淺談套損檢測新技術

陳露

摘 要：油氣開采中，需要用到大量的套管，套管的運行質量直接影響油氣井的生產量和安全性。套管運行環境較為惡劣，很容易出現各種缺陷，需要利用檢測儀器進行及時有效的檢測，為安全預防工作提供參考。

關鍵詞：套管；缺陷；檢測

套管在油水井作業中占據重要地位，然而套管運行期間受地質因素、工程因素、流體介質等多種因素的影響，導致套管很容易出現裂縫、孔洞、變形、縮徑和錯斷等多種缺陷，因此被稱為套損井。套管一旦出現問題就會影響油水井的注水效果，進而降低產量，縮短油井使用壽命，甚至會引發其他質量事故。

套損檢測是指采用一定的技術手段，對套管的直徑、壁厚、變形、腐蝕、孔洞和斷裂等狀況進行測量，根據測量結果判斷油水井的工作狀況，為后期的防護措施提供準確參考。目前常用的套損檢測技術有超聲波檢測技術、機械井徑檢測技術、電磁檢測技術、放射性同位素檢測技術等，本文將對部分檢測技術進行分析：

1 超聲檢測技術

1.1 原理分析 超聲波檢測技術用到的儀器有超聲波電視或超聲波成像儀，該法主要是利用超聲波反射原理進行檢測。井下儀器在井內旋轉掃描，并能發射和接收脈沖式超聲波，一旦套管出現異常，回波信號的幅度和傳播時間將受到很大影響，經放大后回傳到井上，然后利用計算機處理成像，通過2D或者3D的方式顯示套管的縱橫界面圖、時間圖、幅度圖以及立體圖，能對套管的內腐蝕、變形和錯斷進行直觀反應。

1.2 應用舉例 以西方阿特拉斯公司數字聲波井周成像測井儀來說，儀器對套管掃描時采取脈沖回波的形式，在掃描過程中記錄波幅度、回波時間等數據信息，據此可對套管的變形位置、斷裂位置或射孔位置進行確定，但對大井眼的成像效果較差；除此之外，還有哈利波頓公司和斯倫貝謝公司的成像儀，不同品牌的成像儀具有的優勢不同，在實際應用中應根據具體情況，科學選擇成像儀，提高檢測的準確性。

2 機械井徑檢測技術

2.1 原理分析 機械井徑檢測屬于接觸式測量技術，測試時，測量臂與套管內壁接觸，通過測量臂徑向位移的情況反映套管內經的變化情況，然后利用測量臂的內部機械轉換結構，使徑向位移轉為推桿的垂直位移。套管內徑若發生異常，就會導致連桿滑鍵在可變電阻上移動，使電位信號發生變化，將信號放大后傳輸給地面設備，地面儀器將其轉化為相應的井徑值和曲線，從而對套管的腐蝕類型和腐蝕程度進行判斷。

2.2 儀器分析 機械井徑檢測儀器種類較多，常用的有X-Y井徑儀、微井徑儀；從測量臂數目來看，有8臂、18臂、38臂、40臂和60臂井徑儀。X-Y井徑儀只能利用4支臂對井內兩條互相垂直的曲線進行定性分析，無法對套管內的腐蝕問題進行測量，測量誤差在±2mm；微井徑儀可利用4支臂測量井徑兩條互相垂直的直徑，然后求平均值，以此確定接箍深度、變形部位和射孔質量，分辨率能達到1mm，測量精度可控制在±1mm內；8臂井徑儀測量四條井徑曲線，但測量縮徑在26mm以內的套管時，會遇到阻礙，且很容易出現漏測；40臂井徑儀能對套管內壁腐蝕、破裂和變形情況進行準確測量，但同樣面臨變形套管阻礙問題，降低測量的成功率；36臂和60臂井徑儀能對最小井徑值和最大井徑值進行記錄，可繪制6條曲線，能對套管的內壁腐蝕、剩余壁厚、斷裂以及變形問題進檢測。不同檢測儀器均有其自身限制，將不同檢測儀器進行集成，采用組合檢測儀器，可提高檢測精度和準確率，拓展儀器服務范圍。

2.3 技術評價

機械井徑檢測法測量精度較高，可對垂直管道的內壁腐蝕進行精準檢測，還能利用專業設備將測井數據轉化為3D圖像，便于檢測人員對故障進行快速判斷。不足之處是儀器測量臂較多，可能會在套管變形部位出現刮砂或遇卡現象；若測量臂過少，就容易出現漏測現象，降低檢測工作的可靠性；除此之外，機械井徑檢測技術只能對套管內壁進行檢測，無法對外壁腐蝕或損傷進行判斷，需要結合其他檢測方法使用。

3 電磁檢測法

3.1 原理分析 第一，漏磁檢測是利用強磁場將套管進行磁化，若套管存在損傷就會改變管道中的磁場分布，導致內部磁力線逸出，從而形成漏磁場；而套管磁通密度大小和變化情況可利用霍爾效應進行測量，并據此對套管的腐蝕情況進行判斷。第二，常規渦流檢測是根據電磁感應原理，利用發射線圈產生交變電磁場，然后再套管臂上形成環狀渦流；若套管存在缺陷，就會影響感應電流的流經途徑，同時線圈的阻值也會發生變化，根據載流線圈的抗阻變化就能對套管缺陷狀況進行判斷。常規渦流檢測技術能對套管大規模腐蝕、垂直裂縫、孔以及其他缺陷進行檢測，但無法檢測管道外表面缺陷，若與漏磁檢測法聯合使用，可有效減少檢測盲區。第三，遠場渦流檢測是在距離激勵線圈2倍管內徑以外的遠場區進行檢測的一種方法，原理是：場強隨著兩線圈間距的增大而不斷衰減，但衰減的趨勢越來越緩慢，存在第二種能量傳遞方式。能量傳遞途徑中若存在缺陷，就能導致線圈中信號幅值和相位發生變化，對檢測線圈中的二次感應電動勢的大小及相移進行檢測，就能獲取套管腐蝕或缺陷的相關信息。該法檢測范圍受限，只能對深度大于1mm，寬度多于0.1mm的裂紋進行測量。

3.2 儀器分析 利用電磁法進行套損檢測的儀器較多，而且隨著科技的不斷進步，新型儀器也開始不斷出現，如斯倫貝謝的PAT、英國的Sonder套管成像儀MTT、電磁探傷測井儀（EMDS-TM）等。電磁測井儀是唯一能對多層套管的損傷進行探測的一種儀器，已經在管道安全評估、維護、維修及更換領域得到廣泛應用。以電磁探傷測井儀（EMDS-TM）為例，該儀器抗干擾能力較強，可免收泥漿、管壁結蠟、水泥沉積物等外界因素的影響；但無法對套管的變形情況進行定量分析，也無法對套管內外腐蝕進行判斷，需要與多臂井徑測量儀器組合使用，獲取井下套管的全面信息。

參考文獻：

[1]潘敏.MIT-MTT套損檢測技術及三維成像軟件開發[D].長江大學，2014.

[2]趙琳.金屬套管腐蝕檢測方法與技術研究[D].西安石油大學，2013.

[3]嚴正國，趙琳，王飛，周超.電磁探傷測井技術及其進展[J].石油儀器，2012，06：41-43+103.

[4]楊興琴，余迎.套管工程檢測新技術[J].測井技術，2014，02：157.