油套管磁法監(jiān)測技術研究

陳紅濤(中石化勝利油田分公司物資供應處物資總庫山東東營257000)

陳新德(中石化勝利油田分公司勝利設計院山東東營257000)

石油開采準備過程中，油套管承受著內(nèi)壓力和拉伸載荷，在石油開采中，油套管則承受著擠壓力、高壓注水和酸堿腐蝕的影響，可見油套管在整個石油開采過程中都要承擔高強度的作業(yè)。在長期高強度的作業(yè)情況下，油套管的損傷和變形就變的不可避免，而且損傷嚴重的情況下，會導致油田停產(chǎn)，造成極大的經(jīng)濟損失。因此，必須加強對油套管的評估監(jiān)測，從而避免因油套管的損傷而導致停工停產(chǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，保證油井的平穩(wěn)運行。當前，對于油套管的監(jiān)測的設備多種多樣，但受監(jiān)測原理的限制，只能監(jiān)測管道是否受損。特別是監(jiān)測時，需要將油套管從油水井中取出，嚴重影響了油井的正常作業(yè)，加大了開采成本。目前，對于油套管的損傷監(jiān)測就是對其直徑、套管變形、壁厚和損傷狀況的監(jiān)測，主要通過機械井徑、超聲波、電磁的方法進行監(jiān)測的。通過對油套管的監(jiān)測，分析和處理監(jiān)測信號，從而判別油套管是否存在損傷。而通過磁信號采集儀下井可以采集磁感應強度，對油套管進行快速監(jiān)測，確定油套管中存在的損傷，從而避免了將油套管從井中取出，降低了油套管監(jiān)測的成本。因此，必須加大對磁法監(jiān)測油套管損傷的研究，預防和修補油套管中的損傷，保證油水井的正常作業(yè)。

一、磁法監(jiān)測理論基礎

磁場是由于運動電荷或電場變化引起的。任何物質(zhì)都是由分子和原子組成的，而分子和原子均帶有電子，并永不間歇的做軌道運動和自旋運動。假設不同電子的軌道運動和自旋運動為元電流線圈，當不加磁場的作用時，各元電流的方向各不相同，不能顯示物質(zhì)的特性；當施加外磁場時，各元電流的方向與磁場一致，且磁場相互疊加，就顯示出物質(zhì)的特性了。地球表面的外部空間沒有導電流和磁性物質(zhì)，因此磁法監(jiān)測所需要的激勵源是天然地磁場，不需要設置特殊的激勵源。根據(jù)磁場的用途不同，將磁場分為正常磁場和異常磁場。正常磁場和異常磁場相輔相成，異常磁場是以正常磁場為基準，即不符合正常磁場規(guī)律的，就判斷為異常磁場。在油套管磁法監(jiān)測過程中，就根據(jù)正常磁場與異常磁場之間的關系，分析研究磁場的變化強度，判斷油套管是否損傷。物質(zhì)的磁化就是將物質(zhì)置于一定的磁場中，該物質(zhì)就會受到磁場的影響，具有了一定的磁性。由于組成物質(zhì)的不同，原子產(chǎn)生的磁矩大小就不同，不同的物質(zhì)就會表現(xiàn)出不同的磁性。將物體施加一個外磁場，物質(zhì)在磁化的作用下就會顯示一定的磁性。根據(jù)物質(zhì)受外加磁場影響程度的不同，將物質(zhì)材料分為順磁性材料、鐵磁性材料和抗磁性材料。順磁性材料是指對磁場產(chǎn)生正的影響并增強磁場的磁性的材料；鐵磁性材料是指對磁場產(chǎn)生很大的影響，并大大增強磁場的強度的材料；抗磁性材料是指對磁場產(chǎn)生負的影響，減弱磁場的磁性強度的材料。磁法監(jiān)測技術就是通過磁信號采集儀，對油套管表面進行掃描，采集不同方向上的磁性感應強度的變化，分析處理采集的數(shù)據(jù)信息，判斷油套管中存在缺陷的位置以及缺陷的大小。這種監(jiān)測方法是建立在天然地磁場的基礎上的，并且在采集的過程中要勻速采集信號，才能準確的分析出曲線的準確位置。

二、磁信號的采集與去噪

在對油套管內(nèi)部磁感應強度信號監(jiān)測時，磁感應信號強度會隨著距離的增加而減弱，因此必須采用性能高的監(jiān)測儀器，才能監(jiān)測到磁感應強度的微弱變化。微弱磁場條件下的監(jiān)測傳感器主要有磁阻型傳感器、磁敏型傳感器和磁通門傳感器。但磁阻型傳感器線型度比較差，磁敏型傳感器熱穩(wěn)定性較差，因此，主要采用具有測磁分辨力高、線性度和熱穩(wěn)定性高、成本低的磁通門傳感器。不管是在自然環(huán)境中還是在屏蔽室中，磁信號采集儀采集的數(shù)據(jù)都十分穩(wěn)定，采集的數(shù)據(jù)基本上為一條直線。在利用磁信號采集儀器對油套管內(nèi)部進行信號采集時，首先將磁信號采集儀器垂直放入油套管中，控制磁信號采集儀上下移動，將油套管內(nèi)磁感應強度變化值傳輸?shù)接嬎銠C中，形成磁感應強度變化曲線，從而測得油套管的損傷情況。在實際監(jiān)測中，采集的信號一般含有噪聲信號，影響了采集信號的真實性，降低了監(jiān)測信號的精準度，所以要對監(jiān)測信號進行去噪處理。當前對于去噪的處理主要是利用小波變換去噪，主要的方法有：利用小波變換模極去噪、采用非線性小波變換值法和基于各種尺度下小波系數(shù)相關性進行去噪。同時，為了保證磁信號采集以采集的信號準確性，可以運用循環(huán)迭代算法校正磁通門傳感器，并利用小波去噪法處理采集的信號數(shù)據(jù)。

三、試驗數(shù)據(jù)處理與分析

為了測試磁法監(jiān)測技術對油套管監(jiān)測的效果，選取了三根油套管進行試驗，以確定磁法監(jiān)測技術的應用效果。在實驗中，采用了相關系數(shù)來表征客觀存在事物變化量之間的相關性。對于磁法監(jiān)測技術對油套管的監(jiān)測進行分組合試驗，主要分為：油管、套管均無損組合；油管無損、套管有損組合；油管有損、套管無損組合；油管、套管均無損組合四種組合進行試驗。通過試驗得知，如果油管無損傷、套管有損傷，在磁感應曲線上，套管損傷表現(xiàn)為波谷，缺陷的大小根據(jù)相關系數(shù)異常區(qū)域來進行確定。如果油管、套管都有損傷，在感應曲線上，信號的幅值會上升，并可通過抵消區(qū)域判斷管道缺陷存在的位置。如果油管中存在穿孔損傷，則采集的磁感應強度曲線幅值變化較為劇烈；如果油管中存在腐蝕損傷，則采集的磁感應強度曲線缺陷部分磁異常較為平緩。同時，通過在不同時段磁信號采集儀器的測量數(shù)據(jù)重復分析，可知磁信號采集儀器采集的數(shù)據(jù)動態(tài)重復性好，具有良好的穩(wěn)定性。

四、結(jié)束語

通過分析研究磁法監(jiān)測的基本原理，分析了磁法監(jiān)測油套管技術的可行性。磁法監(jiān)測的激勵源是天然地磁場，無需設計激勵裝置，降低了監(jiān)測的難度和成本。通過磁感應其對油套管進行監(jiān)測，采集的信號具有良好的穩(wěn)定性，并可以運用循環(huán)迭代算法校正采集的信號，增強采集信號的準確性。通過試驗研究，將磁法應用于油套管監(jiān)測是可行的，能夠節(jié)約油水井開采的成本，具有良好的經(jīng)濟效益。

[1]陳學東，王冰，關衛(wèi)和，胡明東我國石化企業(yè)在用壓力容器與管道使用現(xiàn)狀和缺陷狀況分析及失效預防對策[J].壓力容，2001.