40臂測井融合電磁探傷識別井套變形和損傷

張壘

摘 ?要：油井的套管損傷、套管變形是一個眾多油氣企業都可能面對的核心工作難點，套管損傷、套管變形對于石油流體層和打井作業安全性均有顯著制約作用。現階段檢查套管損傷、套管變形的常規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套管內徑厚度波動，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生的位置、種類，并且能準確定位方向，達到精準捕捉套損套變的效果。

關鍵詞：套管損傷、套管變形;40臂;電磁波探測;套管壁厚

中圖分類號：P631.83 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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

套筒打井是最常規的打井方案，因為油井內部狀態復雜多變，套筒一般工作一定年限后可能產生若干種類的破壞乃至失效現象。引起套桿損傷的因素一般有機械磨損和化學腐蝕性損害[1-2]。套筒失效首先干擾了油井的正常生產作業，降低了作業效率。其次套管變形可能引起油井之間、石油流體層之間壓強平衡體系產生變化，這樣操作會令開采區域巖石層體系發生比較大的變動，嚴重的情形甚至可能損害全部油氣田資源的后續開采規劃，故此套管損傷、套管變形實時監控就顯得非常棘手。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部充分碰觸，測試套筒內油井內徑數值，將測量結果和套筒理論設計內徑比較及實施視頻研究分析認定套筒管壁是否出現套管損傷。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理論進行設計[1]，測量并記錄套管內部感生電動勢大小，經過專用軟件計算，得到油管/套管壁厚，從而判斷套損套變。

1 40臂油井井徑測井設計理念及特點研究歸納

多臂油井井徑測井是早期開發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壁測井系統的一個核心分支體系。40臂油井井徑測井設備屬于碰觸式探測設備，即采用油井筒徑測試儀的測桿與套筒內部碰觸，通過把套筒內部直徑變化的數值轉化油井內徑測量桿徑向移動距離，經過油井井徑內部的機構運作，即轉化為連接桿的線性運動，直線電位裝置或者位移動態變壓器傳導出電壓數據。此電壓數據變成油井內徑數據保存到相關位置[3]。該設備的探測裝置使用的是一種非直接碰觸式距離探測裝置，該設備的突出特性是探測準確度和反應速度均非常高，與此同時在該設備應用進程中探測裝置不會發生設備磨損狀況，大大減輕了探測裝置的維修保養的相關工作壓力，進而能夠大大延長該設備的實際服役的年限。

圖1里顯示的虛線圖像是測量桿的收縮形態，實線圖形為展開形態。因為彈簧的張緊效應，讓測桿緊貼油井內壁，如果油井內壁發生彎曲變形時，測桿跟隨油井內壁的翹曲而發生張馳變化，進而連帶著測量桿進行軸向位移;裝置內的彈簧可以使距離探測設備測量桿緊密貼合測臂的兩個端面，每當測量桿進行軸向位移的時候，油井測臂跟隨其做同步運動。因為測量桿的轉軸方向位移促使距離探測設備捕捉到的波形信號的極限數據隨之變更。把距離探測設備的傳出數據信息進行差動增強、調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徑相關的電壓數值信號，將該電壓通過A/D轉換器轉換為數字并傳輸給地面數控系統，再由地面數控系統將所得到數據轉換為套管內徑。40臂井徑儀一次下井可以記錄40條套管內半徑，通過專業軟件處理可得到套管內壁成像圖[4]。

40臂油井井徑測井裝置的優勢是探測準確程度非常高，測井數據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為套桶里層圖像，相關工程技術人員能夠非常直觀的觀測套桶內徑的狀況。此外，該測井裝置在進入油井的時候還能夠同時記載一根方向及位置曲線數據信息，根據該套損方位曲線，通過專用處理軟件，可以將40條井徑曲線還原到各自相對固定的方位，能準確地確定套管發生套損。

40臂井徑儀器得到的40條套管內半徑曲線可用來確定套管的變形、錯斷、彎曲、內壁腐蝕等。X1油井早期單單進行了40臂油井井徑測井，獲得了40臂油井井徑數據曲線圖像，通過相關程序的加工獲得了一組三維管柱圖像，由圖像可以得到，在深度達到（980～1050）m油井部分，40臂油井井徑數據曲線圖像波動頻率高，曲線圖呈現混亂無序的狀態;由管柱三維立體圖形也能得到以下結論：套筒內徑表面崎嶇不平，為此相關工程技術人員估計此油井部分套筒發生了非常重大的化學侵蝕問題。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數據曲線圖像，橫軸方向B傳感器的B1數據曲線圖像，縱軸方向C傳感器的C2數據曲線圖像，和經過數值模擬獲得的可視加權平均套筒壁厚數據曲線圖像，由圖像得到如下信息：在（980～1050）m油井部分，套筒并沒有產生金屬缺失問題，即為套筒金屬材質并沒有出現顯著的波動，即能估計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勢是設備外部直徑小，能夠穿過油管實施探測活動。該裝置使用電磁感應相關原理，屬于非碰觸型裝置，可以監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，電磁波探測測井準確率大幅提升，然而在現場自然條件的作業中，因為各類施工作業的實施，電磁探傷測井得到的多條感應電動勢曲線經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方位出現了金屬丟失。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。

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

3 兩類測井方法優點相互輔助和現場使用研究

因為40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。對于油井內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，互相補充彼此的限制性，展現彼此優勢，達成了精準定位套管損傷、套管變形產生的區域、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傳感器檢測到的感應電壓特性曲線圖上均能夠得出，在1040米周圍發現顯著斜率波動，因為已經知道此位置處在射孔區域，所以能夠斷定射孔效應形成的洞孔實際存有;配合40臂油井井徑測井的油井內徑三維建模，即能斷定射孔所處的精確方向及區域。

4 結語和解決措施

（1）40臂油井井徑檢測裝置可以精準確定套管損傷、套管變形產生的位置、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，不但可以準確捕捉位置套管損傷、套管變形產生的種類、破壞的限度，還可以準確捕捉套管損傷、套管變形詳細位置，并且可以評估兩層以上套桶破損狀況，兩種方法互相證明達到優點互相輔助，達成了精確捕捉確定套管損傷的目標。

參考文獻：

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