在役高風險井口裝置腐蝕檢測技術探討

傅登偉 ，邱福壽 ，彭 輝 ，王 斌 ，蒙永立

1.新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依 834000

2.新疆礫巖油藏實驗室，新疆克拉瑪依 834000

對于中石油各大油田，通常根據其油藏埋深及開采工藝，配套種類較多、數量較大的井口裝置，在生產過程中高溫含砂多相流對這些井口裝置造成較為嚴重的沖蝕腐蝕，隨著服役期的延長，壁厚逐漸減薄和內部缺陷逐步呈現，存在井控失效和產生環境污染的風險。為保障生產運行過程中的本質安全，開展了在役井口裝置的檢測技術探討。

1 井口裝置概述

井口裝置是控制和調節油氣井生產的主要設備，主要包括套管頭、油管頭等，如圖1所示。根據現場工藝實際的需要，井口裝置設計的基本參數如表1所示。

井口裝置在現場使用過程中由于介質處于流動工況，因而在流道變徑等部位可能會產生一定的沖蝕腐蝕，尤其對于特殊開采工藝的高風險井口裝置而言，易發生如圖2所示部位（A、B、C、D、E、F處）的沖蝕腐蝕。

2 井口裝置的檢測流程研究

選取典型的高風險井口裝置，對已經拆除且剖開的稠油熱采井口裝置進行失效原因分析，通過分析，明確失效原因，確定在用井口裝置的檢測部位，制定檢測評價流程。

2.1 失效原因分析

從宏觀檢查、化學成分分析、硬度分析、微觀組織檢測、垢污分析、軟件模擬等多方面對井口裝置失效機理進行分析，結合井口裝置生產工況，明確了井口裝置的失效原因，如圖3所示。通過分析，確定了導致井口裝置失效的主要原因是井口裝置制造過程中的缺陷與生產過程中介質的沖刷相互作用，同時明確了關鍵檢測部位為四通或六通脖頸及閥體底部。

圖1 典型井口裝置總成

表1 井口裝置的參數指標

圖2 易發生沖蝕腐蝕的部位

2.2 檢測評價流程的制定

根據失效原因及關鍵檢測部位，制定了如圖4所示的檢測評價流程，包括資料準備、現場檢測、數據分析評價和整改等。

圖3 失效原因分析

圖4 檢測評價流程示意

3 井口裝置檢測方法研究

3.1 無損檢測方法適用性研究

結合井口裝置的結構特點、使用工況、重點檢測部位，對國內外多種無損檢測技術進行調研、比較，對比結果見表2。進一步對各類無損檢測方法在井口裝置中應用的適用性進行分析，從井口裝置生產工況和結構特點出發，以實現內壁腐蝕及內部缺陷的在線檢測為目標，優選出超聲檢測方法用于現場檢測。

3.2 超聲檢測技術優選

超聲檢測是集傳感器技術、信號處理技術、模糊識別和圖像顯示等為一體的綜合技術，其發展主要表現在不同耦合方式和不同換能器[1-2]。對超聲無損檢測技術在井口裝置中的適用性進行分析[3-5]，見表 3。

表2 檢測技術優選對比

表3 超聲檢測技術在井口裝置中的適用性分析

從檢測項目、缺陷表達形式、檢測精度、檢測準確性進行分析，確定采用超聲相控陣的方法進行現場檢測。結合檢測工藝方案，最終確定的具體檢測方法為：金屬磁記憶初篩、超聲測厚定位、超聲C掃測內壁腐蝕、超聲相控陣精確量化缺陷，相關檢測流程、儀器如圖5所示，各關鍵部位檢測方法見表4。

圖5 檢測流程及儀器示意

表4 各關鍵部位檢測方法

4 可行性研究

4.1 設備、試塊與校準

選用廣州多浦樂32/128PR型Phascan便攜式相控陣超聲檢測儀和德國NKD-019E電磁超聲測厚儀開展現場檢測工作。超聲相控陣設備的參數如表5所示，掃查位置示意如圖6所示。

表5 超聲相控陣檢測儀參數

圖6 檢測系統及測厚位置示意

4.2 可靠性室內試驗驗證

為保證檢測工作順利實施，通過室內試驗對新型檢測方法的檢測精度進行驗證。實驗室預制缺陷如圖7所示，檢測數據如表6所示。通過室內試驗，得到新型檢測方法檢測出缺陷的精度為φ1.0 mm×1.0 mm。

圖7 各部件缺陷預制情況

表6 室內試驗檢測數據

4.3 現場試驗

為進一步保證檢測的準確性，對前期采用傳統射線方法檢測的井口裝置數據與現階段采用新型超聲檢測方法檢測的數據進行對比，其結果如表7所示。現場試驗進一步說明新型檢測方法的檢測準確性較高，與傳統方法相比，在檢測出缺陷數量的同時可將缺陷大小量化。

表7 現場試驗對比

5 結束語

本文結合井口裝置生產工況及結構特點，對比了國內外各類無損檢測方法，確定了檢測方案，并開展了預制缺陷的室內試驗，給出儀器檢測的精度，同時采用多種無損檢測方法進行現場試驗，通過對比檢測結果，驗證、確保檢測方法的可行性。通過本項目的研究，初步形成了適用于新疆油田井口裝置的檢測體系。目前該檢測體系已在新疆、遼河等多家油氣田的井口裝置中應用，有效地保證了井口裝置現場運行過程中的本質安全。