硫化氢环境下测井电缆的保护方法

2011-01-05谢岗朱瑜

石油管材与仪器 2011年4期

关键词：硫化氢钢丝测井

谢岗朱瑜

(1.长城钻探测井公司国际业务项目部北京) (2.长城钻探测井公司测井公司北京)

硫化氢环境下测井电缆的保护方法

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(1.长城钻探测井公司国际业务项目部北京) (2.长城钻探测井公司测井公司北京)

随着勘探的深入,各种含有H2S,CO2等有害气体的井越来越多。在这类井中测井作业时,需要采取一定的方法来保护电缆,防止腐蚀。文章介绍了一种非常经济实用的方法,即采用给普通电缆注入硫化氢抑制剂,来达到防硫和保护电缆的目的。

电缆;硫化氢;抑制剂

0 引言

测井电缆分为普通电缆和专用防硫电缆,针对井液不同的酸性条件,使用不同的电缆。一般来说,含酸性气体超过5%,应使用专用防硫电缆[1]。但是由于专用防硫电缆价格昂贵(特别是多芯电缆),是普通电缆的10倍以上,因此很少使用。目前较常采用是利用专门的注脂设备,把硫化氢抑制剂注入电缆,在电缆内部和表面形成保护膜,避免电缆和井液直接接触,从而达到保护电缆的目的。这种方法成本较低,使用方便,得到较多的应用。

1 硫化氢对测井电缆的腐蚀作用

硫化氢对测井电缆的腐蚀作用主要有:①电化学腐蚀,是硫化氢在有水的条件下在金属表而产生的电化学效应,生成物是一种疏松的物质,在金属表面形成针孔、蚀坑斑点和溃疡等现象;②氢脆和氢鼓泡(HSC),硫化氢介质作用时加剧了钢的渗氢作用,从而导致金属氢脆和设备腐蚀破裂;③硫化物应力腐蚀破裂(SSC),它是金属在含硫天然气和应力两者作用下的破裂,拉应力来自外力负荷和内应力[2]。

2 测井电缆结构

测井电缆主要由铠装层及缆芯两部分组成,如图1所示。铠装层分内层及外层钢丝,分别为右旋绕和左旋绕,缆芯由传输导线、绝缘材料、充填物及保护层组成。普通电缆铠装钢丝一般采用高强度镀锌钢丝(高浓度硫化氢及高压蒸汽井采用镀镍、铬等不锈钢钢丝)。缆芯中导线由多股优质铜丝分层绕制,这样增加了缆芯的柔韧性。绝缘层则采用较好的电气性能及机械性能的材料,如丙烯共聚物、泰氟隆等,既保证了绝缘而且又增加了缆芯强度、抗扭能力,并且在工艺上采用二次喷塑技术。充填物及保护层采取加有高温半导体材料和强度高的胶带,既起到了一定屏蔽作用又保护了缆芯[3]。

图1 测井电缆结构

注硫化氢抑制剂的目的就是要采用高压装置,把抑制剂打入内外层钢丝及内层钢丝与缆芯之间的缝隙,同时在外层钢丝表面形成一薄油层,这样可同时对内外层电缆达到最佳的保护效果。

3 硫化氢抑制剂的性能特点

针对井下不同的酸性环境,国外已开发出了多种类型的抑制剂。根据井中所含有害气体类型和浓度选择不同的抑制剂。

常用的硫化氢抑制剂应具有以下特点:

(1)低粘度,受温度变化影响较小;

(2)性能稳定,不与井内其他化学物质发生反应;

(3)能对电缆内外层钢丝及内部缆芯提供良好保护,避免受到腐蚀破坏;

(4)具有润滑作用,能够在外部压力环境下保护电缆免于磨损;

(5)具有良好渗透性能,能自动快速渗入到电缆内部;

(6)能够在电缆表面形成保护油膜;

(7)能抗杂物粘连携带,抗水冲刷;

(8)能具有和自然纤维和聚乙烯材料,石油产品等较好的亲和性,易于粘附在其表面;

(9)能生物降解,无毒性,对环境无污染。

4 硫化氢抑制剂注脂方法

以往传统的注脂方法虽然也把抑制剂注入电缆表面及缝隙中,但同时也把电缆上附着的细小颗粒,盐水,酸性物质等污染物包裹在里面。从表面看,似乎也注入得很好,但这些暗藏的污染物对电缆的伤害不容忽视,会加速电缆的腐蚀和老化。而新一代注脂方法不仅提高了抑制剂的性能,同时也在注脂设备上加以研究,不仅要求注脂效果更好,而且在注脂的同时,能把电缆上附着的污染物清理带走,从而克服了传统注脂方法中存在的缺陷。

常用的硫化氢抑制剂注脂设备一般有两种类型,一种是永久固定在测井大车上,不可拆卸。另外一种是可移动式的,既可安装在车上,也可安装在井台上,用完后可拆下收回。从使用角度来讲,可移动式的更为方便。可移动式的硫化氢抑制剂注脂设备一般包含四个部分:1)气动马达,提供注脂的动力;2)供给过滤系统,给注脂器提供硫化氢抑制剂并回收过滤从注脂返回的多余的抑制剂;3)注脂器,安装在电缆上并通过它给电缆注入硫化氢抑制剂;4)管线,链条等附件。

电缆下井前,把注脂器安装在电缆上面,并通过链条固定在井口。根据电缆不同的尺寸,选用相应的补芯和衬套。注脂器注入口连接气动马达,出口连接循环过滤系统的回流管线,气动马达另一端连接循环过滤系统的出口管线。气动马达靠外接大功率空压机或井场上的气源驱动,把循环过滤系统中的硫化氢抑制剂源源不断地注入注脂器衬套内腔室并维持一定压力,抑制剂被注入通过的电缆内部并在电缆表面形成保护油膜,多余的抑制剂及原来电缆上附着的杂物则通过回流管线回收到循环过滤系统中,经过滤清洁后再次使用。这样在电缆下井的同时即可完成注脂过程,操作简单易行,工作示意图如图2所示。