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(jù)其油藏埋深及開采工藝，配套種類較多、數(shù)量較大的井口裝置，在生產(chǎn)過程中高溫含砂多相流對這些井口裝置造成較為嚴(yán)重的沖蝕腐蝕，隨著服役期的延長，壁厚逐漸減薄和內(nèi)部缺陷逐步呈現(xiàn)，存在井控失效和產(chǎn)生環(huán)境污染的風(fēng)險。為保障生產(chǎn)運行過程中的本質(zhì)安全，開展了在役井口裝置的檢測技術(shù)探討。

1 井口裝置概述

井口裝置是控制和調(diào)節(jié)油氣井生產(chǎn)的主要設(shè)備，主要包括套管頭、油管頭等，如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場工藝實際的需要，井口裝置設(shè)計的基本參數(shù)如表1所示。

井口裝置在現(xiàn)場使用過程中由于介質(zhì)處于流動工況，因而在流道變徑等部位可能會產(chǎn)生一定的沖蝕腐蝕，尤其對于特殊開采工藝的高風(fēng)險井口裝置而言，易發(fā)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(fēng)險井口裝置，對已經(jīng)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(xué)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(jié)合井口裝置生產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)過程中介質(zhì)的沖刷相互作用，同時明確了關(guān)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(shù)指標(biāo)

圖2 易發(fā)生沖蝕腐蝕的部位

2.2 檢測評價流程的制定

根據(jù)失效原因及關(guān)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(zhǔn)備、現(xiàn)場檢測、數(shù)據(jù)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(jié)合井口裝置的結(jié)構(gòu)特點、使用工況、重點檢測部位，對國內(nèi)外多種無損檢測技術(shù)進行調(diào)研、比較，對比結(jié)果見表2。進一步對各類無損檢測方法在井口裝置中應(yīng)用的適用性進行分析，從井口裝置生產(chǎn)工況和結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，以實現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕及內(nèi)部缺陷的在線檢測為目標(biāo)，優(yōu)選出超聲檢測方法用于現(xiàn)場檢測。

3.2 超聲檢測技術(shù)優(yōu)選

超聲檢測是集傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、模糊識別和圖像顯示等為一體的綜合技術(shù)，其發(fā)展主要表現(xiàn)在不同耦合方式和不同換能器[1-2]。對超聲無損檢測技術(shù)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(shù)優(yōu)選對比

表3 超聲檢測技術(shù)在井口裝置中的適用性分析

從檢測項目、缺陷表達(dá)形式、檢測精度、檢測準(zhǔn)確性進行分析，確定采用超聲相控陣的方法進行現(xiàn)場檢測。結(jié)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(nèi)壁腐蝕、超聲相控陣精確量化缺陷，相關(guān)檢測流程、儀器如圖5所示，各關(guān)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(guān)鍵部位檢測方法

4 可行性研究

4.1 設(shè)備、試塊與校準(zhǔn)

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(xiàn)場檢測工作。超聲相控陣設(shè)備的參數(shù)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(shù)

圖6 檢測系統(tǒng)及測厚位置示意

4.2 可靠性室內(nèi)試驗驗證

為保證檢測工作順利實施，通過室內(nèi)試驗對新型檢測方法的檢測精度進行驗證。實驗室預(yù)制缺陷如圖7所示，檢測數(shù)據(jù)如表6所示。通過室內(nèi)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(yù)制情況

表6 室內(nèi)試驗檢測數(shù)據(jù)

4.3 現(xiàn)場試驗

為進一步保證檢測的準(zhǔn)確性，對前期采用傳統(tǒng)射線方法檢測的井口裝置數(shù)據(jù)與現(xiàn)階段采用新型超聲檢測方法檢測的數(shù)據(jù)進行對比，其結(jié)果如表7所示。現(xiàn)場試驗進一步說明新型檢測方法的檢測準(zhǔn)確性較高，與傳統(tǒng)方法相比，在檢測出缺陷數(shù)量的同時可將缺陷大小量化。

表7 現(xiàn)場試驗對比

5 結(jié)束語

本文結(jié)合井口裝置生產(chǎn)工況及結(jié)構(gòu)特點，對比了國內(nèi)外各類無損檢測方法，確定了檢測方案，并開展了預(yù)制缺陷的室內(nèi)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(xiàn)場試驗，通過對比檢測結(jié)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(yīng)用，有效地保證了井口裝置現(xiàn)場運行過程中的本質(zhì)安全。