多臂井徑成像測(cè)井儀改進(jìn)及應(yīng)用

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司　黑龍江　大慶　163311)

0　引　言

多臂井徑成像測(cè)井儀(MAC-40)在推廣應(yīng)用期間年測(cè)井近千口。儀器的測(cè)井資料得到了用戶的廣泛認(rèn)可，為用戶提供了詳實(shí)可靠的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，有效地保證了油水井的正常生產(chǎn)獲得了用戶的好評(píng)。同時(shí)儀器在推廣應(yīng)用期間，也發(fā)現(xiàn)了一些不足，設(shè)計(jì)者及時(shí)了解用戶的反饋信息，對(duì)儀器進(jìn)行了改進(jìn)。

1　儀器的工作原理

多臂井徑成像測(cè)井儀是通過(guò)儀器的測(cè)量臂與套管內(nèi)壁接觸，將套管內(nèi)壁的變化轉(zhuǎn)為井徑測(cè)量臂的徑向位移，通過(guò)井徑儀內(nèi)部的機(jī)械設(shè)計(jì)及傳遞，變?yōu)橥茥U的垂直位移；差動(dòng)位移傳感器將推桿的垂直位移變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。儀器使用的傳感器是一種非接觸式的機(jī)電轉(zhuǎn)換器件，其輸出電信號(hào)的幅度與其內(nèi)部鐵芯的位置成正比。每一測(cè)量臂都帶動(dòng)一個(gè)推桿磁芯，從而將測(cè)量井徑臂的徑向變化轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲衅鬏敵鲭妷旱淖兓痆1]。

2　儀器的改進(jìn)完善

多臂井徑成像測(cè)井儀在推廣應(yīng)用期間，設(shè)計(jì)研發(fā)人員及時(shí)掌握用戶反饋的意見(jiàn)，及時(shí)地做出了多項(xiàng)改進(jìn)：1)傳感器磁芯密封系統(tǒng)的改進(jìn)；2)增加刻度校正傳感器，進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度校正；3)驅(qū)動(dòng)采集電路的改進(jìn)；4)軟件上增加偏心校正功能，對(duì)儀器進(jìn)行偏心校正。正是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不斷完善和改進(jìn)，產(chǎn)品的性能得到了不斷的提高。

2.1　傳感器磁芯密封系統(tǒng)的改進(jìn)

原有儀器磁芯暴露在含有腐蝕性物質(zhì)的井內(nèi)液體里，儀器長(zhǎng)時(shí)間的工作，導(dǎo)致儀器的磁芯腐蝕，磁芯的腐蝕嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。原有儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了避免儀器的磁針受到腐蝕，我們?cè)黾恿嗣荛]腔體，在腔體里充滿硅油，這樣儀器的磁針免受井內(nèi)液體的腐蝕。在腔體上安裝了活塞，保證腔體的內(nèi)外壓力平衡，保證了儀器在高壓(80 MPa)環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作。改進(jìn)后儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1　原儀器傳感器密封系統(tǒng)圖

圖2　改進(jìn)后儀器傳感器密封系統(tǒng)圖

2.2　增加刻度校正傳感器

多臂井徑測(cè)井儀的傳感器為電感式線圈傳感器，電感線圈隨著溫度的升高，輸出的信號(hào)會(huì)發(fā)生變化。原儀器解決該問(wèn)題的方法是測(cè)井后，地面軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，解決溫漂的問(wèn)題，這樣不能做到實(shí)時(shí)溫度校正，不能實(shí)時(shí)出圖[2]。

改進(jìn)后的儀器解決此問(wèn)題的方法是在40個(gè)測(cè)量傳感器的旁邊再安裝一個(gè)傳感器(我們把這個(gè)傳感器叫做校正傳感器)，用這個(gè)校正傳感器校正其它傳感器。在組裝儀器前，首先對(duì)傳感器進(jìn)行篩選，在高溫環(huán)境下(175 ℃)測(cè)量傳感器的電感值，選擇溫度漂移相同的41個(gè)線圈安裝在同一支儀器上。這樣保證傳感器的溫度漂移相同。儀器調(diào)試完畢后，進(jìn)行溫度試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整校正傳感器磁針，調(diào)整校正傳感器的輸出值，同時(shí)我們測(cè)量其它傳感器的輸出值。表1為1640001號(hào)儀器在175 ℃環(huán)境下傳感器試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1　1640001號(hào)儀器在175 ℃環(huán)境下傳感器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表1可以看出，隨著溫度的升高，傳感器輸出的數(shù)據(jù)變大，校正傳感器的數(shù)據(jù)也變大，變大的差值為41。用40臂傳感器輸出的數(shù)據(jù)減去校正傳感器變化的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)為傳感器的校正值。最大值為33，最小值為-25，而轉(zhuǎn)換成工程值時(shí)，40轉(zhuǎn)換為1 mm，最大值33轉(zhuǎn)換為工程值為0.825 mm，而儀器的精度為1 mm，滿足儀器測(cè)量要求。

2.3　驅(qū)動(dòng)采集電路的改進(jìn)

驅(qū)動(dòng)采集電路的改進(jìn)主要指?jìng)鞲衅鞯倪B接方式，原有儀器傳感器的連接方式為并聯(lián)，如圖3左側(cè)所示。傳感器的阻值大約為80 Ω，40傳感器并聯(lián)，阻值約為2 Ω。而傳感器驅(qū)動(dòng)的電壓約為3 V，這樣功率約為4.5 W左右。由于功耗太大而發(fā)熱，導(dǎo)致儀器內(nèi)部溫度比外部溫度高大約20 ℃左右。如果外部溫度在175 ℃，內(nèi)部溫度大約在200 ℃，導(dǎo)致儀器使用范圍受到限制。

因?yàn)閮x器有40個(gè)傳感器，而儀器只有1個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，采集是分開(kāi)的。所以改進(jìn)的方法是準(zhǔn)備采集哪個(gè)傳感器就將哪個(gè)傳感器連接驅(qū)動(dòng)電路，如圖4所示。這樣電壓同樣是3 V，而傳感器的阻值為80 Ω，功率為0.1 W左右，大大降低了功耗，極大地減少了儀器的發(fā)熱。

2.4　軟件上增加偏心校正功能

儀器在測(cè)量斜井和水平井時(shí)，由于儀器的自重，儀器不能在套管內(nèi)居中，我們把這種現(xiàn)象叫做偏心。如果不進(jìn)行軟件校正，那么嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。原有40臂測(cè)井儀器測(cè)井軟件沒(méi)有偏心校正功能，導(dǎo)致儀器使用受到局限。如圖5所示為沒(méi)有使用偏心校正功能在大慶油田汪深1-平2井的測(cè)井成果圖。從圖中曲線可以看出該儀器明顯存在偏心、不居中。

圖3　改進(jìn)前的驅(qū)動(dòng)采集電路圖

圖4　改進(jìn)后的驅(qū)動(dòng)采集電路圖

圖5　沒(méi)使用偏心校正功能的測(cè)井曲線

如圖6所示是使用偏心校正功能后在大慶油田汪深1-平2井的測(cè)井曲線，從圖上可以看出，如果不使用偏心校正功能，該井的測(cè)井資料不能達(dá)到要求，該功能擴(kuò)大了儀器的使用范圍[3]。

3　應(yīng)用效果

儀器改進(jìn)完善后，進(jìn)行了80多井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。應(yīng)用40臂井徑測(cè)井儀器對(duì)大慶油田龍81-斜16井進(jìn)行了射孔質(zhì)量檢查測(cè)井, 該井2015年投產(chǎn)，人工井底1 785 m，如圖7所示為該井在1 704 m到1 731 m的測(cè)井曲線圖。在1 713.8 m到1 716.8 m有3 m的射孔層，共射孔40個(gè)，通過(guò)曲線可以清晰的看到射孔孔眼，共計(jì)40個(gè)。可以看出，儀器能穩(wěn)定可靠的工作，能很好的反應(yīng)套管的狀況[4]。

圖6　使用偏心校正功能的測(cè)井曲線

圖7　龍81-斜16井測(cè)井曲線圖

4　結(jié)束語(yǔ)

多臂井徑成像測(cè)井儀通過(guò)上述四項(xiàng)改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證。儀器能為地質(zhì)部門提供能準(zhǔn)確地測(cè)量套管腐蝕變形程度的資料，為監(jiān)測(cè)套管的狀況，延長(zhǎng)油水井的使用壽命，提供詳實(shí)可靠的依據(jù)[5]。儀器除了保證大慶油田的正常生產(chǎn)外，還遠(yuǎn)銷美洲市場(chǎng)(美國(guó)、加拿大)，共計(jì)銷售儀器20余支，為大慶測(cè)試儀器贏得了良好的聲譽(yù)。

[1] 劉立志，劉存輝，張宗亮.40臂井徑成像儀器工作原理及其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J] .石油儀器，2011,25(2):27-29．

[2] 梁忠明.井徑伽馬磁定位組合測(cè)井儀的研制[J] .石油儀器，2013,27(3):41-42．

[3] 張建軍.AT+三臂井徑儀與國(guó)產(chǎn)伽馬儀、磁定位儀組合測(cè)井的實(shí)現(xiàn)[J].石油儀器,2006,20(1):75-76+80.

[4] 劉樹(shù)峰.DCTS-43電磁探傷和MAC40臂測(cè)井儀在吉林油田的應(yīng)用[J] .石油儀器,2012,26(1):42-44.

[5] 喬賀唐.生產(chǎn)測(cè)井原理及資料解釋[M].北京:石油工業(yè)出版社,1992:89-101.