氣井井下腐蝕檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

鄭云萍，劉奇，聶暢，陳崎奇，肖杰

(1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川 成都 610500;2.中國(guó)石油西南管道分公司，四川 成都 610500)

0 引言

氣井套管的損壞是國(guó)內(nèi)外油氣田面臨的重要問題，直接影響油氣田安全、高效生產(chǎn)。為準(zhǔn)確對(duì)腐蝕部位進(jìn)行判斷并對(duì)腐蝕情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要通過選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)儀器進(jìn)行工程測(cè)井。常見井下檢測(cè)技術(shù)包括多臂井徑儀、井下電視技術(shù)、超聲波測(cè)漏技術(shù)以及電磁測(cè)井等。

本文對(duì)各技術(shù)的原理、性能特點(diǎn)進(jìn)行概述，以多臂井徑儀和電磁測(cè)井技術(shù)在某油田的實(shí)際應(yīng)用為例，展示了井下腐蝕檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，并提出了對(duì)氣井井下腐蝕檢測(cè)的建議。

1 井下檢測(cè)技術(shù)

1.1 多臂井徑儀

多臂井徑儀是測(cè)量套管或油管內(nèi)壁尺寸變化最簡(jiǎn)便的測(cè)量工具之一。儀器結(jié)構(gòu)一般包括引鞋、扶正器、控制系統(tǒng)、測(cè)量臂、電子線路以及配重等[1]。在對(duì)腐蝕情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先將儀器下至井底或預(yù)定井深，之后控制展開測(cè)量臂，測(cè)量臂一端緊貼管道內(nèi)壁，將儀器向地面上提，測(cè)量臂隨套管內(nèi)徑的變化將通過電纜傳回地面接收設(shè)備并得到記錄。

對(duì)于記錄的數(shù)據(jù)可以通過解釋處理軟件對(duì)套管腐蝕和變形等情況進(jìn)行定量解釋，還可將數(shù)據(jù)處理形成立體柱狀圖，進(jìn)行直觀評(píng)價(jià)。

多臂井徑儀按測(cè)量臂數(shù)量可分為X-Y型井徑儀、四臂井徑儀、十六臂井徑儀、十八臂井徑儀[2]、三十六臂井徑儀、四十臂井徑儀等[3]，斯倫貝謝公司、SONDEX和COMPUTALOG等公司各有相應(yīng)的產(chǎn)品，并得到良好應(yīng)用[4]。

在選擇井徑儀的型號(hào)時(shí)，應(yīng)注意結(jié)合井筒尺寸和井下情況的復(fù)雜程度，若井下情況復(fù)雜，可以適當(dāng)選用臂數(shù)較少的井徑儀以保障測(cè)井過程中不會(huì)遇卡;對(duì)于超深井的檢測(cè)需要注意盡量選擇檢測(cè)臂與井筒內(nèi)壁接觸的材料耐磨性較好的儀器，以減少檢測(cè)次數(shù);對(duì)于結(jié)蠟嚴(yán)重或油泥多的井，為保障測(cè)量精度，建議在進(jìn)行檢測(cè)前進(jìn)行洗井。

1.2 超聲波測(cè)漏技術(shù)

超聲波成像技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中有著較多的應(yīng)用，由于它必須在液體環(huán)境中使用，所以如CAST和CAST-V等設(shè)備多用于油井的檢測(cè)而不適于氣井。不同于超聲波成像技術(shù)，超聲波測(cè)漏技術(shù)通過接收氣態(tài)或液態(tài)泄漏處產(chǎn)生的超聲頻率波，可以對(duì)氣井井下泄漏情況進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。

超聲波測(cè)漏技術(shù)在檢測(cè)過程中將檢測(cè)儀器下入井內(nèi)，當(dāng)儀器處于井筒中漏點(diǎn)附近時(shí)，漏點(diǎn)處的壓力變化將產(chǎn)生紊流并發(fā)出超聲波，超聲波測(cè)漏儀的傳感器捕獲紊流所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，通過傳輸至地面進(jìn)行記錄與分析。由于漏點(diǎn)兩側(cè)的壓力差、井眼形狀、傳播媒介的不同，每個(gè)漏點(diǎn)產(chǎn)生的超聲波會(huì)有較大差異，測(cè)井曲線峰值處指示深度一般即為漏點(diǎn)位置[5]。

1.3 井下視像檢測(cè)技術(shù)

井下視像檢測(cè)技術(shù)通過光纖或電纜將攝像儀器下入氣井，將拍攝到的圖像傳輸?shù)降孛?，并?duì)圖像進(jìn)行后期分析處理，從而對(duì)井下情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如DHV技術(shù)[6]:利用光纜將攝像機(jī)通過油管下入氣井對(duì)圖像以1.5 s一幀的速度進(jìn)行采集，由攝像機(jī)后置燈提供光線，圖像經(jīng)過光纜傳輸?shù)降孛妗２杉膱D像通過軟件進(jìn)行分析處理，可以用來(lái)評(píng)價(jià)套管損壞、腐蝕、落物以及射孔等的情況，但難以給出腐蝕情況的定量評(píng)價(jià)。該設(shè)備有較強(qiáng)的抗腐蝕性，可用于含H2S、CO2的介質(zhì)中，并且在井下流體透明度較好時(shí)，可清楚記錄井下情況[7]。

此外，還有光纖井下檢測(cè)系統(tǒng)，采用光纖作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的傳輸，以此能夠得到較高質(zhì)量的井下圖像，一般由底盤車、防噴裝置、光纖視像檢測(cè)系統(tǒng)及輔助配套裝備構(gòu)成[8]。

盡管通過井下視像檢測(cè)技術(shù)能夠直觀地對(duì)井下情況進(jìn)行觀察，但是由于難以給出定量評(píng)價(jià)并且對(duì)井下環(huán)境要求較高，一般在氣井腐蝕檢測(cè)中相對(duì)較少使用。

1.4 電磁檢測(cè)技術(shù)

利用電磁檢測(cè)技術(shù)如遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)法可對(duì)大型多層管串進(jìn)行檢測(cè)[9]。利用電磁特性進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有英國(guó)SONDEX公司的MTT電磁壁厚測(cè)井儀、MID-K多層金屬管柱電磁探傷成像測(cè)井儀和俄羅斯生產(chǎn)的EMDS-TM-42E電磁探傷測(cè)井儀等。

SONDEX公司的MTT電磁壁厚測(cè)井儀適用于天然氣、石油、地層水等多種流體介質(zhì)條件，能夠同時(shí)檢測(cè)多層管柱，在油管內(nèi)檢測(cè)油管和套管的電磁特性，通過相關(guān)軟件分析后可以得出多層管柱各自的厚度變化，并能夠指示井下管柱及鐵磁性工具情況。需要注意的是，MTT電磁壁厚測(cè)井儀的精度受設(shè)備本身和外層套管、套管外扶正器等測(cè)量管柱外部環(huán)境影響，建議測(cè)井前做好井況調(diào)查[4]。用MTT電磁壁厚測(cè)井儀進(jìn)行檢測(cè)的最高溫度為150℃，最大耐壓105 MPa，設(shè)備耐酸腐蝕，在國(guó)外高含硫、二氧化碳的Saman氣田得到良好應(yīng)用[10]。需要注意的是，對(duì)于油、套間隙較小的氣井，可能產(chǎn)生較大噪聲干擾，難以正常反映管柱損傷情況、解釋測(cè)井資料[11]，所以進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合氣井具體情況。

由俄羅斯GITAS公司開發(fā)的MID-K多層金屬管柱電磁探傷成像測(cè)井儀的結(jié)構(gòu)主要包括上部扶正器、磁保護(hù)套、電子模塊和伽馬探頭、縱向探測(cè)頭、橫向探測(cè)頭、溫度傳感器和下部扶正器[12]。該設(shè)備在檢測(cè)過程中記錄275條曲線，其中270條為壁厚的采集曲線，此外還包括自然伽馬、電流、測(cè)速、2條井溫等5條曲線。MID-K可對(duì)多層管柱進(jìn)行檢測(cè)，并能夠區(qū)分各層管柱對(duì)應(yīng)的結(jié)果[13]。利用DEVIZ-II軟件可對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對(duì)不同層的管壁成像，還可根據(jù)油管、套管的厚度特征及感生電動(dòng)勢(shì)衰減譜圖特征對(duì)井下腐蝕情況進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]。該儀器可在不壓井或起油管的情況下對(duì)管柱損傷進(jìn)行檢測(cè)[14]，并在青海油田、川渝的氣田都得到了良好應(yīng)用[15-17]。MID-K 相關(guān)參數(shù)如表1 所示[17]。

表1 MIK-K多層金屬管柱電磁探傷成像測(cè)井儀技術(shù)參數(shù)

EMDS-TM-42E電磁探傷測(cè)井儀利用法拉第電磁感應(yīng)定律能夠?qū)螌雍碗p層管道的壁厚進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷腐蝕情況并確定腐蝕位置[17]。選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)曲線利用軟件進(jìn)行分析可以得到井下腐蝕情況的定量分析與評(píng)價(jià)。EMDS-TM-42E電磁探傷測(cè)井儀耐溫150℃、耐壓100 MPa、檢測(cè)單層套管的精度為0.5 mm、檢測(cè)雙層套管為1.5 mm、縱向缺陷的檢測(cè)精度為50 mm。該設(shè)備與多臂井徑儀組成工具串組合應(yīng)用，在子洲-米脂氣田[16]、長(zhǎng)慶油田[17]、巴基斯坦[18]等國(guó)內(nèi)外各油氣田均得到較多應(yīng)用。與MID-K相比，EMDS設(shè)備內(nèi)置能夠?qū)η€進(jìn)行篩選的微型CPU，只有幾十條采集曲線，這樣可以避免將無(wú)用的數(shù)據(jù)傳輸至地面[19]。

2 井下腐蝕檢測(cè)技術(shù)在某氣田的應(yīng)用

相對(duì)于超聲波測(cè)漏技術(shù)和井下視像檢測(cè)技術(shù)，目前多臂井徑儀和電磁檢測(cè)技術(shù)得到的應(yīng)用更為廣泛。由于單一檢測(cè)技術(shù)的使用難以避免結(jié)果的片面性，多臂井徑儀常與電磁探傷設(shè)備組合使用進(jìn)行測(cè)井，多臂井徑儀可以準(zhǔn)確提供內(nèi)壁的尺寸變化，電磁檢測(cè)可以彌補(bǔ)多臂井徑儀只能檢測(cè)單層管壁的不足，并起到輔助解釋作用，克服了多臂井徑儀受井壁結(jié)垢、結(jié)蠟的影響。

某氣田采用MIT井徑儀和MID-K組成工具串組合測(cè)井。MIT井徑儀部分型號(hào)的相關(guān)性能見表2。

表2 MIT二十四臂、四十臂井徑儀技術(shù)參數(shù)

結(jié)合所需要檢測(cè)的氣井情況，選擇MIT二十四臂井徑儀以保證在滿足檢測(cè)精度的條件下儀器能夠順利通過油管。在將儀器下入氣井進(jìn)行檢測(cè)前，需要先對(duì)儀器精度進(jìn)行一次校核，檢測(cè)過程中進(jìn)行若干次刻度，并在檢測(cè)完成后再進(jìn)行一次校核以確定獲取的數(shù)據(jù)是否可信。

對(duì)某氣井的檢測(cè)結(jié)果如圖1所示，圖1中紅色標(biāo)注部分為部分?jǐn)?shù)據(jù)異常區(qū)域;圖2為部分異常區(qū)域的三維成像圖，通過分析可以判斷出油管內(nèi)壁普遍存在0.2～1.5 mm的坑蝕。

圖1 某氣井油管腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 異常區(qū)域三維成像圖

圖3 MID-K多層金屬管柱電磁探傷成像測(cè)井儀檢測(cè)結(jié)果

圖4 MIT井徑儀檢測(cè)結(jié)果

圖5 某氣井油管腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)

使用MID-K和MIT組合儀器對(duì)另外某井進(jìn)行檢測(cè)，兩設(shè)備檢測(cè)結(jié)果分別如圖3、圖4所示，異常段用紅色方框標(biāo)出;圖5為紅色標(biāo)注部分的截面圖。

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以判斷出油管在2382 m處坑蝕已造成穿孔。需要說(shuō)明的是，并非所有的數(shù)據(jù)異常都是腐蝕影響，也可能是結(jié)垢產(chǎn)物對(duì)多臂井徑儀的作用或井下工具對(duì)電磁檢測(cè)儀器的影響所造成，這就需要對(duì)比2種儀器的檢測(cè)結(jié)果。盡管解釋軟件能夠提供幫助，但是通過有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員的分析能夠給出更為可信的解釋。

3 建議

(1)在對(duì)氣井井下腐蝕的檢測(cè)過程中，應(yīng)注意施工人員以及設(shè)備安全，做好緊急預(yù)案，特別是對(duì)于高壓酸性氣井的帶壓操作。

(2)為得到可信的評(píng)價(jià)結(jié)果，一方面應(yīng)注意對(duì)設(shè)備的選擇;另一方面需要能夠?qū)y(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的判斷，這就依賴于良好的解釋軟件以及優(yōu)秀的分析人員。

(3)由于井下情況復(fù)雜，在進(jìn)行解釋之前獲得真實(shí)可信的井下工具的情況對(duì)于數(shù)據(jù)的解釋十分重要，這就依賴于生產(chǎn)單位以及施工人員的配合。

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