井下工具的失效形式與修復檢測方法

孫 濤

（延長油田股份有限公司志丹采油廠，陜西延安 717500）

在油田作業面注水、找堵水、酸化、壓裂等相關工藝作業實施的過程當中，井下工具作為重要設備參與其中，其質量性能直接關系到工藝實施是否順利，對于整個油田作業面穩油控水、增儲上產、采收率提升有著非常關鍵的意義與價值。但受到井下作業面腐蝕性介質的影響，井下工具設備在經過長時間高負荷運行后可能會出現不同類型、不同程度的失效問題，若不及時進行修復檢測，可能影響設備運行性能，導致其使用壽命縮短。因此，業內人士必須充分評估井下工具失效的具體表現形式，了解失效產生的原因，并積極進行修復檢測，以嚴格把控質量關卡，確保井下工具設備的安全、穩定運行。

1 井下工具失效形式

1.1 結垢

結垢是指水體中礦物質結晶并沉淀所形成的。受到結垢影響，井下工具可能發生如下變化：

（1）受水垢中固體微粒影響導致井下工具表面出現腐蝕或者沖蝕的問題；

（2）導致井下工具流通孔徑降低，影響工具作業效率；

（3）導致井下工具零部件表面粗糙度增加，導致工具密封性能降低，甚至出現失效問題。有關研究中通過對井下工具起出后相關性能的檢測發現，工作時間持續一個月以上，與液體直接接觸的井下工具零部件表面上可見較為明顯的水垢，且呈球粒狀分布。且隨著工具工作時間的延長，水垢直徑有增大趨勢，分布密度也有所增加，并且對于表面粗糙度較大的零部件而言，結垢情況往往更為嚴重。除此以外，相較于其他零部件，主流通孔道結垢情況更為明顯，處理難度更大。

1.2 腐蝕

在井下作業環境中，工具設備腐蝕以電化學反應所致自然性腐蝕為主。根據表現形式的不同，其失效類型可以分為以下幾類。

1.2.1 均勻性腐蝕

當井下工具零部件與井液直接接觸時均勻產生化學反應，導致金屬層厚度降低，尤其在酸化處理后油井作業環境中比較常見。

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生失效破壞，表現為局部腐蝕，尤其對于存在懸浮固體顆粒或者氣體的液流而言，局部腐蝕嚴重程度以及破壞程度均會有所加劇，甚至可沿同一方向出現溝槽、斑點缺陷。

1.2.3 電化學、雙金屬性腐蝕

對于井下腐蝕性介質工況而言，不同金屬零部件可能因材質性能影響而出現較為明顯的電位差，直接接觸時導致電流產生，造成金屬腐蝕缺陷。

1.2.4 點蝕

作為井下工具常見腐蝕缺陷之一，其具體表現為關鍵零部件表面麻點分布或孔洞；第五是銹蝕。井下作業注水環節中可能因設備密封性能缺陷導致井內進入一定氧并在水體內大量溶解，短時間內造成設備工具表面水銹缺陷的形成，尤其在含硫鹽水系統中比較常見，且病害程度嚴重。

1.3 漏失

漏失問題在井下作業面管柱設備中比較常見，可能因絲扣松、斜扣、強腐蝕、油管材質性能低等因素所致。一般情況下，漏失問題可以根據發生部分進行分類，在具體表現以及驗證處理方法上有所不同。

1.3.1 配水器以上部分漏失

漏失后會導致各層水量異常降低，井口油套壓基本維持在平衡狀態下，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致注水壓力的異常降低。

1.3.2 第一級封隔器以下部分漏失

漏失后關鍵部位對應的層位水量有異常上升的趨勢，導致水嘴控制性能失效，降低全井注水壓力。受到漏失問題的影響以及強水力沖擊、高溫高壓的共同作用，缺陷部位會在短時間內出現發展趨勢，直接影響井下管柱的作業安全性與穩定性。

2 井下工具修復檢測

2.1 結垢的修復檢測

現場工作人員需要根據對井下設備零部件表面水垢化學成分及其構成比的分析，采取針對性的修復檢測方法。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，以達到滿意的修復效果；若屬于非水溶性水垢，則可以采取機械或化學形式的修復方法。以機械形式修復方法為例，可安排專人借助刮管器直接刮除水垢，或通過機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零部件的規格尺寸更換機加工刀具或刮削工具，耗時較長且損耗較大。化學清除方法則是根據水垢化學成分的構成情況，用化學劑清除表面結構缺陷。以井下設備作業環境中形成水垢較為常見的構成成分硫化亞鐵、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，修復可靠且作業效率高。

2.2 腐蝕的修復檢測

以抽油井為例，抽油泵裝置上下沖程往復作業，井下作業面油管錨、接脫器等關鍵設備裝置在此過程中進行脈動循環，導致腐蝕缺陷表面出現應力集中分布的問題，并形成裂紋缺陷。如修井作業超載沖擊狀態下可能導致關鍵零部件出現脆性斷裂的問題，因此相關作業人員必須及時檢測零部件腐蝕表面，并對其進行可靠修復。目前技術條件支持下對井下工具腐蝕表面的修復處理以金屬層涂鍍為主，其中以鍍鉻層的耐磨性能、硬度、防腐蝕性能、黏結性能最為突出，在石油機械井下工具修復領域中應用最為常見，同時具有增產節約的效果。

2.3 漏失的修復檢測

在油田作業面進入特高含水開發后期，注水作業的價值得到進一步凸顯，但有關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，導致針對管柱失效問題的修復檢測相對比較滯后。造成井下管柱失效的原因眾多，結合油田所處地區實際情況，可能與出砂嚴重、套損井多等因素相關，再加上高溫、高壓環境的影響，導致管柱出現不同程度失效情況。前文已經分析出配水器以上部位漏失、以及第一級封隔器以下部位漏失這兩種類型，對漏失產生的原因以及對管柱所造成的影響進行了分析，在具體驗證的過程中也可按照該標準進行分類，對于第一種漏失情況，在驗證檢測時應當重點核實井口油套壓流量計測試分段取點測定具體漏失部分，對于第二種漏失情況則應當布設流量計在各工具上下分別取點，驗證漏失位置，各層均投死咀，測全井水量。

3 結束語

在油田作業面注水、找堵水、酸化、壓裂等相關工藝作業實施的過程中，井下工具作為重要設備參與其中，其質量性能直接關系到工藝實施是否順利，對于整個油田作業面穩油控水、增儲上產、采收率提升有著非常關鍵的意義與價值。尤其針對一些采油廠而言，注水井井況差，針對井下工具失效問題的判定難度較大，因此必須充分利用各項檢測數據，將判斷與驗證相結合，總結失效的具體表現形式以及嚴重程度，通過綜合分析與論證的方式，確保修復檢測的針對性與可靠性。本文以井下工具為例，針對井下工具在實際運行中常見的失效形式進行分析，主要包括結垢、腐蝕、以及漏失這三種類型，并研究了不同失效形式所對應的修復檢測方法。