套管DPC內(nèi)涂層檢測技術在元城油田試驗與評價

肖彥英，程碧海，令永剛，朱西柱，張鑫柱（.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽　74500；.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安　7008）

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套管DPC內(nèi)涂層檢測技術在元城油田試驗與評價

肖彥英1，程碧海2，令永剛1，朱西柱1，張鑫柱2
（1.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745100；2.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安710018）

摘要：針對井下套管內(nèi)涂層缺乏有效檢測和變化監(jiān)測手段的問題，創(chuàng)新開展微電極法和單電極法兩種套管內(nèi)涂層檢測技術現(xiàn)場試驗，并建立不同礦化度介質(zhì)下與微電阻與內(nèi)涂層損失率之間的數(shù)學模型，兩種方法互補，較清晰反應出涂層套管配套情況及涂層變化趨勢，為新井內(nèi)防腐工藝配套執(zhí)行情況核查和防腐工藝適應性評價提供有效途徑。

關鍵詞：內(nèi)涂層檢測；微電極法；單電極法；涂層損失率

目前長慶油田侏羅系井套管內(nèi)防腐主要采用DPC內(nèi)涂層技術，由于井下內(nèi)涂層配套情況及變化規(guī)律缺乏有效檢測手段，電極法和單電極法兩種套管內(nèi)涂層檢測技術現(xiàn)場試驗，并與基礎數(shù)據(jù)進行比對，評價檢測技術適應性。

1　涂層測試技術原理

由于套管DPC內(nèi)涂層為酚醛樹脂，屬于典型絕緣材料，其電阻率非常高，而涂層質(zhì)量下降或被破損后，它的導電能力或電阻率急劇下降[1-4]。根據(jù)這一特性，開展微電極法和單電極法兩種井下涂層測試技術試驗。

1.1微電極法原理

設計一條包含涂層信息的電阻率測井電路，提供一條供電通路（見圖1），通過供電電極A、B供給電流，在井內(nèi)套管局部空間建立微電場，測量電位差ΔUM1M2，所測的ΔUM1M2的大小決定于含涂層在內(nèi)的作用區(qū)域介質(zhì)的電阻率，研究ΔUM1M2的變化即反映了沿井套管電阻率的變化，而電阻率變化反應涂層變化。測井時，測量電極M，N之間的電位差ΔUMN，并按照下面的公式（1）計算。

圖1　內(nèi)涂層微電極示意圖

1.2單電極法原理

將套管內(nèi)涂層納入一個純阻性直流電路中，通過檢測恒壓供電下涂層電阻的變化來判斷涂層質(zhì)量的好壞（見圖2）。給單電極A與B電極供恒定直流電壓，在供電回路中串入采樣電阻，B電極在井口套管附近。采集取樣電阻上的取樣電壓得到隨不同涂層質(zhì)量變化的電流信號，進而推導出電回路中涂層電阻。當A電極處于空套管中時，電路斷路，回路電阻近似無窮大；在涂層井段因涂層電阻率較高，通過井液回路有一定電流流動，其電流值隨涂層質(zhì)量而變化，當A電極處于井筒介質(zhì)裸套管時井液回路總電阻最小，除去線路電阻后近似短路，即涂層電阻等于零值。

圖2　單電極法檢測示意圖

1.3檢測流程和要求

1.3.1測井準備起出生產(chǎn)管柱，使用Φ118 mm通井規(guī)通井，再用活性水洗井，直至返出水顏色清澈；起出洗井管柱，安裝Φ11.8 mm電纜防噴器。

1.3.2連接測井儀器依次連接磁定位器、供電極或微電極、馬籠頭和測井系統(tǒng)等，邊連接地面儀器邊下放電纜至井底，下放的同時調(diào)試測井儀器，正常后邊下放邊測，控制電纜下放速度不超過8 000 m/h。

1.3.3上提測井邊提邊測，要求恒壓供電10 V，電流法的取樣電阻值為20 Ω，關注射孔段、短套管、涂層分界及液面位置，重點可疑段復測，控制電纜上提速度不超過3 000 m/h。

用微電極和單電極法各測井一次，共測兩次，套管測井后需取回井筒液，測試其礦化度或電導率，作為涂層評價基礎數(shù)據(jù)。

2　元中09-21試驗測試及分析

元中09-21為2015年富縣組1口新井，套管完井后、射孔前進行涂層測試試驗。該井基本情況（見表1）。

2.1單電極法測井結果

表1　元中09-21井的基礎數(shù)據(jù)

圖3　元中09-21井裸套管段（左）和損傷段內(nèi)涂層（右）曲線

中心電極一側曲線（見圖3），表示的是單電極法結果，曲線圖中顯示的是取樣電阻上的取樣電位，該電壓反映的特征信息實際上是回路電流，本質(zhì)上是變化的涂層電阻。在液面～1 106.8 m段涂層電阻隨深度的增加不變（圖3左圖），曲線圖表明在液面～1 106.8 m段均＜0.5 Ω（相對于清水介質(zhì)），在1 106.8 m以下電阻明顯增大，最大達400 Ω～700 Ω，峰值一般出現(xiàn)在單根套管的管體中部；在套管兩端接箍位置，電阻變小，在50 Ω～80 Ω，降幅近10倍，從取樣電位曲線可以看出接箍聯(lián)接位置涂層質(zhì)量較本體差，是下步需要防腐施工的重點改進地方。

2.2微電極法測井結果

圖3中微電極一側曲線顯示微電極法測試結果。在井口～1 106.8 m微梯度和微電位均較小，接近于零值，兩者曲線重合，反映出微電極接觸的探測點處電阻率很小，為套管裸露表面；在1 106.8 m以下微梯度和微電位明顯增大，微梯度約60 Ω·m，微電位約90 Ω·m，反映出微電極的探測點處電阻率很大，在套管接箍位置微電極信號顯著下降，同樣反映出接箍位置涂層質(zhì)量較本體差。

2.3兩種測試結果對比

將以上兩種方法的測井曲線進行對比，兩者一致性較高，裸套管、損傷處、接箍和管體的取樣電位、微梯度、微電位三條曲線分別對應較好，均反映出裸套管曲線趨近于零值，接箍處電阻（電阻率）比管體有較大降幅，兩種方法在涂層起始位置和短套管位置的一致性曲線信息（見圖4）?？傮w上兩種方法縱向分辨率靈敏（<0.5 m），位置響應準確，與實際套管涂層位置相符，涂層曲線較好顯示了新井套管內(nèi)涂層的標準質(zhì)量信息。

圖4　元中09-21套管內(nèi)涂層起始位置（左）、短套管內(nèi)涂層（右）曲線

因為單電極法反映的是內(nèi)涂層整體質(zhì)量信息，反映整體全面，但不能局部刻畫涂層質(zhì)量；微電極法能精確反映微電極接觸位置即條帶局部的涂層質(zhì)量信息，但漏測了未接觸涂層區(qū)域的涂層，所以兩種方法各有所長，聯(lián)合應用可以取長補短，兩種方法的測井曲線綜合對比更能可靠解釋涂層質(zhì)量信息。

2.4涂層損失情況定量描述

為了進一步衡量套管涂層質(zhì)量，實現(xiàn)定量的定量化描述，建立涂層質(zhì)量模板，嘗試通過涂層損傷率與電阻的關系入手，通過室內(nèi)模擬實驗確立了不同涂層損傷率（或電阻率降幅）y在不同礦化度鹽水介質(zhì)下與電阻R的關系式：

式中：a、b-隨礦化度變化的常數(shù)，不同濃度下涂層損傷率與電阻關系（見圖5）。通過式（2）初步實現(xiàn)對全井段不同井深涂層質(zhì)量的刻畫，以此為基礎對全井套管內(nèi)涂層質(zhì)量等級進行分級評估。

圖5　涂層損傷率、電阻與濃度關系模板

將元中09-21井測出的取樣電位值換算成涂層電阻值，代入關系式（2），求得該井涂層損傷率，元中09-21井套管內(nèi)涂層質(zhì)量等級狀況分布（見表2），可以看出，套管內(nèi)涂層損傷率<15 %的管段在95 %（95.22 %）以上，其中80 %以上管段損傷率<1 %，除極個別管段僅略有下降區(qū)域外，入井后套管整體內(nèi)涂層質(zhì)量較好。

表2　元中09-21井套管內(nèi)涂層質(zhì)量分布統(tǒng)計表

3　結論

（1）根據(jù)DPC涂層電阻率大的特征，形成微電極法和單電極法兩種井下涂層檢測技術，相互補充，具有較好的一致性和可靠性，而通過室內(nèi)模擬，建立起涂層損失率定量描述方法，具有廣闊應用前景。

（2）通過對富縣組一口新井涂層進行檢測，發(fā)現(xiàn)入井后涂層質(zhì)量整體保持較好，但套管接箍位置涂層質(zhì)量較本體差，且部分短套為光套管，是套管防腐配套需重點改進的薄弱環(huán)節(jié)。

參考文獻：

［1］張金濤，胡吉明，張鑒清.有機涂層的現(xiàn)代研究方法［J］.材料科學與工程學報，2003，21（5）:763-767.

［2］劉玲莉.防腐涂層檢測技術現(xiàn)狀［J］.國外油氣儲運，1994，（4）:35-37.

［3］韓興平.埋地管線腐蝕、涂層缺陷檢測技術［J］.天然氣工業(yè)，2004，21（1）:108-111.

［4］陳麗姣，李寧，胡會利，等.檢測涂層防護性能的電化學方法［J］.涂料工業(yè)，2008，38（5）:53-57.

作者簡介：肖彥英，男（1985-），采油工程師，2009年畢業(yè)于長江大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田開發(fā)工藝技術研究工作，郵箱：xyy01_cq@petrochina.com.cn。

*收稿日期：2015－12-30

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.036

中圖分類號：TE980.5

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0136-04