一种油水井套管外锌阳极剩余量的检测评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及腐蚀与防护领域，尤其涉及一种井下金属套管外锌阳极剩余量的检测 评价方法。
【背景技术】
[0002] 为了防止油田井下套管的外腐蚀，国内外普遍采用了外加电流阴极保护和涂层加 牺牲阳极的保护技术，其中长庆油田采用套管外环氧冷缠带和外挂牺牲阳极套管防腐工艺 的油水井达4万口。为了及时跟踪套管防腐效果和优化防腐设计参数，以及套管安全评估， 消除井筒套管腐蚀破损隐患，对保护套管的牺牲阳极的消耗量进行检测是十分重要的基础 工作。
[0003] 地面管道外牺牲阳极的检测方法，是开挖管道地表土壤来直接观察测量牺牲阳 极，专利201410563302X"一种辨别管道防腐层破损点是否牺牲阳极的检测方法"公开了一 种在地面安装参比电极定性检测管道外有无阳极的方法，目前没有在管道内检测管道外阳 极的仪器方法。
[0004] 对于井下套管外阳极的检测尚无直接有效的方法，针对油水井套管外阳极只能采 用传统的拔套机拔出套管进行直观定量检测。文献"腐蚀与防护"2009年率30卷12期的《舟 山某码头钢管粧牺牲阳极阴极保护系统检测》中，第928、929页叙述了 "码头钢粧的牺牲阳 极检测由潜水员到水下观察验证，实地测量阳极的周长和长度，计算出阳极重量和剩余使 用年限"的方法。专利ZL201010263113.2"一种检测热水器阳极棒消耗并报警指示的方法" 公布了通过水质检测间接计算阳极消耗量的方法。由于油田油水井的套管垂直于地面，下 深至地下上千至数千米，套管周围采用水泥封固，无法采集水样或下入仪器人员检测。 [0005]目前在套管下入仪器检测套管状况的工程测井技术比较成熟，如机械井径+测井+ 井温、超声波、井下鹰眼电视、英国MIT+MTT等技术，只能测单层套管，如文献"MIT和MTT套管 腐蚀检测技术在苏里格气田的应用"（《石油化工应用》2013年第32卷第五期）公布了典型的 MIT+MTT仪的测井应用;能够检测的多层管柱(油管或套管)主要是基于电磁技术，如俄罗斯 的套管电磁探伤仪能够实现多层管柱测试，斯伦贝谢公司的多频电磁厚度检测仪(METT); 文献"套管检测技术研究进展"（《石油机械》2013年第41卷第8期，P17-22)综述了套管检测 技术现状。
[0006] 目前不论单层套管或多层管柱检测，均是针对油田用碳钢材质，对于不同金属组 成的复合管柱，由于不同金属的电磁特性差异性，特别是碳钢与锌阳极的双层管柱，尚无定 量解释模板或方法。
【发明内容】
[0007] 本发明目的是针对缺乏套管外锌阳极定量检测和评价锌阳极剩余量的现状，提供 一种基于金属壁厚与电磁信号相位差关系原理技术的套管外锌阳极剩余寿命的检测评价 方法，以解决目前检测套管外锌阳极时缺乏消耗量定量解释描述的问题。
[0008] 为此，本发明提供了一种油水井套管外锌阳极剩余量的检测评价方法，其技术方 案是:一种油水井套管外锌阳极剩余量的检测评价方法，包括如下步骤：
[0009] 第一步，确定测井仪运行的激励信号参数，即发射的激励信号通过钢质套管和锌 阳极后产生包含钢质套管与锌阳极两种金属壁厚信息的响应信号；
[0010] 第二步，采用测井仪进行井下套管阳极测井，得到含钢质套管与锌阳极壁厚信息 的一次测量值；
[0011] 第三步，对一次测量值数据过滤，得到消除钢质套管不同壁厚和阳极异常值干扰 因素后的二次测量值；
[0012] 第四步，通过二次测量值计算锌阳极剩余壁厚。计算公式为经实验模拟确定的锌 阳极壁厚y与二次测量值X拟合公式：
[0013] y = 0.0396x3·9247
[0014] 第五步，作为可选项，通过锌阳极壁厚计算锌阳极剩余寿命;计算公式为依据套管 外锌阳极壁厚y与寿命L关系：
[0015] L = kiy2+k2y
[0016] 式中，
[0017] 匕上为常数。
[0018] 第六步，通过二次测量值计算锌阳极剩余寿命。计算公式为经实验模拟确定的阳 极剩余寿命L与二次测量值X的拟合公式：
[0019] 7 = 0.005961.182x。
[0020] 上述第三步中所述的对一次测量值数据过滤，其过滤方法是将套管壁厚归一化， 消除锌阳极非正常溶解产生的阳极异常值，保留局部腐蚀和均匀腐蚀后产生的正常有效 值。
[0021 ]上述测井仪是英国Sondex公司的MTT磁壁厚测井仪。
[0022] 其中油水井套管为各油田所普遍采用的H40、J55、K55、N8(^PM65、L80、P110、Q125 这些符合API 5CT标准要求的无缝碳钢套管。
[0023] 上述锌阳极的外径< 168mm。
[0024] 本发明的有益效果：1、本发明提供检测油水井套管外锌阳极的评价方法，以金属 对激励信号与响应电磁信号间的相位差原理为基础，对测井仪进行运行参数设置后，在不 影响测井仪进行钢质套管测井的同时，完成套管外锌阳极的测试。
[0025] 2、本发明克服或回避了碳钢与锌材质电磁特性如磁导率的巨大差异，针对锌阳极 测试的原始数据背景噪声波动大、阳极配套的铁质卡箍、顶丝的异常信号等干扰因素，依据 锌阳极溶解后的结构特征，进行数据过滤，提取了较真实反映锌阳极剩余壁厚的感应信息。
[0026] 3、本发明提供了电讯号通过锌阳极时产生的发射响应讯号间相位差与阳极厚度， 以及与剩余寿命之间的函数关系式，这是定量化检测锌阳极的基础。
[0027] 4、本发明原理可靠，工艺可行，井下检测操作与数据处理简便，解决了在役油水井 的油套管外挂锌阳极消耗状态的问题，填补锌阳极材料检测领域在井下套管服役状态下在 线检测的空白。为井下套管外锌阳极的剩余壁厚或剩余寿命评价提供了手段，对进行不拔 出套管来检测锌阳极、评价套管"涂层+锌阳极"联合防腐效果具有指导意义，具有井筒安全 生产的预警管理价值。
[0028] 以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的锌阳极检测与剩余寿命评价的流程示意图；
[0030] 图2为锌阳极的实际壁厚与MTT测量值关系图；
[0031] 图3为锌阳极的剩余寿命与MTT测量值关系图。
【具体实施方式】
[0032]金属的厚度y与电磁信号感应的相位差Φ存在以下关系：2相.μσ)〇
[0033] 式中，f:电信号频率，Hz;
[0034] μ:磁导率，亨利/米(H/m);
[0035] σ:电导率，西门子(S)。
[0036] 通过在套管内的测井仪发射探头对钢套管外锌阳极发射交变电流激励信号，接收 探头获得与激励信号不同相位差的感应电信号，根据已知相位差与金属厚度的线性关系， 获得包含钢质套管和锌阳极厚度信号的综合感应信息，对原始数据统计处理，去除钢质套 管信号差异和噪声等非锌阳极信号因素，根据理论计算与实验拟合得到的锌阳极厚度与相 位差关系式，得到阳极壁厚，进而评价阳极工作的剩余寿命。
[0037] 参照图1，本发明提供了一种油水井套管外锌阳极剩余量的检测评价方法，包括如 下步骤：
[0038]第一步，确定测井仪运行的激励信号参数，即发射的激励信号通过钢质套管和锌 阳极后产生包含钢质套管与锌阳极两种金属壁厚信息的响应信号，防止响应信号过饱和或 者过微弱。其中测井仪采用英国Sondex公司的ΜΤΤ磁壁厚测井仪(Megnetic Thickness Tool)〇
[0039] 第二步，采用测井仪进行井下套管阳极测井，得到含钢质套管与锌阳极壁厚信息 的一次测量值。
[0040] 第三步，对一次测量值数据过滤，得到消除钢质套管不同壁厚和阳极异常值干扰 因素后的二次测量值。过滤方法是将套管壁厚归一化，消除锌阳极非正常溶解产生的阳极 异常值，保留局部腐蚀和均匀腐蚀后产生的正常有效值。
[0041] 第四步，通过二次测量值计算锌阳极剩余壁厚。计算公式为经实验模拟确定的锌 阳极壁厚y与二次测量值X拟合公式：
[0042] y = 0.0396x3·9247
[0043] 第五步，作为可选项，通过锌阳极壁厚计算锌阳极剩余寿命。计算公式为依据套管 外锌阳极壁厚y与寿命L关系：
[0044] L = kiy2+k2y
[0045] 式中，
[0046] ki、k2 为常数。
[0047] 第六步，通过二次测量值计算锌阳极剩余寿命。以锌阳极起始服役时外径168mm、 壁厚12.75mm的剩余寿命是100%为例（其余外径、壁厚时采用以下相同公式可按比例折算 剩余寿命），计算公式为经实验模拟确定的阳极剩余寿命L与二次测量值X的拟合公式：
[0048] 7 = 0.005961.182x
[0049] 本发明所涉及的油水井套管为各油田所普遍采用的H40、J55、K55、N80和M65、L80、 P110、Q125这些符合API 5CT标准要求的无缝碳钢套管，壁厚7.72111111。所述锌阳极的外径< 168mm〇
[0050] 下面结合附图对套管外锌阳极的检测评价方法进一