肖彥英，程碧海，令永剛，朱西柱，張?chǎng)沃?中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽(yáng)　74500；.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安　7008）

?

套管DPC內(nèi)涂層檢測(cè)技術(shù)在元城油田試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

肖彥英1，程碧海2，令永剛1，朱西柱1，張?chǎng)沃?
（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽(yáng)745100；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安710018）

摘要：針對(duì)井下套管內(nèi)涂層缺乏有效檢測(cè)和變化監(jiān)測(cè)手段的問(wèn)題，創(chuàng)新開(kāi)展微電極法和單電極法兩種套管內(nèi)涂層檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并建立不同礦化度介質(zhì)下與微電阻與內(nèi)涂層損失率之間的數(shù)學(xué)模型，兩種方法互補(bǔ)，較清晰反應(yīng)出涂層套管配套情況及涂層變化趨勢(shì)，為新井內(nèi)防腐工藝配套執(zhí)行情況核查和防腐工藝適應(yīng)性評(píng)價(jià)提供有效途徑。

關(guān)鍵詞：內(nèi)涂層檢測(cè)；微電極法；單電極法；涂層損失率

目前長(zhǎng)慶油田侏羅系井套管內(nèi)防腐主要采用DPC內(nèi)涂層技術(shù)，由于井下內(nèi)涂層配套情況及變化規(guī)律缺乏有效檢測(cè)手段，電極法和單電極法兩種套管內(nèi)涂層檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，評(píng)價(jià)檢測(cè)技術(shù)適應(yīng)性。

1　涂層測(cè)試技術(shù)原理

由于套管DPC內(nèi)涂層為酚醛樹(shù)脂，屬于典型絕緣材料，其電阻率非常高，而涂層質(zhì)量下降或被破損后，它的導(dǎo)電能力或電阻率急劇下降[1-4]。根據(jù)這一特性，開(kāi)展微電極法和單電極法兩種井下涂層測(cè)試技術(shù)試驗(yàn)。

1.1微電極法原理

設(shè)計(jì)一條包含涂層信息的電阻率測(cè)井電路，提供一條供電通路（見(jiàn)圖1），通過(guò)供電電極A、B供給電流，在井內(nèi)套管局部空間建立微電場(chǎng)，測(cè)量電位差ΔUM1M2，所測(cè)的ΔUM1M2的大小決定于含涂層在內(nèi)的作用區(qū)域介質(zhì)的電阻率，研究ΔUM1M2的變化即反映了沿井套管電阻率的變化，而電阻率變化反應(yīng)涂層變化。測(cè)井時(shí)，測(cè)量電極M，N之間的電位差ΔUMN，并按照下面的公式（1）計(jì)算。

圖1　內(nèi)涂層微電極示意圖

1.2單電極法原理

將套管內(nèi)涂層納入一個(gè)純阻性直流電路中，通過(guò)檢測(cè)恒壓供電下涂層電阻的變化來(lái)判斷涂層質(zhì)量的好壞（見(jiàn)圖2）。給單電極A與B電極供恒定直流電壓，在供電回路中串入采樣電阻，B電極在井口套管附近。采集取樣電阻上的取樣電壓得到隨不同涂層質(zhì)量變化的電流信號(hào)，進(jìn)而推導(dǎo)出電回路中涂層電阻。當(dāng)A電極處于空套管中時(shí)，電路斷路，回路電阻近似無(wú)窮大；在涂層井段因涂層電阻率較高，通過(guò)井液回路有一定電流流動(dòng)，其電流值隨涂層質(zhì)量而變化，當(dāng)A電極處于井筒介質(zhì)裸套管時(shí)井液回路總電阻最小，除去線路電阻后近似短路，即涂層電阻等于零值。

圖2　單電極法檢測(cè)示意圖

1.3檢測(cè)流程和要求

1.3.1測(cè)井準(zhǔn)備起出生產(chǎn)管柱，使用Φ118 mm通井規(guī)通井，再用活性水洗井，直至返出水顏色清澈；起出洗井管柱，安裝Φ11.8 mm電纜防噴器。

1.3.2連接測(cè)井儀器依次連接磁定位器、供電極或微電極、馬籠頭和測(cè)井系統(tǒng)等，邊連接地面儀器邊下放電纜至井底，下放的同時(shí)調(diào)試測(cè)井儀器，正常后邊下放邊測(cè)，控制電纜下放速度不超過(guò)8 000 m/h。

1.3.3上提測(cè)井邊提邊測(cè)，要求恒壓供電10 V，電流法的取樣電阻值為20 Ω，關(guān)注射孔段、短套管、涂層分界及液面位置，重點(diǎn)可疑段復(fù)測(cè)，控制電纜上提速度不超過(guò)3 000 m/h。

用微電極和單電極法各測(cè)井一次，共測(cè)兩次，套管測(cè)井后需取回井筒液，測(cè)試其礦化度或電導(dǎo)率，作為涂層評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2　元中09-21試驗(yàn)測(cè)試及分析

元中09-21為2015年富縣組1口新井，套管完井后、射孔前進(jìn)行涂層測(cè)試試驗(yàn)。該井基本情況（見(jiàn)表1）。

2.1單電極法測(cè)井結(jié)果

表1　元中09-21井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖3　元中09-21井裸套管段（左）和損傷段內(nèi)涂層（右）曲線

中心電極一側(cè)曲線（見(jiàn)圖3），表示的是單電極法結(jié)果，曲線圖中顯示的是取樣電阻上的取樣電位，該電壓反映的特征信息實(shí)際上是回路電流，本質(zhì)上是變化的涂層電阻。在液面～1 106.8 m段涂層電阻隨深度的增加不變（圖3左圖），曲線圖表明在液面～1 106.8 m段均＜0.5 Ω（相對(duì)于清水介質(zhì)），在1 106.8 m以下電阻明顯增大，最大達(dá)400 Ω～700 Ω，峰值一般出現(xiàn)在單根套管的管體中部；在套管兩端接箍位置，電阻變小，在50 Ω～80 Ω，降幅近10倍，從取樣電位曲線可以看出接箍聯(lián)接位置涂層質(zhì)量較本體差，是下步需要防腐施工的重點(diǎn)改進(jìn)地方。

2.2微電極法測(cè)井結(jié)果

圖3中微電極一側(cè)曲線顯示微電極法測(cè)試結(jié)果。在井口～1 106.8 m微梯度和微電位均較小，接近于零值，兩者曲線重合，反映出微電極接觸的探測(cè)點(diǎn)處電阻率很小，為套管裸露表面；在1 106.8 m以下微梯度和微電位明顯增大，微梯度約60 Ω·m，微電位約90 Ω·m，反映出微電極的探測(cè)點(diǎn)處電阻率很大，在套管接箍位置微電極信號(hào)顯著下降，同樣反映出接箍位置涂層質(zhì)量較本體差。

2.3兩種測(cè)試結(jié)果對(duì)比

將以上兩種方法的測(cè)井曲線進(jìn)行對(duì)比，兩者一致性較高，裸套管、損傷處、接箍和管體的取樣電位、微梯度、微電位三條曲線分別對(duì)應(yīng)較好，均反映出裸套管曲線趨近于零值，接箍處電阻（電阻率）比管體有較大降幅，兩種方法在涂層起始位置和短套管位置的一致性曲線信息（見(jiàn)圖4）?？傮w上兩種方法縱向分辨率靈敏（<0.5 m），位置響應(yīng)準(zhǔn)確，與實(shí)際套管涂層位置相符，涂層曲線較好顯示了新井套管內(nèi)涂層的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量信息。

圖4　元中09-21套管內(nèi)涂層起始位置（左）、短套管內(nèi)涂層（右）曲線

因?yàn)閱坞姌O法反映的是內(nèi)涂層整體質(zhì)量信息，反映整體全面，但不能局部刻畫(huà)涂層質(zhì)量；微電極法能精確反映微電極接觸位置即條帶局部的涂層質(zhì)量信息，但漏測(cè)了未接觸涂層區(qū)域的涂層，所以?xún)煞N方法各有所長(zhǎng)，聯(lián)合應(yīng)用可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，兩種方法的測(cè)井曲線綜合對(duì)比更能可靠解釋涂層質(zhì)量信息。

2.4涂層損失情況定量描述

為了進(jìn)一步衡量套管涂層質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)定量的定量化描述，建立涂層質(zhì)量模板，嘗試通過(guò)涂層損傷率與電阻的關(guān)系入手，通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)確立了不同涂層損傷率（或電阻率降幅）y在不同礦化度鹽水介質(zhì)下與電阻R的關(guān)系式：

式中：a、b-隨礦化度變化的常數(shù)，不同濃度下涂層損傷率與電阻關(guān)系（見(jiàn)圖5）。通過(guò)式（2）初步實(shí)現(xiàn)對(duì)全井段不同井深涂層質(zhì)量的刻畫(huà)，以此為基礎(chǔ)對(duì)全井套管內(nèi)涂層質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行分級(jí)評(píng)估。

圖5　涂層損傷率、電阻與濃度關(guān)系模板

將元中09-21井測(cè)出的取樣電位值換算成涂層電阻值，代入關(guān)系式（2），求得該井涂層損傷率，元中09-21井套管內(nèi)涂層質(zhì)量等級(jí)狀況分布（見(jiàn)表2），可以看出，套管內(nèi)涂層損傷率<15 %的管段在95 %（95.22 %）以上，其中80 %以上管段損傷率<1 %，除極個(gè)別管段僅略有下降區(qū)域外，入井后套管整體內(nèi)涂層質(zhì)量較好。

表2　元中09-21井套管內(nèi)涂層質(zhì)量分布統(tǒng)計(jì)表

3　結(jié)論

（1）根據(jù)DPC涂層電阻率大的特征，形成微電極法和單電極法兩種井下涂層檢測(cè)技術(shù)，相互補(bǔ)充，具有較好的一致性和可靠性，而通過(guò)室內(nèi)模擬，建立起涂層損失率定量描述方法，具有廣闊應(yīng)用前景。

（2）通過(guò)對(duì)富縣組一口新井涂層進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)入井后涂層質(zhì)量整體保持較好，但套管接箍位置涂層質(zhì)量較本體差，且部分短套為光套管，是套管防腐配套需重點(diǎn)改進(jìn)的薄弱環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

［1］張金濤，胡吉明，張鑒清.有機(jī)涂層的現(xiàn)代研究方法［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，21（5）:763-767.

［2］劉玲莉.防腐涂層檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀［J］.國(guó)外油氣儲(chǔ)運(yùn)，1994，（4）:35-37.

［3］韓興平.埋地管線腐蝕、涂層缺陷檢測(cè)技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2004，21（1）:108-111.

［4］陳麗姣，李寧，胡會(huì)利，等.檢測(cè)涂層防護(hù)性能的電化學(xué)方法［J］.涂料工業(yè)，2008，38（5）:53-57.

作者簡(jiǎn)介：肖彥英，男（1985-），采油工程師，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事油田開(kāi)發(fā)工藝技術(shù)研究工作，郵箱：xyy01_cq@petrochina.com.cn。

*收稿日期：2015－12-30

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.036

中圖分類(lèi)號(hào)：TE980.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）03-0136-04