在役高风险井口装置腐蚀检测技术探讨

傅登伟 ，邱福寿 ，彭 辉 ，王 斌 ，蒙永立

1.新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依 834000

2.新疆砾岩油藏实验室，新疆克拉玛依 834000

对于中石油各大油田，通常根据其油藏埋深及开采工艺，配套种类较多、数量较大的井口装置，在生产过程中高温含砂多相流对这些井口装置造成较为严重的冲蚀腐蚀，随着服役期的延长，壁厚逐渐减薄和内部缺陷逐步呈现，存在井控失效和产生环境污染的风险。为保障生产运行过程中的本质安全，开展了在役井口装置的检测技术探讨。

1 井口装置概述

井口装置是控制和调节油气井生产的主要设备，主要包括套管头、油管头等，如图1所示。根据现场工艺实际的需要，井口装置设计的基本参数如表1所示。

井口装置在现场使用过程中由于介质处于流动工况，因而在流道变径等部位可能会产生一定的冲蚀腐蚀，尤其对于特殊开采工艺的高风险井口装置而言，易发生如图2所示部位（A、B、C、D、E、F处）的冲蚀腐蚀。

2 井口装置的检测流程研究

选取典型的高风险井口装置，对已经拆除且剖开的稠油热采井口装置进行失效原因分析，通过分析，明确失效原因，确定在用井口装置的检测部位，制定检测评价流程。

2.1 失效原因分析

从宏观检查、化学成分分析、硬度分析、微观组织检测、垢污分析、软件模拟等多方面对井口装置失效机理进行分析，结合井口装置生产工况，明确了井口装置的失效原因，如图3所示。通过分析，确定了导致井口装置失效的主要原因是井口装置制造过程中的缺陷与生产过程中介质的冲刷相互作用，同时明确了关键检测部位为四通或六通脖颈及阀体底部。

图1 典型井口装置总成

表1 井口装置的参数指标

图2 易发生冲蚀腐蚀的部位

2.2 检测评价流程的制定

根据失效原因及关键检测部位，制定了如图4所示的检测评价流程，包括资料准备、现场检测、数据分析评价和整改等。

图3 失效原因分析

图4 检测评价流程示意

3 井口装置检测方法研究

3.1 无损检测方法适用性研究

结合井口装置的结构特点、使用工况、重点检测部位，对国内外多种无损检测技术进行调研、比较，对比结果见表2。进一步对各类无损检测方法在井口装置中应用的适用性进行分析，从井口装置生产工况和结构特点出发，以实现内壁腐蚀及内部缺陷的在线检测为目标，优选出超声检测方法用于现场检测。

3.2 超声检测技术优选

超声检测是集传感器技术、信号处理技术、模糊识别和图像显示等为一体的综合技术，其发展主要表现在不同耦合方式和不同换能器[1-2]。对超声无损检测技术在井口装置中的适用性进行分析[3-5]，见表 3。

表2 检测技术优选对比

表3 超声检测技术在井口装置中的适用性分析

从检测项目、缺陷表达形式、检测精度、检测准确性进行分析，确定采用超声相控阵的方法进行现场检测。结合检测工艺方案，最终确定的具体检测方法为：金属磁记忆初筛、超声测厚定位、超声C扫测内壁腐蚀、超声相控阵精确量化缺陷，相关检测流程、仪器如图5所示，各关键部位检测方法见表4。

图5 检测流程及仪器示意

表4 各关键部位检测方法

4 可行性研究

4.1 设备、试块与校准

选用广州多浦乐32/128PR型Phascan便携式相控阵超声检测仪和德国NKD-019E电磁超声测厚仪开展现场检测工作。超声相控阵设备的参数如表5所示，扫查位置示意如图6所示。

表5 超声相控阵检测仪参数

图6 检测系统及测厚位置示意

4.2 可靠性室内试验验证

为保证检测工作顺利实施，通过室内试验对新型检测方法的检测精度进行验证。实验室预制缺陷如图7所示，检测数据如表6所示。通过室内试验，得到新型检测方法检测出缺陷的精度为φ1.0 mm×1.0 mm。

图7 各部件缺陷预制情况

表6 室内试验检测数据

4.3 现场试验

为进一步保证检测的准确性，对前期采用传统射线方法检测的井口装置数据与现阶段采用新型超声检测方法检测的数据进行对比，其结果如表7所示。现场试验进一步说明新型检测方法的检测准确性较高，与传统方法相比，在检测出缺陷数量的同时可将缺陷大小量化。

表7 现场试验对比

5 结束语

本文结合井口装置生产工况及结构特点，对比了国内外各类无损检测方法，确定了检测方案，并开展了预制缺陷的室内试验，给出仪器检测的精度，同时采用多种无损检测方法进行现场试验，通过对比检测结果，验证、确保检测方法的可行性。通过本项目的研究，初步形成了适用于新疆油田井口装置的检测体系。目前该检测体系已在新疆、辽河等多家油气田的井口装置中应用，有效地保证了井口装置现场运行过程中的本质安全。