固井水泥头安全检测技术探究和应用

固井水泥头安全检测技术探究和应用 【摘要】固井水泥头是连接联顶节和固井管汇的之 间的完成注水泥作业的井口装置。其作用是连接套管串和各 种管汇，通过它来完成循环、注隔离液、注水泥浆、释放胶 塞、替浆等施工工序，它是固井作业地面管汇井口的总枢纽; 承受高压、适应各种工艺固井；在可能发生回压阀失灵的情 况下，实现憋压、控制水泥浆倒流；通过它实现活动套管操 作。各种型号、种类固井水泥头随着注水泥技术发展而不断 成熟。期间，有时会发生由于使用的不安全的水泥头导致固 井失败的事故，造成的间接经济损失就有上千万元，这些损 失都是由于固井水泥头没有进行进行检测或者检测不到位 所致。通过对在役的固井水泥头进行安全检测技术研究，可 检测出水泥头本体存在的缺陷部位，及时检修或报废存在隐 患的水泥头，增加使用的可靠性，保证固井施工具有重大的 意义。 【关键词】水泥头安全检测 技术 1常用固井水泥头检测的方法理论研究 在固井中，水泥头承受着静载力、冲击载荷、拉、压、 弯等十分复杂的载荷、还要承受各种浆体带来腐蚀、磨损、 温度及压力的影响；由于这些服役条件，导致水泥头失效形 式多种多样。主要的失效方式可存在着过量变形、断裂和表 面损伤三种类型，也可以这样描述，固井水泥头的内壁的壁 厚损失均匀内部长期受到各种含有腐蚀性的引起的浆体在 抗拉强度的范围内引起的塑性变形；在施工中固井水泥头受 到超压、超温等非工作条件的影响、导致固井水泥头断裂； 而在吊装安装拆卸水泥头过程中，由于长期敲击作用而导致 的表面损伤及与联顶接连接与水泥头错扣丝扣变形。因此为 了提高水泥头在固井施工中使用的可靠性，加强安全检测方 法主要有三种方式进行。 日常的安全检测方法实施每次施工前对水泥头进行检 查，重点检查本体及水泥头的丝扣，也可以采取定期试压的 方法来确定。尽管这些方法简单易行但也是岗位员工能在条 件下允许的情况下做到。但存在问题是由于人的局限性，导 致该检验手段不直观和不客观。 表面探伤检测方法也是特种设备的检测机构采用的方 法。其主要是包括磁粉探伤、渗透探伤和涡流探伤等几种。 磁粉探伤是利用磁粉试件的导磁性实现的。铁磁物质导磁性 比空气强得多，因此表面缺陷处磁阻大，而易产生漏磁场， 吸引磁粉堆积。通过观察磁粉聚集情况来确定被探伤的水泥 头就可以确定水泥头的表面缺陷。渗透探伤依据的是物理化 学中液体对水泥头润湿能力和毛细现象。检测时先将水泥头 表面涂上具有高渗透能力的渗透液，渗透液由于润湿作用及 毛细现象而进入到水泥头的表面缺陷中，然后将水泥头多余 的渗透液清洗 干净，再涂上一层亲合力强的显像剂，将渗入裂纹中的 渗透液吸出来，在显像剂上显现出便显现出缺陷的形状和位 置的鲜明图案。 超声波探伤技术检测方法；超声波是比声波振动的频率 更高，检测时常用的是1-5MHZ超声波。与声波相比，超声 波具有方向性好、波长短、在高密度固体中损失小及在不同 密度的介质的界面上反射差异大等特点。因此，利用超声波 可以对水泥头进行探伤和检测。它常用来检查内部结构的裂 纹、搭接、夹杂物、焊接不良的焊缝、锻造的裂纹、腐蚀坑 以及加工不当的塑料压层等。 2固井水泥头试验方法 依据国家能源局发布的中华人民共和国石油天然气行 业标准SY/T5557-2009固井成套设备规范要求，水泥 头的试验方法包括 固井水泥头主要受力材料按照GB/T228进行力学性能试 验。 调质处理零件应按照GB/231. 1, GB/231. 2和GB/231. 3 进行硬度试验。 焊接部位应进行超声波无损伤探伤检验，其内部和表面 的裂纹不应低于JB/T4700规定的2级精度。 连接螺纹检验应按照JB/T2251.2和JB/ T9253. 2中的 有关规定进行。 应用清水进行整体密封性能试验和内压力强度试验，其 试验压力及要求符合标准。 固井水泥头使用经过50次后，应再次用清水进行整体 密封性能试验，其试验压力及要求应符合规定。 3固井水泥头安全检测及应用情况 第一固井公司委托有资质的石油工业井下工具质量监 督检验中心进行对使用经过50次的22个水泥头进行综合检 测，检测分析以139. 7MM水泥头为例. 1 采用4DSY-15/80电动试压泵对水泥头工作压力进 行试验；其工作试验压力标准值为21MPA.,工作试验压力持 续时间不少于15min,在此时间不得有渗漏现象，合格的实 际测定植试验压力标准值为21MPA.,稳压15min,无渗漏。 2 采用B310BDC磁辄探伤仪进行试验；其内部和表 面的裂纹不应低于JB/T4700规定的2级精度，实际合格未 发现表面裂纹和内部缺陷；同时也可以判定出是否有线性缺 陷。 3 采用HS600型数字式超声波探伤仪进行试验；其 密封试验压力32PA,密封试验压力持续时间不少于5min, 在此时间不得有渗漏现象.合格的实际测定植试验压力标准 值为21MPA.,稳压5min,无渗漏。 4 采用C D X - 5磁粉探伤仪进行试验；其检查在N C50外螺纹紧密距15. 960.25-0, 13等，合格测量值为15, 97等。 4结论 通过运用各种超声波手段进行安全检测固井水泥头，从 水泥头的尺寸、连接螺纹、受力零件材料的力学性能、受力 零件及焊缝的无损探伤、硬度检验、整体密封性能试验、内 压力强度检验等几方面进行检验水泥头，为固井水泥头使用 提供有利的保障。 作者简介 周坚（1968-）男，汉族，浙江萧山人，工程师，主要 从事固井管理及技术工作。