CoilScan連續(xù)油管在線檢測儀在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用

熊江勇，王偉佳

趙銘，方俊明 （ 中石化江漢石油工程有限公司頁巖氣開采技術(shù)服務(wù)公司，湖北 武漢430074）

伴隨著中國頁巖氣逐步進入商業(yè)開發(fā)，連續(xù)油管的應(yīng)用越來越普及［1］，現(xiàn)已成為頁巖氣開發(fā)的主體作業(yè)技術(shù)，主要用于復(fù)合橋塞分段壓裂改造后的鉆塞施工，以及壓裂施工過程中進行傳輸射孔、沖砂解堵和落物打撈等作業(yè)。而鉆塞作業(yè)屬于長時間帶負(fù)荷高壓作業(yè)，對連續(xù)油管損傷較大；且井底橋塞碎屑的堆積也容易造成連續(xù)油管井下遇卡等情況，連續(xù)油管作業(yè)風(fēng)險較大。在頁巖氣井的連續(xù)油管實際應(yīng)用中油管曾出現(xiàn)過大量復(fù)雜情況，如油管腐蝕或銹蝕嚴(yán)重，表面有砂眼、凹坑和劃痕，泄漏，卡斷或拉斷，皺折或癟脹鼓包等。為了保證頁巖氣井開發(fā)中連續(xù)油管作業(yè)的高效性和可靠性，需要對連續(xù)油管進行在線檢測［2］，并對檢測出的問題采取補救措施。下面，筆者對CoilScan連續(xù)油管在線檢測儀在頁巖氣井的應(yīng)用進行探討。

1 CoilScan連續(xù)油管在線檢測儀

CoilScan連續(xù)油管在線檢測儀是目前最為先進的連續(xù)油管在線檢測系統(tǒng)［3］，由檢測探頭、一個獨立的計數(shù)器、數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)和監(jiān)視軟件組成。

檢測探頭包括漏磁檢測和渦流檢測2個部分，形成一個翻蓋設(shè)計，允許簡單的安裝在連續(xù)油管上。漏磁檢測系統(tǒng)是整個在線檢測的核心部件，能同時檢測到連續(xù)油管內(nèi)外壁上缺陷及壁厚，能允許連續(xù)油管快速通過；漏磁檢測系統(tǒng)由8個永久磁鐵、4個側(cè)板、4磁軛和2個漏磁半環(huán)組件構(gòu)成，其中每個磁漏半環(huán)由32個霍爾傳感器組建，用來檢測系統(tǒng)中的磁漏大小。渦流檢測系統(tǒng)用來檢測連續(xù)油管外徑，并用測量結(jié)果計算管材的橢圓度；渦流檢測系統(tǒng)由6個渦流位移探針和彈簧加載機構(gòu)構(gòu)成；渦流位移探針分3對，成45°安裝在連續(xù)油管四周。

獨立的計數(shù)器有2個里程表組件，可提高可靠的距離測量。每個里程表組件均有一個高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器測量輪，可最大限度地減少車輪打滑的影響。

數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)由電源、數(shù)據(jù)采集端、計算機和一個軟件包構(gòu)成。

2 CoilScan連續(xù)油管在線檢測原理

CoilScan連續(xù)油管在線檢測主要應(yīng)用電磁檢測技術(shù)中的磁漏技術(shù)及渦流技術(shù)進行檢測，漏磁技術(shù)主要檢測油管缺陷和壁厚，渦流技術(shù)主要檢測油管直徑和橢圓度。

2.1 漏磁檢測原理

漏磁檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)性這一特性之上。連續(xù)油管是一種低碳鋼材料的管材，屬于鐵磁性材料，故可以使用漏磁的方法對其進行檢測。當(dāng)連續(xù)油管被磁化后，若油管內(nèi)部材質(zhì)連續(xù)、均勻，被檢油管表面幾乎沒有磁場。而當(dāng)油管因腐蝕裂紋、氣孔、夾渣等原因產(chǎn)生缺陷時，在油管表面缺陷處會形成漏磁場［4］。此時利用磁感應(yīng)傳感器（如霍爾傳感器）獲取漏磁場信號，檢測被磁化連續(xù)油管表面溢出的磁通，就可判斷缺陷是否存在；然后送入計算機進行信號處理，對漏磁場磁通密度分量進行分析，以進一步了解相應(yīng)缺陷特征，如缺陷寬度、深度［5］。

漏磁檢測技術(shù)由傳感器接收信號，軟件判斷有無缺陷，容易實現(xiàn)自動化；從傳感器到計算機處理，降低了人為因素影響引起的誤差，具有較高的檢測可靠性；可以實現(xiàn)缺陷的初步量化，不僅可實現(xiàn)缺陷的有無判斷，還可以對缺陷的危害程度進行評估；對于壁厚30mm以內(nèi)的管道能同時檢測內(nèi)外壁缺陷；因其易于自動化，可獲得很高的檢測效率且無污染［6］。

2.2 渦流檢測技術(shù)

渦流檢測技術(shù)應(yīng)用的是電磁感應(yīng)原理［7］，在通有交流電的線圈中放入連續(xù)油管，油管表面就會感生渦流（周向電流）。當(dāng)油管的直徑、厚度、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率發(fā)生變化以及存在缺陷時，均會影響線圈的阻抗。由于連續(xù)油管內(nèi)感生渦流的幅值、相位、流動形式及其伴生磁場，受連續(xù)油管的幾何形狀、尺寸、有無缺陷等特性、檢測線圈的特性以及連續(xù)油管與檢測線圈之間的距離等因素的影響，因此，當(dāng)改變其中某一因素而使其他因素保持不變時，通過檢測檢測線圈復(fù)阻抗的變化，即可對連續(xù)油管進行檢測與評價［8］。

渦流檢測時線圈不需要與連續(xù)油管直接接觸；對于連續(xù)油管表面缺陷的探測靈敏度很高，且在一定范圍內(nèi)具有良好的線性指示，可對連續(xù)油管內(nèi)外表面大小不同缺陷進行評價，可以用作質(zhì)量管理與控制；采用特定電路進行處理，可篩選出連續(xù)油管單一因素，如裂紋、材質(zhì)、尺寸、形狀及電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，抑制其他因素，進行有效的檢測［9］。

3 頁巖氣井連續(xù)油管在線檢測標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)涪陵頁巖氣田工區(qū)連續(xù)油管作業(yè)經(jīng)驗，建議頁巖氣井連續(xù)油管作業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）收到新的連續(xù)油管即進行檢測。這是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，以判斷連續(xù)油管在出廠時有無缺陷，及在運輸過程是否有機械性損壞或者嚴(yán)重的腐蝕。

2）連續(xù)油管使用中應(yīng)進行常規(guī)檢測。連續(xù)油管在頁巖氣井中主要應(yīng)用于鉆塞及射孔作業(yè)。其中鉆塞作業(yè)對油管損傷較大，模擬常規(guī)連續(xù)油管鉆磨橋塞作業(yè)后（按4200m井深，18個橋塞，每3個橋塞進行一次短起，短起至2200m，鉆磨時井口回壓16MPa，連續(xù)油管內(nèi)循環(huán)壓36～38MPa來模擬），建議連續(xù)油管累計帶壓起下每80000m或鉆遇60個橋塞左右需進行一次檢測。

3）井況比較苛刻、異常等非常規(guī)情形，建議作業(yè)完成后，進行再作業(yè)前進行一次檢測。非常規(guī)情形包括：帶負(fù)荷打撈作業(yè)，震擊器頻繁震擊，帶壓起下多次；長時鉆磨無進展，長時在同一深度鉆磨，頻繁馬達憋停，多次短起；長時帶壓沖洗作業(yè)；異常高壓作業(yè)，連續(xù)油管內(nèi)循環(huán)壓超過55MPa；泵酸等腐蝕性液體；連續(xù)油管拖動式壓裂。

4）發(fā)現(xiàn)異常情況時（如發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管表面有較深的劃痕、注入頭鏈條夾痕時；發(fā)現(xiàn)防噴盒膠芯和銅套磨損過快時；軟件分析發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管壽命和疲勞值有異常下降），需及時進行檢測。

5）其他情況如連續(xù)油管閑置待命超過6個月的，使用前需進行檢測；連續(xù)油管使用滿1年的，建議至少需要進行1次檢測。

6）連續(xù)油管必須建立獨立檔案進行統(tǒng)一管理，檔案內(nèi)容應(yīng)包括：廠家、規(guī)格型號、制造焊點位置數(shù)據(jù)、壁厚、出廠合格證、歷次使用情況、檢測追溯標(biāo)識號、歷次檢測報告等，可追蹤檢測的結(jié)果，分析油管的可用壽命。

4 應(yīng)用實例

2014年8月24日，使用CoilScan連續(xù)油管在線檢測儀，對正在涪陵頁巖氣田服務(wù)（通井作業(yè)）的一盤?2in連續(xù)油管進行了檢測。該盤連續(xù)油管為Quality Tubing生產(chǎn)，強度為QT900，壁厚0.156in，此前進行過多次鉆塞作業(yè)，現(xiàn)有長度5210.86m，檢測長度為4633.25m。其外徑、橢圓度、壁厚、MFL磁通泄漏、缺陷等參數(shù)被成功檢測、記錄以及追蹤，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 涪陵頁巖氣田2in連續(xù)油管在線檢測結(jié)果

在磁泄漏檢測中有2個典型的報警點：2261.55～2262m處，磁泄漏值（磁通密度）為51Gs（1Gs＝10－4T），此處發(fā)現(xiàn)有輕微的凹坑（見圖1）；2347.4m處，磁通密度為66Gs，此處為連續(xù)凹坑點（見圖2）。經(jīng)檢查，這2處凹坑（點）都非常輕微，不影響作業(yè)使用。

圖1 2261.55～2262m處磁泄漏檢測

圖2 2347.4m處磁泄漏檢測

5 結(jié)論

1）在頁巖氣井連續(xù)油管作業(yè)強度較大，需強制執(zhí)行連續(xù)油管在線檢測，及時淘汰篩選不合格油管或?qū)Υ嬖谌毕莸挠凸懿扇⊙a救措施，規(guī)避作業(yè)風(fēng)險。

2）CoilScan在線檢測裝備可有效的識別油管外徑、橢圓度、壁厚、內(nèi)外壁缺陷，是一種十分有效的連續(xù)油管檢測系統(tǒng)，應(yīng)用效果好。

3）連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)作為頁巖氣開發(fā)的主體技術(shù)已逐漸普及化、規(guī)?；?、規(guī)范化，其作業(yè)強度大、作業(yè)時間長。為確保在頻繁連續(xù)油管作業(yè)中油管的使用安全和施工的順利進行，應(yīng)制定相應(yīng)的連續(xù)油管在線檢測標(biāo)準(zhǔn)。

［1］周兆明，萬夫，李偉勤，等 .連續(xù)油管檢測技術(shù)綜述 ［J］.石油礦場機械，2011，40（4）：9～12.

［2］楊旭，劉書海，李峰，等 .連續(xù)油管檢測技術(shù)研究進展 ［J］.石油機械，2013，41（11）：100～104.

［3］Schlumberger.CoilScan CT pipe inspection system ［Z］.2012.

［4］林俊明 .漏磁檢測技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀研究 ［J］.無損探傷，2006，30（1）：1～5.

［5］李文彬，蘇歡，王珂，等 .連續(xù)管無損檢測技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展 ［J］.無損檢測，2010（6）：475～478.

［6］李文彬，蘇歡，李斌，等 .連續(xù)管檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展 ［J］.遼寧化工，2009（12）：875～878.

［7］武新軍，康宜華，吳義峰，等 .連續(xù)管橢圓度在線磁性檢測原理與方法 ［J］.石油礦場機械，2001，30（6）：12～14.

［8］李文彬 .連續(xù)管無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用研究 ［D］.西安：西安石油大學(xué)，2010.

［9］邱文斌 .連續(xù)管在線無損檢測技術(shù)研究 ［D］.西安：西安工業(yè)大學(xué)，2011 .