一種油水井套管外鋁陽極剩余量的檢測評價方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及腐蝕與防護領域,尤其涉及一種油水井套管外鋁陽極剩余量的檢測評 價方法。
【背景技術】
[0002] 為了防止油田井下套管的外腐蝕,國內外普遍采用了外加電流陰極保護和涂層加 犧牲陽極的保護技術,其中長慶油田采用套管外環(huán)氧冷纏帶和外掛犧牲陽極套管防腐工藝 的油水井達4萬口。為了及時跟蹤套管防腐效果和優(yōu)化防腐設計參數(shù),以及套管安全評估, 消除井筒套管腐蝕破損隱患,對保護套管的犧牲陽極的消耗量進行檢測是十分重要的基礎 工作。
[0003] 地面管道外犧牲陽極的檢測方法,是開挖管道地表土壤來直接觀察測量犧牲陽 極,專利201410563302X"一種辨別管道防腐層破損點是否犧牲陽極的檢測方法"公開了一 種在地面安裝參比電極定性檢測管道外有無陽極的方法,目前沒有在管道內檢測管道外陽 極的儀器方法。
[0004] 對于井下套管外陽極的檢測尚無直接有效的方法,針對油水井套管外陽極只能采 用傳統(tǒng)的拔套機拔出套管進行直觀定量檢測。文獻"腐蝕與防護"2009年率30卷12期的《舟 山某碼頭鋼管粧犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)檢測》中,第928、929頁敘述了 "碼頭鋼粧的犧牲陽 極檢測由潛水員到水下觀察驗證,實地測量陽極的周長和長度,計算出陽極重量和剩余使 用年限"的方法。專利ZL201010263113.2"一種檢測熱水器陽極棒消耗并報警指示的方法" 公布了通過水質檢測間接計算陽極消耗量的方法。由于油田油水井的套管垂直于地面,下 深至地下上千至數(shù)千米,套管周圍采用水泥封固,無法采集水樣或下入儀器人員檢測。 [0005]目前在套管下入儀器檢測套管狀況的工程測井技術比較成熟,如機械井徑+測井+ 井溫、超聲波、井下鷹眼電視、英國MIT+MTT等技術,只能測單層套管,如文獻"MIT和MTT套管 腐蝕檢測技術在蘇里格氣田的應用"(《石油化工應用》2013年第32卷第五期)公布了典型的 MIT+MTT儀的測井應用;能夠檢測的多層管柱(油管或套管)主要是基于電磁技術,如俄羅斯 的套管電磁探傷儀能夠實現(xiàn)多層管柱測試,斯倫貝謝公司的多頻電磁厚度檢測儀(METT); 文獻"套管檢測技術研究進展"(《石油機械》2013年第41卷第8期,P17-22)綜述了套管檢測 技術現(xiàn)狀。
[0006] 目前不論單層套管或多層管柱檢測,均是針對油田用碳鋼材質,對于不同金屬組 成的復合管柱,由于不同金屬的電磁特性差異性,特別是碳鋼與鋁陽極的雙層管柱,尚無定 量解釋模板或方法。
【發(fā)明內容】
[0007] 本發(fā)明目的是針對缺乏套管外鋁陽極定量檢測和評價鋁陽極剩余量的現(xiàn)狀,提供 一種基于金屬壁厚與電磁信號相位差關系原理技術的套管外鋁陽極剩余壽命的檢測評價 方法,以解決目前檢測套管外鋁陽極時缺乏消耗量定量解釋描述的問題。
[0008] 為此,本發(fā)明提供了一種油水井套管外鋁陽極剩余量的檢測評價方法,包括如下 步驟:
[0009] 第一步,確定測井儀運行的激勵信號參數(shù),即發(fā)射的激勵信號通過鋼質套管和鋁 陽極后產生包含鋼質套管與鋁陽極兩種金屬壁厚信息的響應信號。
[0010]第二步,采用測井儀進行井下套管陽極測井,得到含鋼質套管與鋁陽極壁厚信息 的一次測量值。
[0011] 第三步,對一次測量值數(shù)據過濾,得到消除鋼質套管不同壁厚和陽極異常值干擾 因素后的二次測量值。
[0012] 第四步,通過二次測量值計算鋁陽極剩余壁厚。計算公式為經實驗模擬確定的鋁 陽極壁厚y與二次測量值X擬合公式:
[0013] y = -1.1731x2+15.382x_37.494。
[0014] 第五步,作為可選項,通過鋁陽極壁厚計算鋁陽極剩余壽命。計算公式為依據套管 外鋁陽極壁厚y與壽命L關系:
[0015] L = kiy2+k2y
[0016] 式中,
[0017] lu、k2 為常數(shù)。
[0018] 第六步,通過二次測量值計算鋁陽極剩余壽命。計算公式為經實驗模擬確定的陽 極剩余壽命L與二次測量值X的擬合公式:
[0019] L = -0.109x2+1.365x-3.300
[0020] 上述第三步中所述的對一次測量值數(shù)據過濾的過濾方法是:將套管壁厚歸一化, 消除鋁陽極非正常溶解產生的陽極異常值,保留局部腐蝕和均勻腐蝕后產生的正常有效 值。
[0021 ]上述測井儀是英國Sondex公司的MTT磁壁厚測井儀。
[0022] 上述油水井套管為各油田所普遍采用的H40、J55、K55、N8(^PM65、L80、P110、Q125 這些符合API 5CT標準要求的無縫碳鋼套管。
[0023] 上述錯陽極的外徑< 168mm。
[0024] 本發(fā)明的有益效果:1、本發(fā)明提供檢測油水井套管外鋁陽極的評價方法,以金屬 對激勵信號與響應電磁信號間的相位差原理為基礎,對測井儀進行運行參數(shù)設置后,在不 影響測井儀進行鋼質套管測井的同時,完成套管外鋁陽極的測試。
[0025] 2、本發(fā)明克服或回避了碳鋼與鋁材質電磁特性如磁導率的巨大差異,針對鋁陽極 測試的原始數(shù)據背景噪聲波動大、陽極配套的鐵質卡箍、頂絲的異常信號等干擾因素,依據 鋁陽極溶解后的結構特征,進行數(shù)據過濾,提取了較真實反映鋁陽極剩余壁厚的感應信息。 [0026] 3、本發(fā)明提供了電訊號通過鋁陽極時產生的發(fā)射響應訊號間相位差與陽極厚度, 以及與剩余壽命之間的函數(shù)關系式,這是定量化檢測鋁陽極的基礎。
[0027] 4、本發(fā)明原理可靠,工藝可行,井下檢測操作與數(shù)據處理簡便,解決了在役油水井 的油套管外掛鋁陽極消耗狀態(tài)的問題,填補鋁陽極材料檢測領域在井下套管服役狀態(tài)下在 線檢測的空白。為井下套管外鋁陽極的剩余壁厚或剩余壽命評價提供了手段,對進行不拔 出套管來檢測鋁陽極、評價套管"涂層+鋁陽極"聯(lián)合防腐效果具有指導意義,具有井筒安全 生產的預警管理價值。
[0028]以下將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的鋁陽極檢測與剩余壽命評價的流程示意圖;
[0030]圖2鋁陽極的實際壁厚與MTT測量值關系圖;
[0031 ]圖3鋁陽極的剩余壽命與MTT測量值關系圖。
【具體實施方式】
[0032]金屬的厚度y與電磁信號感應的相位差Φ存在以下關系:y 2^^^人
[0033] 式中,f:電信號頻率,Hz;
[0034] μ:磁導率,亨利/米(H/m);
[0035] 〇:電導率,西門子(S)。
[0036] 本發(fā)明通過在套管內的測井儀發(fā)射探頭對鋼套管外鋁陽極發(fā)射交變電流激勵信 號,接收探頭獲得與激勵信號不同相位差的感應電信號,根據已知相位差與金屬厚度的線 性關系,獲得包含鋼質套管和鋁陽極厚度信號的綜合感應信息,對原始數(shù)據統(tǒng)計處理,去除 鋼質套管信號差異和噪聲等非鋁陽極信號因素,根據理論計算與實驗擬合得到的鋁陽極厚 度與相位差關系式,得到陽極壁厚,進而評價陽極工作的剩余壽命。
[0037] 參照圖1,本發(fā)明提供的這種油水井套管外鋁陽極剩余量的檢測評價方法,包括如 下步驟:
[0038] 第一步,確定測井儀運行的激勵信號參數(shù),即發(fā)射的激勵信號通過鋼質套管和鋁 陽極后產生包含鋼質套管與鋁陽極兩種金屬壁厚信息的響應信號,防止響應信號過飽和或 者過微弱。
[0039] 測井儀是英國Sondex公司的ΜΤΤ磁壁厚測井儀(Megnetic Thickness Tool)
[0040] 第二步,采用測井儀進行井下套管陽極測井,得到含鋼質套管與鋁陽極壁厚信息 的一次測量值。
[0041] 第三步,對一次測量值數(shù)據過濾,得到消除鋼質套管不同壁厚和陽極異常值干擾 因素后的二次測量值。
[0042]過濾方法是將套管壁厚歸一化,消除鋁陽極非正常溶解產生的陽極異常值,保留 局部腐蝕和均勻腐蝕后產生的正常有效值。
[0043] 第四步,通過二次測量值計算鋁陽極剩余壁厚。計算公式為經實驗模擬確定的鋁 陽極壁厚y與二次測量值X擬合公式:
[0044] y = -1 · 1731χ2+15 · 382X-37.494。
[0045] 第五步,作為可選項,通過鋁陽極壁厚計算鋁陽極剩余壽命。計算公式為依據套管 外鋁陽極壁厚y與壽命L關系:
[0046] L = kiy2+k2y
[0047] 式中,
[0048] lu、k2 為常數(shù)。
[0049]第六步,通過二次測量值計算鋁陽極剩余壽命。以鋁陽極起始服役時外徑168mm、 壁厚12.75mm的剩余壽命是100%為例(其余外徑、壁厚時采用以下相同公式可按比例折算 剩余壽命),計算公式為經實驗模擬確定的陽極剩余壽命L與二次測量值x的擬合公式:
[0050] L = -0.109χ2+1.365χ-3.300 〇
[0051 ] 本發(fā)明中的油水井套管為各油田所普遍采用的H40、J55、K55、N8(^PM65、L80、 PI 10、Q125這些符合API 5CT標準要求的無縫碳鋼套管,套管外徑139.7mm,壁厚7.72mm。所 述錯陽極的外徑< 168_。
[0052]下面通過實施例結合附圖對套管外鋁陽極的檢測評價方法進一步說明。
[0053]以應用普遍的51//套管外掛最大外徑12.75mm鋁陽極為例進行說明,本實施例的 方法實施流程包括:
[0054] 第一步,確定測井儀的激勵信號參數(shù),即發(fā)射的激勵信號通過套管外鋁陽極后產 生良好的包含鋼質套管與鋁陽極兩種金屬壁厚信息的響應信號。其中測井儀為英國Sondex 公司制造的MTT(Megnetic Thickness Tool)井下鋼質套管測井儀。
[0055] 儀器激勵電壓14V,激勵電流100mA(發(fā)射關)、350mA(發(fā)射開),激勵頻率為8Hz。
[0056] 第二步,采用測井儀進行井下套管壁厚測井,得到含不同鋼質套管壁厚的一次測 量值。
[0057]首先通井,連接好測井儀器串后,下入井底,然后以小于550m/h的速率上提,測井 儀