气井井下腐蚀检测技术及其应用

郑云萍，刘奇，聂畅，陈崎奇，肖杰

(1.西南石油大学石油工程学院，四川 成都 610500;2.中国石油西南管道分公司，四川 成都 610500)

0 引言

气井套管的损坏是国内外油气田面临的重要问题，直接影响油气田安全、高效生产。为准确对腐蚀部位进行判断并对腐蚀情况进行评价，需要通过选择适当的检测仪器进行工程测井。常见井下检测技术包括多臂井径仪、井下电视技术、超声波测漏技术以及电磁测井等。

本文对各技术的原理、性能特点进行概述，以多臂井径仪和电磁测井技术在某油田的实际应用为例，展示了井下腐蚀检测技术的应用，并提出了对气井井下腐蚀检测的建议。

1 井下检测技术

1.1 多臂井径仪

多臂井径仪是测量套管或油管内壁尺寸变化最简便的测量工具之一。仪器结构一般包括引鞋、扶正器、控制系统、测量臂、电子线路以及配重等[1]。在对腐蚀情况进行检测时，首先将仪器下至井底或预定井深，之后控制展开测量臂，测量臂一端紧贴管道内壁，将仪器向地面上提，测量臂随套管内径的变化将通过电缆传回地面接收设备并得到记录。

对于记录的数据可以通过解释处理软件对套管腐蚀和变形等情况进行定量解释，还可将数据处理形成立体柱状图，进行直观评价。

多臂井径仪按测量臂数量可分为X-Y型井径仪、四臂井径仪、十六臂井径仪、十八臂井径仪[2]、三十六臂井径仪、四十臂井径仪等[3]，斯伦贝谢公司、SONDEX和COMPUTALOG等公司各有相应的产品，并得到良好应用[4]。

在选择井径仪的型号时，应注意结合井筒尺寸和井下情况的复杂程度，若井下情况复杂，可以适当选用臂数较少的井径仪以保障测井过程中不会遇卡;对于超深井的检测需要注意尽量选择检测臂与井筒内壁接触的材料耐磨性较好的仪器，以减少检测次数;对于结蜡严重或油泥多的井，为保障测量精度，建议在进行检测前进行洗井。

1.2 超声波测漏技术

超声波成像技术在无损检测中有着较多的应用，由于它必须在液体环境中使用，所以如CAST和CAST-V等设备多用于油井的检测而不适于气井。不同于超声波成像技术，超声波测漏技术通过接收气态或液态泄漏处产生的超声频率波，可以对气井井下泄漏情况进行评价与分析。

超声波测漏技术在检测过程中将检测仪器下入井内，当仪器处于井筒中漏点附近时，漏点处的压力变化将产生紊流并发出超声波，超声波测漏仪的传感器捕获紊流所产生的超声波信号，通过传输至地面进行记录与分析。由于漏点两侧的压力差、井眼形状、传播媒介的不同，每个漏点产生的超声波会有较大差异，测井曲线峰值处指示深度一般即为漏点位置[5]。

1.3 井下视像检测技术

井下视像检测技术通过光纤或电缆将摄像仪器下入气井，将拍摄到的图像传输到地面，并对图像进行后期分析处理，从而对井下情况进行评价。例如DHV技术[6]:利用光缆将摄像机通过油管下入气井对图像以1.5 s一帧的速度进行采集，由摄像机后置灯提供光线，图像经过光缆传输到地面。采集的图像通过软件进行分析处理，可以用来评价套管损坏、腐蚀、落物以及射孔等的情况，但难以给出腐蚀情况的定量评价。该设备有较强的抗腐蚀性，可用于含H2S、CO2的介质中，并且在井下流体透明度较好时，可清楚记录井下情况[7]。

此外，还有光纤井下检测系统，采用光纤作为传输介质进行大数据量的传输，以此能够得到较高质量的井下图像，一般由底盘车、防喷装置、光纤视像检测系统及辅助配套装备构成[8]。

尽管通过井下视像检测技术能够直观地对井下情况进行观察，但是由于难以给出定量评价并且对井下环境要求较高，一般在气井腐蚀检测中相对较少使用。

1.4 电磁检测技术

利用电磁检测技术如远场涡流检测法可对大型多层管串进行检测[9]。利用电磁特性进行检测的设备有英国SONDEX公司的MTT电磁壁厚测井仪、MID-K多层金属管柱电磁探伤成像测井仪和俄罗斯生产的EMDS-TM-42E电磁探伤测井仪等。

SONDEX公司的MTT电磁壁厚测井仪适用于天然气、石油、地层水等多种流体介质条件，能够同时检测多层管柱，在油管内检测油管和套管的电磁特性，通过相关软件分析后可以得出多层管柱各自的厚度变化，并能够指示井下管柱及铁磁性工具情况。需要注意的是，MTT电磁壁厚测井仪的精度受设备本身和外层套管、套管外扶正器等测量管柱外部环境影响，建议测井前做好井况调查[4]。用MTT电磁壁厚测井仪进行检测的最高温度为150℃，最大耐压105 MPa，设备耐酸腐蚀，在国外高含硫、二氧化碳的Saman气田得到良好应用[10]。需要注意的是，对于油、套间隙较小的气井，可能产生较大噪声干扰，难以正常反映管柱损伤情况、解释测井资料[11]，所以进行设备选择时，应结合气井具体情况。

由俄罗斯GITAS公司开发的MID-K多层金属管柱电磁探伤成像测井仪的结构主要包括上部扶正器、磁保护套、电子模块和伽马探头、纵向探测头、横向探测头、温度传感器和下部扶正器[12]。该设备在检测过程中记录275条曲线，其中270条为壁厚的采集曲线，此外还包括自然伽马、电流、测速、2条井温等5条曲线。MID-K可对多层管柱进行检测，并能够区分各层管柱对应的结果[13]。利用DEVIZ-II软件可对测得数据进行分析并对不同层的管壁成像，还可根据油管、套管的厚度特征及感生电动势衰减谱图特征对井下腐蚀情况进行评价[12]。该仪器可在不压井或起油管的情况下对管柱损伤进行检测[14]，并在青海油田、川渝的气田都得到了良好应用[15-17]。MID-K 相关参数如表1 所示[17]。

表1 MIK-K多层金属管柱电磁探伤成像测井仪技术参数

EMDS-TM-42E电磁探伤测井仪利用法拉第电磁感应定律能够对单层和双层管道的壁厚进行检测，从而判断腐蚀情况并确定腐蚀位置[17]。选择适当的数据曲线利用软件进行分析可以得到井下腐蚀情况的定量分析与评价。EMDS-TM-42E电磁探伤测井仪耐温150℃、耐压100 MPa、检测单层套管的精度为0.5 mm、检测双层套管为1.5 mm、纵向缺陷的检测精度为50 mm。该设备与多臂井径仪组成工具串组合应用，在子洲-米脂气田[16]、长庆油田[17]、巴基斯坦[18]等国内外各油气田均得到较多应用。与MID-K相比，EMDS设备内置能够对曲线进行筛选的微型CPU，只有几十条采集曲线，这样可以避免将无用的数据传输至地面[19]。

2 井下腐蚀检测技术在某气田的应用

相对于超声波测漏技术和井下视像检测技术，目前多臂井径仪和电磁检测技术得到的应用更为广泛。由于单一检测技术的使用难以避免结果的片面性，多臂井径仪常与电磁探伤设备组合使用进行测井，多臂井径仪可以准确提供内壁的尺寸变化，电磁检测可以弥补多臂井径仪只能检测单层管壁的不足，并起到辅助解释作用，克服了多臂井径仪受井壁结垢、结蜡的影响。

某气田采用MIT井径仪和MID-K组成工具串组合测井。MIT井径仪部分型号的相关性能见表2。

表2 MIT二十四臂、四十臂井径仪技术参数

结合所需要检测的气井情况，选择MIT二十四臂井径仪以保证在满足检测精度的条件下仪器能够顺利通过油管。在将仪器下入气井进行检测前，需要先对仪器精度进行一次校核，检测过程中进行若干次刻度，并在检测完成后再进行一次校核以确定获取的数据是否可信。

对某气井的检测结果如图1所示，图1中红色标注部分为部分数据异常区域;图2为部分异常区域的三维成像图，通过分析可以判断出油管内壁普遍存在0.2～1.5 mm的坑蚀。

图1 某气井油管腐蚀检测数据

图2 异常区域三维成像图

图3 MID-K多层金属管柱电磁探伤成像测井仪检测结果

图4 MIT井径仪检测结果

图5 某气井油管腐蚀检测数据

使用MID-K和MIT组合仪器对另外某井进行检测，两设备检测结果分别如图3、图4所示，异常段用红色方框标出;图5为红色标注部分的截面图。

通过对数据的分析，可以判断出油管在2382 m处坑蚀已造成穿孔。需要说明的是，并非所有的数据异常都是腐蚀影响，也可能是结垢产物对多臂井径仪的作用或井下工具对电磁检测仪器的影响所造成，这就需要对比2种仪器的检测结果。尽管解释软件能够提供帮助，但是通过有经验的专业人员的分析能够给出更为可信的解释。

3 建议

(1)在对气井井下腐蚀的检测过程中，应注意施工人员以及设备安全，做好紧急预案，特别是对于高压酸性气井的带压操作。

(2)为得到可信的评价结果，一方面应注意对设备的选择;另一方面需要能够对测得的数据进行正确的判断，这就依赖于良好的解释软件以及优秀的分析人员。

(3)由于井下情况复杂，在进行解释之前获得真实可信的井下工具的情况对于数据的解释十分重要，这就依赖于生产单位以及施工人员的配合。

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