同桩管阴极保护极化值差距很大，这进一步说明，采用浅埋、均匀布置的阳极埋设方式，阳极电场分布很不均匀，不利于桩管的阴极保护。

2.2进一步改进

通过对电站厂区内钢管桩阴极保护存在问题以及初步改进效果的分析，对于进一步改进三七区油田钢管桩的阴极保护提出如下意见：

（1）根据现场测试结果，远离阳极的桩管处于欠保护状态，所以今后设计中阳极的分布需进一步优化，在条件允许的情况下，阳极地床的埋设方式采用深井阳极地床。

表7 典型桩管阴极极化值

（2）电站厂区阴极保护设计为多个阳极回路由一台整流器供电，由于每个阳极组回路电阻不能保证一致，因此出现有些阳极组回路电流过大，而有些阳极组回路电流过小的情况，严重影响了桩管的阴极保护效果。在今后钢管桩阴极保护设计中，可以考虑每一个阳极回路中加装可调电阻，对每个阳极回路电流输出进行控制，以保证阴极保护的均匀性。也可以采用多台小整流器，每个小整流器设计1个或2个阳极回路的方法，增加现场操作的灵活性，确保钢管桩的阴极保护效果。

（3）整流器的选型还需优化。由于苏丹土壤旱季非常干燥，在此时会出现阳极接地电阻陡然升高的可能，如果整流器的额定电压和电流输出选择不当，就容易出现阴极保护电流不能按要求输出的情况。

（4）鉴于当地土壤在旱季时非常干燥，阳极施工回填时应采取降低阳极接地电阻的措施，以避免阳极接地电阻过大的情况出现，保证阴极保护系统的平稳运行。

针对三七区油田一期钢管桩阴极保护出现的问题，在之后项目中钢管桩的阴极保护上，我们将阳极埋设方式改为深井阳极地床，在每个阳极回路中加装可调电阻，保证了阴极保护系统完成一个，顺利投产一个，阴极保护效果良好，得到了PMC和业主方的好评。

表8为某集输站内钢管桩阴极保护电位测试结果。该集输站站内厂房、设备和工艺管道等基础全部采用钢管桩。在钢管桩的阴极保护系统设计上，阳极埋设方式采用深井阳极地床，在每个阳极回路中都加装了可调电阻。集输站钢管桩阴极保护测试结果表明，对阴极保护系统改进后，钢管桩阴极保护电位分布均匀，集输站内的所有桩管都能达到阴极保护要求。

表8 某集输站钢管桩阴极保护测试结果 （相对饱和硫酸铜参比电极）

与早期的浅埋阳极地床相比，深井阳极地床的采用，使得阳极距离钢管桩较远，阴极保护电路的分布更加均匀，因此钢管桩的阴极保护电位更加平衡。同时，深井阳极地床埋深地下15 m以下，克服了土壤干燥程度的变化对阳极接地电阻的影响，使得阳极回路间的电流分布更加均衡。

3 结束语

苏丹三七区油田钢管桩阴极保护，从早期的浅埋阳极地床，改为后期的深井阳极地床后，钢管桩的阴极保护效果大大提高，而且阴极保护系统的运行更加稳定。总结和分析苏丹三七区油田钢管桩阴极保护情况，我们认为：在进行阴极保护时，应对被保护体所处的环境有一个准确的判定，进而在施工条件和技术条件允许的前提下，对阴极保护方案进行优化，就能确保阴极保护系统满足使用要求。

[1]NACE RP0169，Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems（2002）[S].

[2]NACE TM0497，Measurement Techniques Related to Criteria for Cathodic Protection on Underground or Submerged Metallic Piping Systems（2002）[S].

Improvement of Steel Pipe Pile Cathodic Protection in Sudan 3-7 Region Oilfield

WANG Zhao-jun（Kazakstan Branch of China Petroleum Engineering and Construction Corp.,Beijing 100101， China），WANG Ming-wei，YUAN Zhen-kun，et al.

The foundations of equipment,factory buildings and process pipelines in the Palogue power station project of Sudan 3-7 Region Oilfield adopted totally steel pipe piles with cathodic protection of uniformly distributed and shallowly buried anodes.However,after the project was put into practice,the cathodic protection electric potentials among the pipe piles were very different and the protection effect was not ideal.Therefore,the protection problems were analyzed and improvement suggestions were offered such as applying deeply buried anode ground bed instead of shallowly buried anode ground bed and improving the anode output circuit.The practice showed that the system run steadily and those improvement measures raised obviously the cathodic protection effect.

oilfield;steel pipe pile;cathodic protection;shallowly buried anode ground bed;deeply buried anode ground bed

TE988

B

1001－2206（2011）05－0053－03

王兆军 （1975-），男，辽宁庄河人，工程师，硕士研究生，2004年毕业于中国石油大学 （北京）应用化学专业，现从事油田地面工程的设计、施工管理工作。

2011-05-27