多臂井徑儀測量準確性影響因素分析

陳 劍

（中國石化西南油氣分公司川西采氣廠，四川德陽618000）

多臂井徑儀是一種主要依靠機械方式對油套管內徑進行測量的儀器，目前廣泛應用于油氣田油套管腐蝕監(jiān)測領域，測量精度高、測量結果直觀是其最大的優(yōu)勢之一。根據(jù)儀器型號不同，可測量直徑在50～350 mm的各類油套管。但在實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)有諸多因素會降低測量準確性。如何確保測量準確性，是目前多臂井徑測井技術研究的又一方向。

1 多臂井徑儀測量原理

多臂井徑儀在測量時（圖1），由扶正臂確保儀器在管體內居中，由電機驅動儀器測量臂張開，當上提儀器時，測量臂沿油套管內壁運動，每條測量臂隨油套管內壁變化而產生徑向位移，連接軸將徑向位移轉換為軸向位移，由傳感器測量軸向位移量，然后將這些位移量處理、編碼、發(fā)送到地面。地面系統(tǒng)完成采集處理工作，最后通過解釋軟件得到解釋結果［1］。

圖1 常用多臂井徑儀測量原理

2 多臂井徑儀測量準確性影響因素

通過大量現(xiàn)場應用分析發(fā)現(xiàn)，影響多臂井徑儀測量準確因素主要體現(xiàn)在測量階段和解釋階段。

2.1 測量階段

多臂井徑儀是高精度儀器，其測量精度易受自身及外界條件影響。

2.1.1 測量臂刻度的影響

多臂井徑儀測量臂的刻度直接關系著最終測量結果的準確性。儀器在使用時，由于測臂與管壁的摩擦，測臂均會有不同程度的損耗。在每次測量前應重新對儀器進行刻度，特別是在更換了測量臂后，必須對其進行刻度，以保證測量精度。

對于多臂井徑儀測量臂的刻度方式來說，一般是采用多點刻度法進行刻度。由于每個刻度值之間的線性關系有差別，所以在刻度時應該將預測量油套管標準內徑值作為刻度中心值，以減小刻度線性誤差對測量精度帶來的影響。

2.1.2 溫度校正的影響

多臂井徑儀測量臂傳感器易受溫度影響而出現(xiàn)較大誤差，所以必須對儀器做溫度補償校正。其主要原理是在不同溫度下對測量臂進行刻度，形成所有測量臂刻度值在不同井溫下的偏差系數(shù)表。將測量結果用該偏差系數(shù)校正后其誤差可大大降低。由于每條測臂都有獨立的傳感器，測量臂在制造加工時有一定工差，在更換測量臂后，原有的刻度數(shù)據(jù)和溫度補償數(shù)據(jù)都將不再適用。當更換測臂較多時，測量誤差勢必會大大增加，一般在更換10%～15%的測臂就應當重做溫度補償校正。

2.1.3 測量臂排列順序的影響

由于測量臂刻度表和溫度補償表中每只測量臂和傳感器是一一對應的，每只測量臂的幾何形狀也有偏差，如果在維護保養(yǎng)儀器時打亂了測量臂和傳感器的對應關系，將導致溫度偏差校正失效，會嚴重影響測量精度。

2.1.4 壓力平衡的影響

從多臂井徑儀的機械結構和測量原理可知，測量臂一端在測量時會受井內壓力作用，而另一端連接傳感器，是不承壓部分。目前大部分多臂井徑儀采用平衡油倉來解決測量臂和傳感器之間的密封問題。在測量臂和傳感器之間加入密封硅油，用硅油隔絕外部壓力和各類流體的侵入，有效保護傳感器的正常工作。使用中發(fā)現(xiàn)，平衡油倉硅油的余量和清潔度對測量影響較大，特別對于高壓氣井來說，氣體較容易侵入平衡油倉，硅油作用逐漸喪失，容易導致傳感器靈敏度降低，嚴重時可能損壞傳感器。

2.1.5 外部環(huán)境的影響

在進行多臂井徑測井時，外部環(huán)境因素也是影響測量準確性的重要原因之一。這些因素包括測量段井壁的清潔程度、壓井液的清潔程度、高密度高粘度泥漿的影響及井斜的影響等。

（1）井壁清潔程度的影響：在進行多臂井徑測量前，若有條件應先清潔井筒，盡量使測量段井壁保持清潔，否則井壁上的附著物會對測量結果造成較大影響。

圖2 初次測量結果圖

圖3 復測測量結果圖

（2）壓井液清潔程度的影響：在壓井液中進行多臂井徑測量時，井內的雜質可能會對測量結果造成較大影響。圖2和圖3是在同一井段內的前后兩次測量結果圖。對比分析兩圖可知，圖2中管體出現(xiàn)凹槽的主要原因是測量臂上有附著物，影響了測量結果。在經過收臂下放過程后，雜質被去除，復測結果正常。一般在泥漿井作業(yè)前應充分循環(huán)井內泥漿，確保泥漿性能一致。

（3）高密度高粘度泥漿的影響：多臂井徑儀在實際使用中不僅受到儀器耐溫耐壓的限制，高密度高粘度泥漿對多臂井徑測量結果也有較大影響。多臂井徑儀測量臂單臂彈力比較小，高密度高粘度泥漿會降低測量臂的靈活性，可能會增大測量誤差［2］。

（4）井斜的影響：多臂井徑儀測量臂的上下端都帶有扶正臂，當井斜較大時，扶正臂的彈力不足以克服儀器所受重力作用，儀器在管體內不能居中，將對實際測量結果造成影響。

對常用的40臂井徑儀（DDS73F－20B）做井斜影響試驗能看出井斜對測量結果的影響很大。當井斜角大于30°時，測量結果開始出現(xiàn)偏差，隨著井斜角的增大，偏差越來越明顯。試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 井斜試驗數(shù)據(jù)表 mm

在實際使用過程中，為減小井斜對測量結果帶來的影響，可在儀器上下端加裝機械扶正器，增大扶正臂彈力，盡量使儀器測量時在管體內居中。此外，還可以在解釋時將測量的每個半徑值和與之相對的3個半徑值的平均值相加，計算出不同的直徑曲線，減少井斜影響［3］。

2.1.6 人為操作的影響因素

在多臂井徑測量過程中，部分人為操作也會對最終測量結果帶來影響。

（1）測速的影響：由于儀器采樣頻率是固定的，單位時間采樣點是一定的。若測速過快，將導致采樣密度減小，降低了系統(tǒng)測量精度。為保證測量精度，一般將測速控制在600 m／min以內。

（2）地面系統(tǒng)采樣頻率設置的影響：在進行多臂井徑測井時，往往需要對某個測量段進行精確測量，這時可增大系統(tǒng)采樣頻率，同時降低測速，提高測量的精確度。但隨著測速的降低，測井絞車操作必須平穩(wěn)。

2.2 解釋階段

2.2.1 電纜拉伸的影響

多臂井徑儀在進行測井時，測量臂和扶正臂在遇到管體破損變形或接箍縫隙時會產生輕微遇阻現(xiàn)象。當儀器遇阻時電纜受絞車拉力不斷伸長，而絞車深度計數(shù)裝置仍在運轉，造成儀器在遇卡位置采集的數(shù)據(jù)時間被延長了。當上提拉力繼續(xù)增加，儀器解卡后測量恢復正常。在解釋時應結合電纜張力曲線仔細分析，避免判斷錯誤。圖4和圖5可以清晰的看到儀器在接箍縫隙處遇阻和未遇阻的情況。

圖4 儀器未遇阻時接箍縫隙

圖5 儀器遇阻時接箍縫隙

2.2.2 電纜扭矩釋放的影響

實際測量時，井下儀器會隨電纜釋放的扭力而旋轉，其旋轉速度隨扭力大小的變化而不同。從圖6和圖7可以看出，該段管體出現(xiàn)了一段螺旋型擴徑，但結合儀器測量的方位角數(shù)據(jù)可以分析出，這段擴徑實際在一個方位，造成這一現(xiàn)象的主要原因就是因為儀器在測量過程中在不斷旋轉。

圖6 測量曲線

2.2.3 解釋時井況信息不全的影響

某井在進行40臂井徑測井時，發(fā)現(xiàn)大部分測量井段測井曲線呈規(guī)則的鋸齒狀，重復測量后曲線依然呈鋸齒狀。初次解釋時，對出現(xiàn)鋸齒狀的測井曲線無法解釋。通過查閱該井井史發(fā)現(xiàn)，該井曾經進行過兩次銑水泥作業(yè)，而且在前期測試過程中出現(xiàn)過封隔器坐封失敗，且起出井后膠皮損壞的事實。后經該井大量信息分析后認定，該井套管在銑水泥過程中受到磨損，套管內壁存在大量細小凹槽（見圖8、圖9）。最終測試方通過該井40臂井徑測井解釋結果，后期測試作業(yè)有選擇性的避開主要受損井段，測試得以順利進行。

圖7 三維成像

圖8 磨銑受損套管40臂井徑測量曲線

圖9 磨銑受損套管三維成像

3 認識和建議

（1）多臂井徑儀的機械測量部分精密度較高。在實際使用及維護過程中應針對儀器結構及原理，分析可能影響測量效果的因素，并有針對性的制定解決措施，可顯著提高多臂井徑測井的測量準確性。

（2）解釋時遇異常情況，應多結合儀器原理、實際井況等因素綜合分析，盡可能提高解釋準確性。

［1］ 趙紅軍.MAC－40多臂井徑儀故障分析及排除［J］.石油儀器，2013，27（3）：95－96.

［2］ 周萌.多臂井徑儀開收臂影響因素探討［J］.內江科技，2012，（4）：50－51.

［3］ 姚志中.四十臂井徑成像測井在普光氣田的應用［J］.斷塊油氣田，2012，19（5）：678－680.