井下油管腐蝕監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)在川渝氣田的應(yīng)用

霍紹全 田源 鄧希

1.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國(guó)家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心 3.中國(guó)石油集團(tuán)公司高含硫氣藏開采先導(dǎo)試驗(yàn)基地

腐蝕監(jiān)/檢測(cè)常用的方法有掛試片法、化學(xué)分析法、井徑儀法、電阻測(cè)定儀和氫探測(cè)儀法。含硫氣井井下腐蝕監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)因受工程和經(jīng)濟(jì)因素制約，發(fā)展較為緩慢。近年來(lái)，隨著不關(guān)井測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，將不關(guān)井井下測(cè)試技術(shù)與井下腐蝕監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)結(jié)合形成了在不關(guān)井情況下的井下腐蝕監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)，如井下活動(dòng)式掛片、井下活動(dòng)式電阻探針、多臂式井下測(cè)井儀、井下超聲波測(cè)厚、井下探傷等，井下腐蝕監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用有了較大的發(fā)展[1-4]。

本文針對(duì)川渝氣田井下腐蝕監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了論述，對(duì)監(jiān)/檢測(cè)方法的配合應(yīng)用提出了建議。

1 電阻探針的應(yīng)用

電阻探針技術(shù)應(yīng)用于川渝氣田井下腐蝕監(jiān)測(cè)經(jīng)歷了從地面到井下的過(guò)程。因材料、電池容量、數(shù)據(jù)儲(chǔ)量及井下作業(yè)技術(shù)的限制，最初是將電阻探針安裝在地面井口至分離器之間的管線上，與井口掛片、鐵離子濃度、殘余濃度分析等相結(jié)合，間接地反映井下管串的腐蝕狀況。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，隨著電池容量、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量的增大及抗高溫、耐各種腐蝕環(huán)境能力材料的應(yīng)用，結(jié)合不關(guān)井井下作業(yè)技術(shù)，可以將探針裝在預(yù)定深度的井下，并可在一口井中根據(jù)需要安裝多個(gè)探針，定期取出井下腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，下載數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)地反映井下油管在不同時(shí)段的腐蝕狀況。結(jié)合掛片數(shù)據(jù)與氣井的運(yùn)行資料，可對(duì)井下腐蝕機(jī)理研究提供依據(jù)。加注緩蝕劑后通過(guò)井下電阻探針法可評(píng)價(jià)緩蝕劑的預(yù)膜效果和防腐效果。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的多次應(yīng)用，總結(jié)出了這一技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

1.1 節(jié)流效應(yīng)

在下入電阻探針前，須收集該井的井況資料，測(cè)量氣井井下油管腐蝕監(jiān)測(cè)工具的直徑，通過(guò)模擬計(jì)算來(lái)判定下入電阻探針后是否存在節(jié)流效應(yīng)，以防止下入井下的油管腐蝕監(jiān)測(cè)工具影響氣井的正常生產(chǎn)。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇

現(xiàn)場(chǎng)油管腐蝕情況分析統(tǒng)計(jì)確定：收集所定監(jiān)測(cè)井的腐蝕數(shù)據(jù)或相同區(qū)塊鄰井的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷監(jiān)測(cè)井的主要腐蝕部位和嚴(yán)重腐蝕點(diǎn)來(lái)確定監(jiān)測(cè)井的腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

室內(nèi)模擬：通過(guò)對(duì)氣井生產(chǎn)井況分析，使用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)得出監(jiān)測(cè)井的腐蝕速率隨井深的變化曲線，從腐蝕速率變化曲線來(lái)確定監(jiān)測(cè)井的腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

軟件預(yù)測(cè)：利用腐蝕預(yù)測(cè)軟件預(yù)測(cè)井筒內(nèi)腐蝕嚴(yán)重部位，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)井的完井管柱情況，確定井下腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2 多臂井徑儀+磁測(cè)厚儀組合法的應(yīng)用

在多年的應(yīng)用實(shí)踐中，通過(guò)檢測(cè)-現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證認(rèn)為，單一的井下腐蝕檢測(cè)方法與實(shí)際的腐蝕狀況存在較大的差異，通過(guò)對(duì)多臂井徑儀法、磁測(cè)儀法、磁探傷儀法的檢測(cè)原理分析，認(rèn)為多臂井徑儀法和其他兩種方法存在互補(bǔ)性，隨著測(cè)試精度的不斷提高，組合測(cè)試方法完全可以用于川渝氣田井下腐蝕檢測(cè)。

2.1 多臂井徑儀+磁測(cè)厚儀組合法的優(yōu)點(diǎn)

多臂井徑儀主要指十八臂以上的井徑儀，利用電纜或鋼絲下入井中，一旦工具到達(dá)井底，觸臂經(jīng)電動(dòng)張開，彈簧加載，硬而尖的觸臂以較小的受力沿套管或油管內(nèi)壁向上推，向上運(yùn)行過(guò)程中，記錄內(nèi)徑數(shù)據(jù)。主要檢測(cè)油管在服役期間內(nèi)壁是否存在變形、腐蝕、結(jié)垢等情況。其最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、測(cè)量結(jié)果直觀，但無(wú)法測(cè)量油管外壁腐蝕和油管垢下腐蝕。

磁測(cè)厚儀是由位于中心的電磁發(fā)射器產(chǎn)生交流電磁場(chǎng)，發(fā)射出的電磁信號(hào)穿過(guò)油管，沿著油管外表面?zhèn)鞑?，?jīng)過(guò)一小段距離，然后再次進(jìn)入油管，再由緊貼油管內(nèi)壁的接收傳感器接收，電磁信號(hào)從發(fā)射器到被傳感器接收所用的時(shí)間由發(fā)射器發(fā)出的電磁信號(hào)特性和管壁厚度決定，從而測(cè)得油管的壁厚。但是其壁厚測(cè)定結(jié)果不能確定是由油管內(nèi)壁還是外壁的腐蝕而造成。因此，可結(jié)合多臂井徑儀檢測(cè)的油管內(nèi)壁腐蝕情況來(lái)綜合確定油管內(nèi)外壁的腐蝕情況。

2.2 多臂井徑儀+磁測(cè)厚儀組合法的應(yīng)用

應(yīng)用多臂井徑儀+磁測(cè)厚儀的組合檢測(cè)工具對(duì)天東62井進(jìn)行井下腐蝕檢測(cè)，多臂井徑儀測(cè)試結(jié)果可分析油管本體內(nèi)壁腐蝕的主體腐蝕點(diǎn)，并可通過(guò)油管內(nèi)壁腐蝕截面圖形象地表觀。分析出了油管本體結(jié)垢點(diǎn)(見圖1 和圖2)：第458根油管深度4 358.747 m,結(jié)垢厚度10.03 mm；第459根油管深度4 372.431 m,結(jié)垢厚度10.40 mm。因結(jié)垢的影響，不能有效地檢測(cè)油管的真實(shí)腐蝕狀況。

磁測(cè)厚儀測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理分析測(cè)試數(shù)據(jù)，依據(jù)平均壁厚數(shù)值得到平均壁厚柱狀圖(見圖3)和最大壁厚損失率圖(見圖4)。從圖3和圖4可看出，部分油管壁厚損失量明顯，其中第457、第459根油管有穿孔。磁測(cè)厚儀測(cè)試結(jié)果為：第458根油管平均壁厚為3.34 mm,最小壁厚為1.32 mm；第459根油管平均壁厚為2.26 mm,最小壁厚為0 mm，腐蝕級(jí)別達(dá)到4級(jí)；其中，3750 m以下區(qū)域內(nèi)整體腐蝕率20%～90%，該區(qū)域整體腐蝕呈遞增趨勢(shì)，多數(shù)本體腐蝕2～4級(jí)；井口至3570 m井段腐蝕輕微，整體腐蝕1級(jí)。

隨著磁測(cè)厚儀數(shù)據(jù)軟件處理功能的完善，三維解釋技術(shù)更加直觀準(zhǔn)確?？蓪⒋艤y(cè)厚數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)處理獲得腐蝕三維圖，如池50井第141根油管的磁測(cè)厚腐蝕三維圖(如圖5)顯示有穿孔段。與多臂井徑儀在此位置測(cè)得的數(shù)據(jù)處理后獲得的油管本體腐蝕截面圖(如圖6)進(jìn)行結(jié)合對(duì)比，可確認(rèn)第141根油管存在損傷形態(tài)點(diǎn)狀腐蝕，嚴(yán)重的已穿孔。

為現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證多臂井徑儀+磁測(cè)厚儀的組合檢測(cè)工具的可靠性，在天東62井進(jìn)行修井時(shí)，取出油管進(jìn)行檢測(cè)。從現(xiàn)場(chǎng)取出第459根油管(見圖7)可見，內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，且大面積穿孔，與井下腐蝕檢測(cè)組合的檢測(cè)結(jié)果相符。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用多臂井徑儀+磁測(cè)厚儀的組合檢測(cè)工具對(duì)天東62井的檢測(cè)結(jié)果分析，認(rèn)為兩者在現(xiàn)場(chǎng)腐蝕檢測(cè)上不但可相互驗(yàn)證，而且還存在較大的互補(bǔ)性。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 電阻探針法是井下腐蝕監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要手段，能直觀地反映井下所測(cè)井段腐蝕環(huán)境的瞬時(shí)狀況。但井下油管的腐蝕復(fù)雜多樣，單一的腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能真實(shí)地反應(yīng)井下油管的腐蝕狀況。因此，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果定期地對(duì)油管進(jìn)行腐蝕檢測(cè)。

(2) 多臂井徑儀可直觀地測(cè)得套管內(nèi)壁一個(gè)圓周內(nèi)最大直徑、最小直徑、可以探測(cè)到套管不同方位上的形變；可以通過(guò)內(nèi)徑展開成像、圓周剖面成像、柱面立體成像來(lái)反映井下套管的受損情況，但油管外壁腐蝕和油管垢下腐蝕情況無(wú)法測(cè)量。因此，可結(jié)合輔助磁測(cè)厚儀來(lái)檢測(cè)油管內(nèi)外壁的腐蝕情況，且磁測(cè)厚儀還能佐證多臂井徑儀測(cè)得的管柱損傷、錯(cuò)斷、變形、腐蝕、內(nèi)外管的厚度情況。

(3) 含硫氣田防腐蝕是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，建立有效的腐蝕監(jiān)/檢測(cè)系統(tǒng)，可以使防腐蝕工作以最有效的方式進(jìn)行。根據(jù)防腐蝕的需要，選擇合適的組合方式對(duì)含硫氣井腐蝕進(jìn)行監(jiān)/檢測(cè)，如進(jìn)行材質(zhì)選擇評(píng)價(jià)，最好使用經(jīng)典失重掛片法，進(jìn)行腐蝕機(jī)理和緩蝕劑防腐效果評(píng)價(jià)，可使用電阻探針法并結(jié)合化學(xué)分析方法進(jìn)行，必要時(shí)可使用多臂井徑儀結(jié)合磁測(cè)厚儀來(lái)進(jìn)行防腐效果驗(yàn)證。

(4) 應(yīng)注意對(duì)腐蝕監(jiān)/檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與管理，將腐蝕監(jiān)/檢測(cè)數(shù)據(jù)和氣井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)失效分析可對(duì)類似井的井下油管腐蝕進(jìn)行診斷預(yù)測(cè)，及時(shí)改進(jìn)或優(yōu)化氣井的防腐方案，為含硫氣田的高效開發(fā)提供安全保障。