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)確對腐蝕部位進(jìn)行判斷并對腐蝕情況進(jìn)行評價，需要通過選擇適當(dāng)?shù)臋z測儀器進(jìn)行工程測井。常見井下檢測技術(shù)包括多臂井徑儀、井下電視技術(shù)、超聲波測漏技術(shù)以及電磁測井等。

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

1 井下檢測技術(shù)

1.1 多臂井徑儀

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

對于記錄的數(shù)據(jù)可以通過解釋處理軟件對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)行直觀評價。

多臂井徑儀按測量臂數(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時，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井過程中不會遇卡;對于超深井的檢測需要注意盡量選擇檢測臂與井筒內(nèi)壁接觸的材料耐磨性較好的儀器，以減少檢測次數(shù);對于結(jié)蠟嚴(yán)重或油泥多的井，為保障測量精度，建議在進(jìn)行檢測前進(jìn)行洗井。

1.2 超聲波測漏技術(shù)

超聲波成像技術(shù)在無損檢測中有著較多的應(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而不適于氣井。不同于超聲波成像技術(shù)，超聲波測漏技術(shù)通過接收氣態(tài)或液態(tài)泄漏處產(chǎn)生的超聲頻率波，可以對氣井井下泄漏情況進(jìn)行評價與分析。

超聲波測漏技術(shù)在檢測過程中將檢測儀器下入井內(nèi)，當(dāng)儀器處于井筒中漏點附近時，漏點處的壓力變化將產(chǎn)生紊流并發(fā)出超聲波，超聲波測漏儀的傳感器捕獲紊流所產(chǎn)生的超聲波信號，通過傳輸至地面進(jìn)行記錄與分析。由于漏點兩側(cè)的壓力差、井眼形狀、傳播媒介的不同，每個漏點產(chǎn)生的超聲波會有較大差異，測井曲線峰值處指示深度一般即為漏點位置[5]。

1.3 井下視像檢測技術(shù)

井下視像檢測技術(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?，并對圖像進(jìn)行后期分析處理，從而對井下情況進(jìn)行評價。例如DHV技術(shù)[6]:利用光纜將攝像機通過油管下入氣井對圖像以1.5 s一幀的速度進(jìn)行采集，由攝像機后置燈提供光線，圖像經(jīng)過光纜傳輸?shù)降孛?。采集的圖像通過軟件進(jìn)行分析處理，可以用來評價套管損壞、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價。該設(shè)備有較強的抗腐蝕性，可用于含H2S、CO2的介質(zhì)中，并且在井下流體透明度較好時，可清楚記錄井下情況[7]。

此外，還有光纖井下檢測系統(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、光纖視像檢測系統(tǒng)及輔助配套裝備構(gòu)成[8]。

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

1.4 電磁檢測技術(shù)

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

SONDEX公司的MTT電磁壁厚測井儀適用于天然氣、石油、地層水等多種流體介質(zhì)條件，能夠同時檢測多層管柱，在油管內(nèi)檢測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電磁壁厚測井儀的精度受設(shè)備本身和外層套管、套管外扶正器等測量管柱外部環(huán)境影響，建議測井前做好井況調(diào)查[4]。用MTT電磁壁厚測井儀進(jìn)行檢測的最高溫度為150℃，最大耐壓105 MPa，設(shè)備耐酸腐蝕，在國外高含硫、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、解釋測井資料[11]，所以進(jìn)行設(shè)備選擇時，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、縱向探測頭、橫向探測頭、溫度傳感器和下部扶正器[12]。該設(shè)備在檢測過程中記錄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、測速、2條井溫等5條曲線。MID-K可對多層管柱進(jìn)行檢測，并能夠區(qū)分各層管柱對應(yīng)的結(jié)果[13]。利用DEVIZ-II軟件可對測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對不同層的管壁成像，還可根據(jù)油管、套管的厚度特征及感生電動勢衰減譜圖特征對井下腐蝕情況進(jìn)行評價[12]。該儀器可在不壓井或起油管的情況下對管柱損傷進(jìn)行檢測[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井儀技術(shù)參數(shù)

EMDS-TM-42E電磁探傷測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，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價。EMDS-TM-42E電磁探傷測井儀耐溫150℃、耐壓100 MPa、檢測單層套管的精度為0.5 mm、檢測雙層套管為1.5 mm、縱向缺陷的檢測精度為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]、長慶油田[17]、巴基斯坦[18]等國內(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，這樣可以避免將無用的數(shù)據(jù)傳輸至地面[19]。

2 井下腐蝕檢測技術(shù)在某氣田的應(yīng)用

相對于超聲波測漏技術(shù)和井下視像檢測技術(shù)，目前多臂井徑儀和電磁檢測技術(shù)得到的應(yīng)用更為廣泛。由于單一檢測技術(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，電磁檢測可以彌補多臂井徑儀只能檢測單層管壁的不足，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組成工具串組合測井。MIT井徑儀部分型號的相關(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)合所需要檢測的氣井情況，選擇MIT二十四臂井徑儀以保證在滿足檢測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)行檢測前，需要先對儀器精度進(jìn)行一次校核，檢測過程中進(jìn)行若干次刻度，并在檢測完成后再進(jìn)行一次校核以確定獲取的數(shù)據(jù)是否可信。

對某氣井的檢測結(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井儀檢測結(jié)果

圖4 MIT井徑儀檢測結(jié)果

圖5 某氣井油管腐蝕檢測數(shù)據(jù)

使用MID-K和MIT組合儀器對另外某井進(jìn)行檢測，兩設(shè)備檢測結(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)物對多臂井徑儀的作用或井下工具對電磁檢測儀器的影響所造成，這就需要對比2種儀器的檢測結(jié)果。盡管解釋軟件能夠提供幫助，但是通過有經(jīng)驗的專業(yè)人員的分析能夠給出更為可信的解釋。

3 建議

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

(2)為得到可信的評價結(jié)果，一方面應(yīng)注意對設(shè)備的選擇;另一方面需要能夠?qū)y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可信的井下工具的情況對于數(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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