Каротажный кабель для сернистой среды

Каротажный кабель для сернистой среды заменяет оцинкованную стальную броню обычного каротажного кабеля коррозионностойким сплавом, а голую медную жилу — никелированной медью. Всё остальное — двойная броня с противоположной свивкой, фторполимерная изоляция, геометрия — остаётся прежним.

Причина конкретна и беспощадна. Сероводород атакует железо в стали: сначала он разъедает цинковое покрытие, затем делает проволоку под ним хрупкой, пока пряди не начинают рваться при подъёме из скважины. Кабель, вышедший из сернистой скважины на вид исправным, может выйти из строя на следующем спуске, а результатом отказа становится оставшаяся на забое инструментальная сборка.

Порог — это не вопрос мнения. Стандарт NACE MR0175 / ISO 15156 определяет сернистую среду как парциальное давление H₂S равное 0,05 psia (0,3 кПа) или более. Умножьте концентрацию H₂S в ppm на забойное давление в psi, разделите на миллион, и если результат достигает 0,05, вы находитесь в условиях сернистой среды, и оцинкованная броня больше не подходящий материал. На вкладке «Стандарты» это разбирается с цифрами, включая версию правила, которая распространяется без делителя.

Мы изготавливаем броню из сплава трёх марок — S75 никель-хром, S77 никель-железо и MP35N кобальт-никель-хром-молибден — в четырёх диаметрах, от 7/32″ до 5/16″. Переход на сплав обходится потерей разрывной прочности и, менее очевидно, увеличивает сопротивление постоянному току брони в четыре-шесть раз. Этот второй эффект застаёт людей врасплох, поскольку броня служит обратным проводником. Оба эффекта сведены в таблицу на вкладке «Технические характеристики».

Отправьте актуальный анализ флюида, забойное давление и температуру — те же три параметра, которые определяют выбор материала во всей остальной нашей кабелей для нефти и газа линейке. Без анализа флюида никто не может честно определить характеристики этого кабеля, включая нас самих.

Конструкция

Три сплава брони

Содержание железа объясняет всё. H₂S атакует железо; чем меньше железа содержит броня, тем меньше объект для атаки. MP35N практически не содержит железа, поэтому выдерживает условия, губительные для остальных двух.

Никелевый проводник

В любой конструкции для сернистой среды используется никелированная, а не голая медь. Это не избыточная перестраховка. Изоляция каротажного кабеля получает повреждения от раздавливания бронёй в течение всего срока службы, и единственный пробой в сернистой скважине подвергает голую медь воздействию H₂S по всей затопленной длине, а не в одной точке. Никелевое покрытие даёт время это заметить.

Изоляция

Двухслойный FEP/ETFE при 260 °C во всех конструкциях для сернистой среды: FEP выполняет диэлектрическую функцию, слой ETFE обращён к броне и принимает на себя раздавливание. Для скважин горячее 260 °C см. высокотемпературный каротажный кабель страница.

Что не меняется — и что всё же меняется

Число проволок, их диаметры и конечный наружный диаметр идентичны оцинкованной конструкции того же размера — 12 внутренних под 18 наружными, тот же шаг свивки. Кабель для сернистой среды устанавливается на тот же барабан и проходит через тот же шкив, что и заменяемый им обычный кабель.

Жила — это исключение. На двух из четырёх размеров конструкция из сплава использует жилу, отличную от оцинкованной: 7/32″ переходит с 16 AWG 19-проволочной на 18 AWG 7-проволочную, а 9/32″ — с 15 AWG на 16 AWG. Соответственно возрастает и сопротивление жилы — с 13,1 до 22,0 Ом/км на 7/32″. Это указано в таблице характеристик, но легко упустить, сравнивая марки брони и предполагая, что остальная часть кабеля не изменилась.

Применения

Скважины с сернистым газом и нефтью, а также скважины с высоким содержанием CO₂которые вызывают коррозию по иному механизму, но приводят к тому же результату.

Что не решает броня из сплава

Она не повышает температурный номинал — это задача изоляции. Она не делает кабель прочнее — она делает его слабее. И она не отменяет необходимость мыть и осматривать кабель после спуска в сернистую скважину.

Спецификации

Конструкции брони из сплава по размеру

Все конструкции: изоляция FEP/ETFE, 260 °C, минимальное сопротивление изоляции 457 МОм·км, тот же наружный диаметр и тот же минимальный шкив, что и у оцинкованного кабеля того же размера.

Во что обходится замена, часть первая: прочность

Пересчитайте инструментальную сборку перед первым спуском в сернистую скважину. Потеря прочности на 18 % на кабеле 9/32″ не поглощается запасом прочности — она и есть запас прочности.

Во что обходится замена, часть вторая: броня — это ваш обратный проводник

Сопротивление постоянному току брони из сплава в четыре-шесть раз выше, чем у оцинкованной стали, а в одножильном кабеле именно броня несёт весь обратный ток. Именно эта цифра удивляет людей, потому что никто не воспринимает броню как элемент электрической цепи, пока не начинает отказывать телеметрия.

Рассчитано для участка 5000 м кабеля 1/4″, сопротивление контура складывается из жилы и брони:

Утроение сопротивления контура означает утроение падения напряжения при том же токе прибора. Проверьте запас мощности наземного источника питания и телеметрический бюджет до заказа, а не после — прибор, нормально работавший на оцинкованном кабеле, может оказаться недоснабжённым на версии того же кабеля из сплава.

Стандарты и выбор

Порог, согласно самому стандарту

Стандарт NACE MR0175 / ISO 15156 определяет сернистую среду как парциальное давление H₂S равное 0,05 psia (0,3 кПа) или более в газовой фазе. Парциальное давление равно концентрации, умноженной на общее абсолютное давление:

Практический пример

Скважина при 4000 psi с содержанием H₂S 50 ppm: (50 ÷ 1 000 000) × 4000 = 0.20 psia. В четыре раза выше порога — броня из сплава. Те же 50 ppm в скважине при 500 psi дают 0,025 psia, что ниже порога, и оцинкованная броня при надлежащей смазке остаётся оправданной. Одна лишь концентрация ничего не говорит; важно произведение концентрации на давление.

Предостережение о версии этого правила, которую вы могли встретить

В отрасли распространено эмпирическое правило вида «ppm × psi ≥ 0,05, избегайте оцинкованной брони». Если понимать его буквально, оно ошибочно в миллион раз — 1 ppm в скважине при 1 psi уже сработал бы. ÷ 1,000,000 — вот недостающий шаг, и стоит его вернуть, как эмпирическое правило и стандарт совпадают в точности. Если поставщик цитирует вам укороченную версию, на это стоит обратить внимание.

CO₂

Сопутствующее полевое правило: CO₂ в процентах, умноженный на забойное давление в psi, достигающий примерно 130 psia CO₂ парциального давления. CO₂ вызывает коррозию за счёт общей потери металла, а не растрескивания, поэтому она менее катастрофична и более предсказуема — но всё же преждевременно завершает срок службы оцинкованной брони.

Стандарты

Часто задаваемые вопросы

Какая марка мне нужна — S75, S77 или MP35N?

S75 для умеренно сернистой среды и CO₂. S77 — когда анализ флюида показывает тяжёлые условия. MP35N — когда условия тяжёлые и и инструментальная сборка тяжёлая, поскольку он сохраняет наибольшую прочность из трёх марок. Если вы колеблетесь между двумя марками, решающим фактором обычно становится число спусков, которые должен выдержать кабель до замены.

Можно ли оставить оцинкованный кабель и просто смазывать его чаще?

Ниже порога NACE защитная смазка на хорошо приработанном тросе является правомерной практикой. Выше порога смазка лишь выигрывает время и не более того. Механизм отказа — водородное охрупчивание внутри проволоки, а не поверхностная ржавчина, а смазка не проникает внутрь проволоки.

Почему сигнал моего кабеля из сплава ухудшился?

Скорее всего, он не ухудшился — он изначально был хуже. Сопротивление брони из сплава в четыре-шесть раз выше, чем у оцинкованной, а в одножильном кабеле именно броня служит обратным путём. См. таблицу сопротивления контура на вкладке «Технические характеристики».

Требует ли кабель особого обращения после спуска в сернистую скважину?

Промойте его. Броня из сплава сопротивляется коррозии, но не обладает иммунитетом к ней, и остаточный скважинный флюид, застрявший в промежутках брони между спусками, — это худший вариант. Мойте, сушите и осматривайте — та же дисциплина, которую требует обычный одножильный скважинный кабель требует, только выполняемая более тщательно.

Что вам нужно от меня для расчёта коммерческого предложения?

Актуальный анализ флюида с содержанием H₂S и CO₂ S в ppm или процентах, забойное давление, забойная температура, глубина и вес инструментальной сборки. Любой, кто предлагает цену на сернистый кабель без запроса анализа флюида, просто гадает.