40臂測井融合電磁探傷識(shí)別井套變形和損傷

張壘

摘 ?要：油井的套管損傷、套管變形是一個(gè)眾多油氣企業(yè)都可能面對(duì)的核心工作難點(diǎn)，套管損傷、套管變形對(duì)于石油流體層和打井作業(yè)安全性均有顯著制約作用?，F(xiàn)階段檢查套管損傷、套管變形的常規(guī)手段有油井井徑測井、電磁波探測用測井等方法。油井井徑測井只能體現(xiàn)套管內(nèi)徑厚度波動(dòng)，并且僅能探測單層管壁，另一方面，電磁波探測測井盡管可以探測雙層乃至很多層管壁，不過該方法顯示出來的壁厚是套桿的加權(quán)平均壁厚值，不能確定套損種類和位置。把40臂油井井徑測井和電磁波探測配合使用，不但可以確定套損套變產(chǎn)生的位置、種類，并且能準(zhǔn)確定位方向，達(dá)到精準(zhǔn)捕捉套損套變的效果。

關(guān)鍵詞：套管損傷、套管變形;40臂;電磁波探測;套管壁厚

中圖分類號(hào)：P631.83 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）25-0126-02

Abstract： Casing damage and casing deformation are the core difficulties facing many oil and gas enterprises. Casing damage and casing deformation significantly restrict the safety of oil fluid layer and drilling operation. At present， the conventional methods used to check casing damage and casing deformation are oil well diameter logging， electromagnetic wave detection logging and so on. Oil well caliper logging can only reflect the fluctuation of casing inner diameter and thickness， and can only detect single-layer pipe wall. On the other hand， although electromagnetic wave detection logging can detect double-layer or even many layers of pipe walls. However， the wall thickness shown by this method is the weighted average wall thickness of the casing rod， and the type and location of casing damage can not be determined. The combination of 40-arm oil well caliper logging and electromagnetic wave detection cannot only determine the location and type of casing damage， but also accurately locate the direction， and achieve the effect of accurately capturing casing damage.

Keywords： casing damage， casing deformation; 40 arms; electromagnetic wave detection; casing wall thickness

引言

套筒打井是最常規(guī)的打井方案，因?yàn)橛途畠?nèi)部狀態(tài)復(fù)雜多變，套筒一般工作一定年限后可能產(chǎn)生若干種類的破壞乃至失效現(xiàn)象。引起套桿損傷的因素一般有機(jī)械磨損和化學(xué)腐蝕性損害[1-2]。套筒失效首先干擾了油井的正常生產(chǎn)作業(yè)，降低了作業(yè)效率。其次套管變形可能引起油井之間、石油流體層之間壓強(qiáng)平衡體系產(chǎn)生變化，這樣操作會(huì)令開采區(qū)域巖石層體系發(fā)生比較大的變動(dòng)，嚴(yán)重的情形甚至可能損害全部油氣田資源的后續(xù)開采規(guī)劃，故此套管損傷、套管變形實(shí)時(shí)監(jiān)控就顯得非常棘手。40臂油井井徑測井和電磁波探測測井工藝方法是目前常用的兩類油井套管損傷、套管變形檢查解決方案。40臂油井井徑測井是依賴測桿臂與套筒內(nèi)部充分碰觸，測試套筒內(nèi)油井內(nèi)徑數(shù)值，將測量結(jié)果和套筒理論設(shè)計(jì)內(nèi)徑比較及實(shí)施視頻研究分析認(rèn)定套筒管壁是否出現(xiàn)套管損傷。電磁波探測測井是一類磁測井解決方案，該方案采用電磁感應(yīng)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]，測量并記錄套管內(nèi)部感生電動(dòng)勢大小，經(jīng)過專用軟件計(jì)算，得到油管/套管壁厚，從而判斷套損套變。

1 40臂油井井徑測井設(shè)計(jì)理念及特點(diǎn)研究歸納

多臂油井井徑測井是早期開發(fā)出來的一類套管損傷檢查工藝方法。40臂油井井徑測井是油井內(nèi)壁測井系統(tǒng)的一個(gè)核心分支體系。40臂油井井徑測井設(shè)備屬于碰觸式探測設(shè)備，即采用油井筒徑測試儀的測桿與套筒內(nèi)部碰觸，通過把套筒內(nèi)部直徑變化的數(shù)值轉(zhuǎn)化油井內(nèi)徑測量桿徑向移動(dòng)距離，經(jīng)過油井井徑內(nèi)部的機(jī)構(gòu)運(yùn)作，即轉(zhuǎn)化為連接桿的線性運(yùn)動(dòng)，直線電位裝置或者位移動(dòng)態(tài)變壓器傳導(dǎo)出電壓數(shù)據(jù)。此電壓數(shù)據(jù)變成油井內(nèi)徑數(shù)據(jù)保存到相關(guān)位置[3]。該設(shè)備的探測裝置使用的是一種非直接碰觸式距離探測裝置，該設(shè)備的突出特性是探測準(zhǔn)確度和反應(yīng)速度均非常高，與此同時(shí)在該設(shè)備應(yīng)用進(jìn)程中探測裝置不會(huì)發(fā)生設(shè)備磨損狀況，大大減輕了探測裝置的維修保養(yǎng)的相關(guān)工作壓力，進(jìn)而能夠大大延長該設(shè)備的實(shí)際服役的年限。

圖1里顯示的虛線圖像是測量桿的收縮形態(tài)，實(shí)線圖形為展開形態(tài)。因?yàn)閺椈傻膹埦o效應(yīng)，讓測桿緊貼油井內(nèi)壁，如果油井內(nèi)壁發(fā)生彎曲變形時(shí)，測桿跟隨油井內(nèi)壁的翹曲而發(fā)生張馳變化，進(jìn)而連帶著測量桿進(jìn)行軸向位移;裝置內(nèi)的彈簧可以使距離探測設(shè)備測量桿緊密貼合測臂的兩個(gè)端面，每當(dāng)測量桿進(jìn)行軸向位移的時(shí)候，油井測臂跟隨其做同步運(yùn)動(dòng)。因?yàn)闇y量桿的轉(zhuǎn)軸方向位移促使距離探測設(shè)備捕捉到的波形信號(hào)的極限數(shù)據(jù)隨之變更。把距離探測設(shè)備的傳出數(shù)據(jù)信息進(jìn)行差動(dòng)增強(qiáng)、調(diào)整電流及過濾波型的加工處置以后，便能推算出和套筒管道內(nèi)徑相關(guān)的電壓數(shù)值信號(hào)，將該電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字并傳輸給地面數(shù)控系統(tǒng)，再由地面數(shù)控系統(tǒng)將所得到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為套管內(nèi)徑。40臂井徑儀一次下井可以記錄40條套管內(nèi)半徑，通過專業(yè)軟件處理可得到套管內(nèi)壁成像圖[4]。

40臂油井井徑測井裝置的優(yōu)勢是探測準(zhǔn)確程度非常高，測井?dāng)?shù)據(jù)曲線圖像說明的套桶彎曲形變情況非常詳盡。通過特定電腦程序加工能夠恢復(fù)為套桶里層圖像，相關(guān)工程技術(shù)人員能夠非常直觀的觀測套桶內(nèi)徑的狀況。此外，該測井裝置在進(jìn)入油井的時(shí)候還能夠同時(shí)記載一根方向及位置曲線數(shù)據(jù)信息，根據(jù)該套損方位曲線，通過專用處理軟件，可以將40條井徑曲線還原到各自相對(duì)固定的方位，能準(zhǔn)確地確定套管發(fā)生套損。

40臂井徑儀器得到的40條套管內(nèi)半徑曲線可用來確定套管的變形、錯(cuò)斷、彎曲、內(nèi)壁腐蝕等。X1油井早期單單進(jìn)行了40臂油井井徑測井，獲得了40臂油井井徑數(shù)據(jù)曲線圖像，通過相關(guān)程序的加工獲得了一組三維管柱圖像，由圖像可以得到，在深度達(dá)到（980～1050）m油井部分，40臂油井井徑數(shù)據(jù)曲線圖像波動(dòng)頻率高，曲線圖呈現(xiàn)混亂無序的狀態(tài);由管柱三維立體圖形也能得到以下結(jié)論：套筒內(nèi)徑表面崎嶇不平，為此相關(guān)工程技術(shù)人員估計(jì)此油井部分套筒發(fā)生了非常重大的化學(xué)侵蝕問題。隨后采用電磁波探測測井，獲得了縱軸方向A傳感器的A2、A4數(shù)據(jù)曲線圖像，橫軸方向B傳感器的B1數(shù)據(jù)曲線圖像，縱軸方向C傳感器的C2數(shù)據(jù)曲線圖像，和經(jīng)過數(shù)值模擬獲得的可視加權(quán)平均套筒壁厚數(shù)據(jù)曲線圖像，由圖像得到如下信息：在（980～1050）m油井部分，套筒并沒有產(chǎn)生金屬缺失問題，即為套筒金屬材質(zhì)并沒有出現(xiàn)顯著的波動(dòng)，即能估計(jì)出此部分套筒不存在金屬材料被侵蝕的情況。

2 電磁波探測測井特性研究

電磁波探測測井儀的重要優(yōu)勢是設(shè)備外部直徑小，能夠穿過油管實(shí)施探測活動(dòng)。該裝置使用電磁感應(yīng)相關(guān)原理，屬于非碰觸型裝置，可以監(jiān)測到兩層以上套管柱型的損傷破壞的狀況。電磁波探測測井儀的傳感器探頭直徑非常小，促使該裝置穿透性非常好，電磁波探測測井準(zhǔn)確率大幅提升，然而在現(xiàn)場自然條件的作業(yè)中，因?yàn)楦黝愂┕ぷ鳂I(yè)的實(shí)施，電磁探傷測井得到的多條感應(yīng)電動(dòng)勢曲線經(jīng)過處理得到的套管壁厚是套管的平均壁厚，即視平均壁厚，無法具體反映套管具體在哪個(gè)方位出現(xiàn)了金屬丟失。以上存在的問題是由于電磁探傷測井原理本身造成的，很難去除。

經(jīng)過40臂油井井徑數(shù)據(jù)曲線圖像狀態(tài)觀測和三維圖形可以得出，某油井套桶在（1145～1168）米部分的油井內(nèi)徑數(shù)據(jù)曲線圖像混亂無序，某些區(qū)域甚至超過了套桶的公稱理論外部直徑，所以估計(jì)該部分套桶發(fā)生了重大的腐化及侵蝕現(xiàn)象，甚至發(fā)生套桶打孔開裂的狀況。通過對(duì)該段套管部分的井徑截圖面觀察發(fā)現(xiàn)，該處井徑曲線發(fā)生嚴(yán)重抖動(dòng)的主要原因是套管受地層應(yīng)力作用發(fā)生了橢變，帶有輕度腐化及侵蝕，從而使井徑曲線呈現(xiàn)雜亂無章的形態(tài)。

3 兩類測井方法優(yōu)點(diǎn)相互輔助和現(xiàn)場使用研究

因?yàn)?0臂油井井徑測井與電磁波探測測井理論上的特性，造成兩類套管損傷、檢測方法均有一些限制性。對(duì)于油井內(nèi)部自然條件繁雜不確定、套管損傷、套管變形種類很難做到精準(zhǔn)定位的狀況，文章把40臂油井井徑測井與電磁波探測測井配合在一起，互相補(bǔ)充彼此的限制性，展現(xiàn)彼此優(yōu)勢，達(dá)成了精準(zhǔn)定位套管損傷、套管變形產(chǎn)生的區(qū)域、方向、種類等等。

從40臂油井井徑特征曲線圖像和電磁波探測每個(gè)傳感器檢測到的感應(yīng)電壓特性曲線圖上均能夠得出，在1040米周圍發(fā)現(xiàn)顯著斜率波動(dòng)，因?yàn)橐呀?jīng)知道此位置處在射孔區(qū)域，所以能夠斷定射孔效應(yīng)形成的洞孔實(shí)際存有;配合40臂油井井徑測井的油井內(nèi)徑三維建模，即能斷定射孔所處的精確方向及區(qū)域。

4 結(jié)語和解決措施

（1）40臂油井井徑檢測裝置可以精準(zhǔn)確定套管損傷、套管變形產(chǎn)生的位置、方向和損傷限度，但是僅僅可以檢查里面管柱套管損傷狀況，針對(duì)兩層以上管柱的套管損壞不能完全檢查到位。

（2）電磁波探測測井裝置可以檢測兩層以上管柱的損壞情況，可以檢查到套桶微小裂痕、破洞等等，但是該檢測裝置不能定位套管損傷及破損的準(zhǔn)確位置。

（3）把40臂油井井徑測井和電磁波探測測井配合在

一起，不但可以準(zhǔn)確捕捉位置套管損傷、套管變形產(chǎn)生的種類、破壞的限度，還可以準(zhǔn)確捕捉套管損傷、套管變形詳細(xì)位置，并且可以評(píng)估兩層以上套桶破損狀況，兩種方法互相證明達(dá)到優(yōu)點(diǎn)互相輔助，達(dá)成了精確捕捉確定套管損傷的目標(biāo)。

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