CoilScan連續油管在線檢測儀在頁巖氣開發中的應用

熊江勇，王偉佳

趙銘，方俊明 （ 中石化江漢石油工程有限公司頁巖氣開采技術服務公司，湖北 武漢430074）

伴隨著中國頁巖氣逐步進入商業開發，連續油管的應用越來越普及［1］，現已成為頁巖氣開發的主體作業技術，主要用于復合橋塞分段壓裂改造后的鉆塞施工，以及壓裂施工過程中進行傳輸射孔、沖砂解堵和落物打撈等作業。而鉆塞作業屬于長時間帶負荷高壓作業，對連續油管損傷較大；且井底橋塞碎屑的堆積也容易造成連續油管井下遇卡等情況，連續油管作業風險較大。在頁巖氣井的連續油管實際應用中油管曾出現過大量復雜情況，如油管腐蝕或銹蝕嚴重，表面有砂眼、凹坑和劃痕，泄漏，卡斷或拉斷，皺折或癟脹鼓包等。為了保證頁巖氣井開發中連續油管作業的高效性和可靠性，需要對連續油管進行在線檢測［2］，并對檢測出的問題采取補救措施。下面，筆者對CoilScan連續油管在線檢測儀在頁巖氣井的應用進行探討。

1 CoilScan連續油管在線檢測儀

CoilScan連續油管在線檢測儀是目前最為先進的連續油管在線檢測系統［3］，由檢測探頭、一個獨立的計數器、數據獲取系統和監視軟件組成。

檢測探頭包括漏磁檢測和渦流檢測2個部分，形成一個翻蓋設計，允許簡單的安裝在連續油管上。漏磁檢測系統是整個在線檢測的核心部件，能同時檢測到連續油管內外壁上缺陷及壁厚，能允許連續油管快速通過；漏磁檢測系統由8個永久磁鐵、4個側板、4磁軛和2個漏磁半環組件構成，其中每個磁漏半環由32個霍爾傳感器組建，用來檢測系統中的磁漏大小。渦流檢測系統用來檢測連續油管外徑，并用測量結果計算管材的橢圓度；渦流檢測系統由6個渦流位移探針和彈簧加載機構構成；渦流位移探針分3對，成45°安裝在連續油管四周。

獨立的計數器有2個里程表組件，可提高可靠的距離測量。每個里程表組件均有一個高分辨率的旋轉編碼器測量輪，可最大限度地減少車輪打滑的影響。

數據采集和處理系統由電源、數據采集端、計算機和一個軟件包構成。

2 CoilScan連續油管在線檢測原理

CoilScan連續油管在線檢測主要應用電磁檢測技術中的磁漏技術及渦流技術進行檢測，漏磁技術主要檢測油管缺陷和壁厚，渦流技術主要檢測油管直徑和橢圓度。

2.1 漏磁檢測原理

漏磁檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導性這一特性之上。連續油管是一種低碳鋼材料的管材，屬于鐵磁性材料，故可以使用漏磁的方法對其進行檢測。當連續油管被磁化后，若油管內部材質連續、均勻，被檢油管表面幾乎沒有磁場。而當油管因腐蝕裂紋、氣孔、夾渣等原因產生缺陷時，在油管表面缺陷處會形成漏磁場［4］。此時利用磁感應傳感器（如霍爾傳感器）獲取漏磁場信號，檢測被磁化連續油管表面溢出的磁通，就可判斷缺陷是否存在；然后送入計算機進行信號處理，對漏磁場磁通密度分量進行分析，以進一步了解相應缺陷特征，如缺陷寬度、深度［5］。

漏磁檢測技術由傳感器接收信號，軟件判斷有無缺陷，容易實現自動化；從傳感器到計算機處理，降低了人為因素影響引起的誤差，具有較高的檢測可靠性；可以實現缺陷的初步量化，不僅可實現缺陷的有無判斷，還可以對缺陷的危害程度進行評估；對于壁厚30mm以內的管道能同時檢測內外壁缺陷；因其易于自動化，可獲得很高的檢測效率且無污染［6］。

2.2 渦流檢測技術

渦流檢測技術應用的是電磁感應原理［7］，在通有交流電的線圈中放入連續油管，油管表面就會感生渦流（周向電流）。當油管的直徑、厚度、電導率和磁導率發生變化以及存在缺陷時，均會影響線圈的阻抗。由于連續油管內感生渦流的幅值、相位、流動形式及其伴生磁場，受連續油管的幾何形狀、尺寸、有無缺陷等特性、檢測線圈的特性以及連續油管與檢測線圈之間的距離等因素的影響，因此，當改變其中某一因素而使其他因素保持不變時，通過檢測檢測線圈復阻抗的變化，即可對連續油管進行檢測與評價［8］。

渦流檢測時線圈不需要與連續油管直接接觸；對于連續油管表面缺陷的探測靈敏度很高，且在一定范圍內具有良好的線性指示，可對連續油管內外表面大小不同缺陷進行評價，可以用作質量管理與控制；采用特定電路進行處理，可篩選出連續油管單一因素，如裂紋、材質、尺寸、形狀及電導率和磁導率，抑制其他因素，進行有效的檢測［9］。

3 頁巖氣井連續油管在線檢測標準

根據涪陵頁巖氣田工區連續油管作業經驗，建議頁巖氣井連續油管作業檢測標準如下：

1）收到新的連續油管即進行檢測。這是質量控制的關鍵，以判斷連續油管在出廠時有無缺陷，及在運輸過程是否有機械性損壞或者嚴重的腐蝕。

2）連續油管使用中應進行常規檢測。連續油管在頁巖氣井中主要應用于鉆塞及射孔作業。其中鉆塞作業對油管損傷較大，模擬常規連續油管鉆磨橋塞作業后（按4200m井深，18個橋塞，每3個橋塞進行一次短起，短起至2200m，鉆磨時井口回壓16MPa，連續油管內循環壓36～38MPa來模擬），建議連續油管累計帶壓起下每80000m或鉆遇60個橋塞左右需進行一次檢測。

3）井況比較苛刻、異常等非常規情形，建議作業完成后，進行再作業前進行一次檢測。非常規情形包括：帶負荷打撈作業，震擊器頻繁震擊，帶壓起下多次；長時鉆磨無進展，長時在同一深度鉆磨，頻繁馬達憋停，多次短起；長時帶壓沖洗作業；異常高壓作業，連續油管內循環壓超過55MPa；泵酸等腐蝕性液體；連續油管拖動式壓裂。

4）發現異常情況時（如發現連續油管表面有較深的劃痕、注入頭鏈條夾痕時；發現防噴盒膠芯和銅套磨損過快時；軟件分析發現連續油管壽命和疲勞值有異常下降），需及時進行檢測。

5）其他情況如連續油管閑置待命超過6個月的，使用前需進行檢測；連續油管使用滿1年的，建議至少需要進行1次檢測。

6）連續油管必須建立獨立檔案進行統一管理，檔案內容應包括：廠家、規格型號、制造焊點位置數據、壁厚、出廠合格證、歷次使用情況、檢測追溯標識號、歷次檢測報告等，可追蹤檢測的結果，分析油管的可用壽命。

4 應用實例

2014年8月24日，使用CoilScan連續油管在線檢測儀，對正在涪陵頁巖氣田服務（通井作業）的一盤?2in連續油管進行了檢測。該盤連續油管為Quality Tubing生產，強度為QT900，壁厚0.156in，此前進行過多次鉆塞作業，現有長度5210.86m，檢測長度為4633.25m。其外徑、橢圓度、壁厚、MFL磁通泄漏、缺陷等參數被成功檢測、記錄以及追蹤，具體數據如表1所示。

表1 涪陵頁巖氣田2in連續油管在線檢測結果

在磁泄漏檢測中有2個典型的報警點：2261.55～2262m處，磁泄漏值（磁通密度）為51Gs（1Gs＝10－4T），此處發現有輕微的凹坑（見圖1）；2347.4m處，磁通密度為66Gs，此處為連續凹坑點（見圖2）。經檢查，這2處凹坑（點）都非常輕微，不影響作業使用。

圖1 2261.55～2262m處磁泄漏檢測

圖2 2347.4m處磁泄漏檢測

5 結論

1）在頁巖氣井連續油管作業強度較大，需強制執行連續油管在線檢測，及時淘汰篩選不合格油管或對存在缺陷的油管采取補救措施，規避作業風險。

2）CoilScan在線檢測裝備可有效的識別油管外徑、橢圓度、壁厚、內外壁缺陷，是一種十分有效的連續油管檢測系統，應用效果好。

3）連續油管作業技術作為頁巖氣開發的主體技術已逐漸普及化、規?；?、規范化，其作業強度大、作業時間長。為確保在頻繁連續油管作業中油管的使用安全和施工的順利進行，應制定相應的連續油管在線檢測標準。

［1］周兆明，萬夫，李偉勤，等 .連續油管檢測技術綜述 ［J］.石油礦場機械，2011，40（4）：9～12.

［2］楊旭，劉書海，李峰，等 .連續油管檢測技術研究進展 ［J］.石油機械，2013，41（11）：100～104.

［3］Schlumberger.CoilScan CT pipe inspection system ［Z］.2012.

［4］林俊明 .漏磁檢測技術及發展現狀研究 ［J］.無損探傷，2006，30（1）：1～5.

［5］李文彬，蘇歡，王珂，等 .連續管無損檢測技術的應用發展 ［J］.無損檢測，2010（6）：475～478.

［6］李文彬，蘇歡，李斌，等 .連續管檢測技術的現狀和發展 ［J］.遼寧化工，2009（12）：875～878.

［7］武新軍，康宜華，吳義峰，等 .連續管橢圓度在線磁性檢測原理與方法 ［J］.石油礦場機械，2001，30（6）：12～14.

［8］李文彬 .連續管無損檢測技術及其應用研究 ［D］.西安：西安石油大學，2010.

［9］邱文斌 .連續管在線無損檢測技術研究 ［D］.西安：西安工業大學，2011 .