井下工具的失效形式與修復(fù)檢測(cè)方法

孫 濤

（延長(zhǎng)油田股份有限公司志丹采油廠，陜西延安 717500）

在油田作業(yè)面注水、找堵水、酸化、壓裂等相關(guān)工藝作業(yè)實(shí)施的過(guò)程當(dāng)中，井下工具作為重要設(shè)備參與其中，其質(zhì)量性能直接關(guān)系到工藝實(shí)施是否順利，對(duì)于整個(gè)油田作業(yè)面穩(wěn)油控水、增儲(chǔ)上產(chǎn)、采收率提升有著非常關(guān)鍵的意義與價(jià)值。但受到井下作業(yè)面腐蝕性介質(zhì)的影響，井下工具設(shè)備在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行后可能會(huì)出現(xiàn)不同類型、不同程度的失效問(wèn)題，若不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)檢測(cè)，可能影響設(shè)備運(yùn)行性能，導(dǎo)致其使用壽命縮短。因此，業(yè)內(nèi)人士必須充分評(píng)估井下工具失效的具體表現(xiàn)形式，了解失效產(chǎn)生的原因，并積極進(jìn)行修復(fù)檢測(cè)，以嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)卡，確保井下工具設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 井下工具失效形式

1.1 結(jié)垢

結(jié)垢是指水體中礦物質(zhì)結(jié)晶并沉淀所形成的。受到結(jié)垢影響，井下工具可能發(fā)生如下變化：

（1）受水垢中固體微粒影響導(dǎo)致井下工具表面出現(xiàn)腐蝕或者沖蝕的問(wèn)題；

（2）導(dǎo)致井下工具流通孔徑降低，影響工具作業(yè)效率；

（3）導(dǎo)致井下工具零部件表面粗糙度增加，導(dǎo)致工具密封性能降低，甚至出現(xiàn)失效問(wèn)題。有關(guān)研究中通過(guò)對(duì)井下工具起出后相關(guān)性能的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，工作時(shí)間持續(xù)一個(gè)月以上，與液體直接接觸的井下工具零部件表面上可見(jiàn)較為明顯的水垢，且呈球粒狀分布。且隨著工具工作時(shí)間的延長(zhǎng)，水垢直徑有增大趨勢(shì)，分布密度也有所增加，并且對(duì)于表面粗糙度較大的零部件而言，結(jié)垢情況往往更為嚴(yán)重。除此以外，相較于其他零部件，主流通孔道結(jié)垢情況更為明顯，處理難度更大。

1.2 腐蝕

在井下作業(yè)環(huán)境中，工具設(shè)備腐蝕以電化學(xué)反應(yīng)所致自然性腐蝕為主。根據(jù)表現(xiàn)形式的不同，其失效類型可以分為以下幾類。

1.2.1 均勻性腐蝕

當(dāng)井下工具零部件與井液直接接觸時(shí)均勻產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬層厚度降低，尤其在酸化處理后油井作業(yè)環(huán)境中比較常見(jiàn)。

1.2.2 沖蝕性腐蝕

井下工具零部件表面上覆蓋薄膜可能因高速氣液流影響而發(fā)生失效破壞，表現(xiàn)為局部腐蝕，尤其對(duì)于存在懸浮固體顆粒或者氣體的液流而言，局部腐蝕嚴(yán)重程度以及破壞程度均會(huì)有所加劇，甚至可沿同一方向出現(xiàn)溝槽、斑點(diǎn)缺陷。

1.2.3 電化學(xué)、雙金屬性腐蝕

對(duì)于井下腐蝕性介質(zhì)工況而言，不同金屬零部件可能因材質(zhì)性能影響而出現(xiàn)較為明顯的電位差，直接接觸時(shí)導(dǎo)致電流產(chǎn)生，造成金屬腐蝕缺陷。

1.2.4 點(diǎn)蝕

作為井下工具常見(jiàn)腐蝕缺陷之一，其具體表現(xiàn)為關(guān)鍵零部件表面麻點(diǎn)分布或孔洞；第五是銹蝕。井下作業(yè)注水環(huán)節(jié)中可能因設(shè)備密封性能缺陷導(dǎo)致井內(nèi)進(jìn)入一定氧并在水體內(nèi)大量溶解，短時(shí)間內(nèi)造成設(shè)備工具表面水銹缺陷的形成，尤其在含硫鹽水系統(tǒng)中比較常見(jiàn)，且病害程度嚴(yán)重。

1.3 漏失

漏失問(wèn)題在井下作業(yè)面管柱設(shè)備中比較常見(jiàn)，可能因絲扣松、斜扣、強(qiáng)腐蝕、油管材質(zhì)性能低等因素所致。一般情況下，漏失問(wèn)題可以根據(jù)發(fā)生部分進(jìn)行分類，在具體表現(xiàn)以及驗(yàn)證處理方法上有所不同。

1.3.1 配水器以上部分漏失

漏失后會(huì)導(dǎo)致各層水量異常降低，井口油套壓基本維持在平衡狀態(tài)下，同一注水壓力條件下全井水量有所上升，或在同一配注水量條件下導(dǎo)致注水壓力的異常降低。

1.3.2 第一級(jí)封隔器以下部分漏失

漏失后關(guān)鍵部位對(duì)應(yīng)的層位水量有異常上升的趨勢(shì)，導(dǎo)致水嘴控制性能失效，降低全井注水壓力。受到漏失問(wèn)題的影響以及強(qiáng)水力沖擊、高溫高壓的共同作用，缺陷部位會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)發(fā)展趨勢(shì)，直接影響井下管柱的作業(yè)安全性與穩(wěn)定性。

2 井下工具修復(fù)檢測(cè)

2.1 結(jié)垢的修復(fù)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要根據(jù)對(duì)井下設(shè)備零部件表面水垢化學(xué)成分及其構(gòu)成比的分析，采取針對(duì)性的修復(fù)檢測(cè)方法。若屬于水溶性水垢（多為氯化鈉水垢），可直接用淡水浸泡沖洗，以達(dá)到滿意的修復(fù)效果；若屬于非水溶性水垢，則可以采取機(jī)械或化學(xué)形式的修復(fù)方法。以機(jī)械形式修復(fù)方法為例，可安排專人借助刮管器直接刮除水垢，或通過(guò)機(jī)床加工的方式清除零部件表面大面積水垢缺陷。本方法的處理效果徹底、有效，但需要工作人員根據(jù)零部件的規(guī)格尺寸更換機(jī)加工刀具或刮削工具，耗時(shí)較長(zhǎng)且損耗較大?；瘜W(xué)清除方法則是根據(jù)水垢化學(xué)成分的構(gòu)成情況，用化學(xué)劑清除表面結(jié)構(gòu)缺陷。以井下設(shè)備作業(yè)環(huán)境中形成水垢較為常見(jiàn)的構(gòu)成成分硫化亞鐵、碳酸鈣為例，清除此類水垢缺陷可以將工具零件拆卸后直接浸泡至濃度10.0%的醋酸溶液中，直接擦洗即可，修復(fù)可靠且作業(yè)效率高。

2.2 腐蝕的修復(fù)檢測(cè)

以抽油井為例，抽油泵裝置上下沖程往復(fù)作業(yè)，井下作業(yè)面油管錨、接脫器等關(guān)鍵設(shè)備裝置在此過(guò)程中進(jìn)行脈動(dòng)循環(huán)，導(dǎo)致腐蝕缺陷表面出現(xiàn)應(yīng)力集中分布的問(wèn)題，并形成裂紋缺陷。如修井作業(yè)超載沖擊狀態(tài)下可能導(dǎo)致關(guān)鍵零部件出現(xiàn)脆性斷裂的問(wèn)題，因此相關(guān)作業(yè)人員必須及時(shí)檢測(cè)零部件腐蝕表面，并對(duì)其進(jìn)行可靠修復(fù)。目前技術(shù)條件支持下對(duì)井下工具腐蝕表面的修復(fù)處理以金屬層涂鍍?yōu)橹?，其中以鍍鉻層的耐磨性能、硬度、防腐蝕性能、黏結(jié)性能最為突出，在石油機(jī)械井下工具修復(fù)領(lǐng)域中應(yīng)用最為常見(jiàn)，同時(shí)具有增產(chǎn)節(jié)約的效果。

2.3 漏失的修復(fù)檢測(cè)

在油田作業(yè)面進(jìn)入特高含水開(kāi)發(fā)后期，注水作業(yè)的價(jià)值得到進(jìn)一步凸顯，但有關(guān)水井判斷管柱失效缺陷方面并不具備油井示功圖一類清晰直觀的方法，導(dǎo)致針對(duì)管柱失效問(wèn)題的修復(fù)檢測(cè)相對(duì)比較滯后。造成井下管柱失效的原因眾多，結(jié)合油田所處地區(qū)實(shí)際情況，可能與出砂嚴(yán)重、套損井多等因素相關(guān)，再加上高溫、高壓環(huán)境的影響，導(dǎo)致管柱出現(xiàn)不同程度失效情況。前文已經(jīng)分析出配水器以上部位漏失、以及第一級(jí)封隔器以下部位漏失這兩種類型，對(duì)漏失產(chǎn)生的原因以及對(duì)管柱所造成的影響進(jìn)行了分析，在具體驗(yàn)證的過(guò)程中也可按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，對(duì)于第一種漏失情況，在驗(yàn)證檢測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)核實(shí)井口油套壓流量計(jì)測(cè)試分段取點(diǎn)測(cè)定具體漏失部分，對(duì)于第二種漏失情況則應(yīng)當(dāng)布設(shè)流量計(jì)在各工具上下分別取點(diǎn)，驗(yàn)證漏失位置，各層均投死咀，測(cè)全井水量。

3 結(jié)束語(yǔ)

在油田作業(yè)面注水、找堵水、酸化、壓裂等相關(guān)工藝作業(yè)實(shí)施的過(guò)程中，井下工具作為重要設(shè)備參與其中，其質(zhì)量性能直接關(guān)系到工藝實(shí)施是否順利，對(duì)于整個(gè)油田作業(yè)面穩(wěn)油控水、增儲(chǔ)上產(chǎn)、采收率提升有著非常關(guān)鍵的意義與價(jià)值。尤其針對(duì)一些采油廠而言，注水井井況差，針對(duì)井下工具失效問(wèn)題的判定難度較大，因此必須充分利用各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，將判斷與驗(yàn)證相結(jié)合，總結(jié)失效的具體表現(xiàn)形式以及嚴(yán)重程度，通過(guò)綜合分析與論證的方式，確保修復(fù)檢測(cè)的針對(duì)性與可靠性。本文以井下工具為例，針對(duì)井下工具在實(shí)際運(yùn)行中常見(jiàn)的失效形式進(jìn)行分析，主要包括結(jié)垢、腐蝕、以及漏失這三種類型，并研究了不同失效形式所對(duì)應(yīng)的修復(fù)檢測(cè)方法。