何夏萍 孫秋明 張 茜

(中國石化集團華北石油局測井公司 河南新鄉(xiāng))

大套管磁定位儀器的研制

何夏萍 孫秋明 張 茜

(中國石化集團華北石油局測井公司 河南新鄉(xiāng))

9.5in以上套管聲幅在測量過程中,始終存在接箍信號信噪比低或丟接箍的現(xiàn)象,很難達到工程檢測要求。文章分析了磁鋼的制作工藝,對磁鋼、線圈和線路進行改進,重新制作儀器,取得了滿意的效果。

大套管;磁定位;設(shè)計;制作

0 引 言

隨著石油勘探的發(fā)展,深層油藏開發(fā)逐步增加,該類井井身結(jié)構(gòu)開次較多,井深結(jié)構(gòu)一開、二開多為13.3/8in(1in=25.4mm)和9.5in兩種規(guī)格的套管,固井評價測量項目為 GR、CCL、CBL和VDL。在測量過程中,套管節(jié)箍(即CCL)信號受套管尺寸較大的影響,干擾大、接箍不明顯且丟失較多。為解決此問題,測井隊一般采用居中測量方式完成固井質(zhì)量項目后,再采取偏心測量的方式單獨測量CCL。這樣雖然保證了CCL資料質(zhì)量,但對較長的測量井段來講,分兩趟測量,測井時效低、曲線整理工作量加大。為解決該項工程測井的技術(shù)問題,我們在原磁定位儀器的基礎(chǔ)上,分析其線圈、磁鋼及線路的原理及結(jié)構(gòu),提出改進的設(shè)計方案,重新制作儀器,獲得了較好的測量效果。

1 接箍定位器的測量原理

磁性定位儀器屬于磁測井系列,主要用于確定入井管具的管串結(jié)構(gòu)。圖1是磁性定位器的基本結(jié)構(gòu),核心是一對磁極相對的磁鋼和線圈。

測井時,儀器下入套管、油管或其它套柱內(nèi),儀器靜止時,磁力線分布穩(wěn)定,當(dāng)儀器沿管柱從(a)到(b)時,如遇接箍、封隔器等金屬變徑物體處,磁力線的分布將發(fā)生變化,通過線圈的磁通量也隨之發(fā)生變化,并在線圈中產(chǎn)生變化的感生電勢,成為儀器的測量信號。由電磁感應(yīng)定律可知,電動勢的大小由下式?jīng)Q定[1]:

式(1)中,ε為線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢;K為比例系數(shù);Φ為磁通量;t為時間。

圖1 磁性定位器結(jié)構(gòu)及工作示意圖

磁性定位器測得的信號如圖1(e)中所示(套管接箍)。在測井過程中,當(dāng)磁定位儀器通過套管接箍處時,由于套管接箍處金屬壁變厚,引起永久磁鋼磁通的變化。當(dāng)進入接箍變厚段時,通過線圈的磁力線增多,變化的磁力線切割線圈繞組,產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢。當(dāng)磁定位儀器離開接箍變厚部分時,通過線圈的磁力線減少,在線圈中產(chǎn)生一個反極性感應(yīng)電動勢,這個過程形成一個感應(yīng)電位峰值,成為接箍測量信號。如圖1(e)中圖形所示,近似為1Hz左右的信號。

2 設(shè)計方案

磁定位儀器所測信號的大小與磁鋼強度、線圈匝數(shù)和外界磁性物質(zhì)的感磁強度、測井移動速度成正比。根據(jù)不同井眼的適用性,采取增強磁鋼強度、增加線圈匝數(shù)的方法來改進套管較大情況下的測量效果。分析SL1418儀器、SJC-1C儀器及哈里伯頓公司的CBLEB型儀器,其線圈的電阻值分別為1.2kΩ、1.62kΩ、6.22kΩ,磁缸磁性強度逐級變強。這三種儀器輸出的信號強度從理論上講是逐漸增大的,在實際使用中的效果也是如此。按照這種規(guī)律,經(jīng)過多次實驗,設(shè)計儀器技術(shù)方案為:線圈繞阻為7.22kΩ;磁缸的磁性略強于哈里伯頓公司的CBL-EB型儀器[2],為使在磁性增強情況下磁缸外徑不擴大,設(shè)計中做了多次組合實驗;儀器機械外徑90mm,以便兼容5in、7in套管測量。儀器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 儀器機械結(jié)構(gòu)圖

3 存在問題及解決方法

磁性短節(jié)儀器按照技術(shù)要求制作完成,由于線圈閘數(shù)多、磁缸磁性強,產(chǎn)生的感應(yīng)渦流大,接箍信號干擾聲波信號,造成對同軸傳輸?shù)穆暡ㄐ盘栍休^大干擾,影響聲波同步信號和信號波列。多次試驗后,采取以下改進方法:①加厚信號走線的屏蔽層;②節(jié)箍信號與聲波信號分開走線。兩種方法的組合使用,有效解決了信號干擾問題。實際使用中,在9.5in和13.3/8in等較大套管環(huán)境下,取得了良好的測量效果。

4 測量效果

經(jīng)多次上井試驗,不斷改進信號走線、控制信號幅度,目前,可以在9.5in、13.3in套管內(nèi)正常測量。

4.1 在9.5in套管內(nèi)的測量效果

圖3是新制做的儀器掛接SL-3000測井系統(tǒng)d TK1051井9.5in套管內(nèi)的測量結(jié)果。所測的節(jié)箍曲線與原儀器測量結(jié)果相比,分辨率高,套管節(jié)箍反映清晰[3],干擾信號小,信噪比高,曲線質(zhì)量有很大提高。

4.2 在13.3in套管內(nèi)的測量效果

圖4是新制做的儀器掛接SL-3000測井系統(tǒng)的測量結(jié)果。右側(cè)曲線為新制作的儀器在13.3in套管內(nèi)測量曲線,左側(cè)曲線為哈里伯頓公司的CBL-EB型儀器所測曲線。因套管內(nèi)徑較大,測量的接箍曲線存在部分干擾,信號幅度較小,但仍能分辨出接箍。兩者相比,新儀器干擾幅度較小,資料質(zhì)量能夠達到SY/T5132-2003《測井原始資料質(zhì)量要求》標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 9.5in套管內(nèi)的測量效果圖

圖4 13.3in套管內(nèi)的測量效果對比圖

5 結(jié)束語

通過不斷試驗、改進,該儀器在較大套管環(huán)境下取得了滿意的測量效果,解決了多年來實際工程的測量難題。特別是在磁性增強的情況下仍能保持較小的儀器外徑,能夠在多種套管環(huán)境內(nèi)測量,拓展了儀器使用的空間,具有廣泛的使用價值。

[1] 晁立東,仵 杰,王仲奕.工程電磁場基礎(chǔ)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2004

[2] Halliburton.CBLTRAININGNOTES.1991(資料)

[3] 石油鉆井工程專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會秘書處.《固井質(zhì)量評價方法》釋義.2005(資料)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)03-0008-02

2009-11-11 編輯:姜婷)

何夏萍,女,1965年生,工程師,1985年畢業(yè)于鄭州大學(xué)物理系物理專業(yè),現(xiàn)在中國石化集團華北石油局測井公司從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。郵編:453700