張 麟 戴恩漢 李宏魁 陳 正 楊秀梅 黃志平 劉軍利

(中原油田分公司采油工程技術研究院 河南濮陽)

電磁探傷測井技術在中原油田的應用

張 麟 戴恩漢 李宏魁 陳 正 楊秀梅 黃志平 劉軍利

(中原油田分公司采油工程技術研究院 河南濮陽)

EMDS-TM-42TS電磁探傷測井儀成功地解決了在油管內(nèi)探測油管、套管的厚度和損壞(腐蝕、變形、破裂等)、射孔井段,準確指示管柱接箍、封隔器等井下工具以及油管鞋的位置等技術難題,并能探測套管以外的鐵磁性物質(zhì)(如套管扶正器、表層套管等),在油氣水井井況監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。根據(jù)現(xiàn)場測井需求,對電磁探傷測井技術進行了配套完善。通過配套完善,拓寬了電磁探傷測井儀的應用范圍,提高了測井資料的符合率,滿足了井況監(jiān)測的需要。

電磁探傷;多臂井徑;配套完善;現(xiàn)場應用

0 引 言

EMDS-TM-42TS電磁探傷測井儀應用電磁感應原理既可探測單層井下套管又可透過內(nèi)層油管探測油、套管的壁厚和損壞,具有測量結果不受井筒內(nèi)液體和管壁上的石蠟、水泥塊、鹽垢等沉積物影響的特點,解決了在油管內(nèi)探測油管和套管的厚度和損壞(腐蝕、變形、破裂和孔洞等)、射孔井段,準確指示管柱接箍、封隔器等井下工具以及油管鞋的位置,而且大大地降低了測井施工費用和時間,因此對油氣水井的技術狀況起到“普查”和“體檢”的作用。在該儀器的應用過程中主要從以下幾個方面進行了完善配套:應用壓力平衡數(shù)值模擬技術,設計了井下儀配重一體化方案;對操作軟件和解釋軟件進行了改進和完善;配套了不停產(chǎn)測試及組合監(jiān)測工藝。通過不斷配套完善,提高了儀器帶壓測試的安全性能,滿足了不停產(chǎn)測試和井況普查需求,拓寬了井況監(jiān)測資料錄取的范圍。

1 電磁探傷測井技術

1.1 儀器結構

EMDS-TM-42TS電磁探傷儀由溫度探頭、自然伽馬探頭、縱向長軸探頭A、橫向探頭B、BB、縱向短軸探頭C個探頭和上、下扶正器及電子線路組成。其中溫度探頭測得井溫資料,確定出液口的位置,并對管材電導率進行溫度校正;自然伽馬探頭探測井身周圍自然伽馬強度用于校深;探頭A、B、BB、C用來檢測套管的損傷。

1.2 測量原理

EMDS-TM-42TS電磁探傷儀的物理基礎是法拉第電磁感應定律。給發(fā)射探頭供一電流,接收探頭產(chǎn)生隨時間變化的感應電動勢ε[1]。

式中,Φ為磁通量;S為線圈截面積;B為磁場強度。

當管柱(油套管)厚度變化或存在缺陷時,感應電動勢ε將發(fā)生變化,通過分析和計算,在單、雙層管柱結構下,得到管柱的壁厚,可判斷管柱的裂縫、腐蝕和孔洞。

單層管柱結構,感應電動勢ε函數(shù)表達式為:

式(1)中前三項是主要的,所以可以簡化為:

雙層管柱(如有油管和套管)結構時:

鋼管磁導率μ、電導率σ和和壁厚h是對測得感應電動勢ε1、ε2都是有貢獻的,μ、σ(經(jīng)溫度Tj校正)視為已知。因此,可計算出內(nèi)、外管壁厚度h1、h2,即對方程(2)、(3)聯(lián)立求解,就是損壞部位的均勻壁厚(視厚度)。

1.3 儀器技術指標

EMDS-TM-42TS電磁探傷儀的主要技術指標:外形尺寸:下井儀直徑42 mm,下井儀長度(包括扶正器)3 500 mm;耐壓100 MPa;耐溫150℃;測井速度180 m/h～300 m/h;測量管柱直徑63 mm～324 mm;測量管柱壁厚:內(nèi)層管柱3 mm～12 mm,雙層管柱～25 mm;確定管柱壁厚度誤差:內(nèi)層管柱0.5 mm,多層管柱1.5 mm;裂縫型缺陷最小長度:縱向裂縫40 mm,橫向裂縫(內(nèi))1/6圓周長;孔洞型缺陷最小直徑30 mm。

2 技術完善配套

2.1 井下儀下扶正器的改進

EMDS-TM-42TS電磁探傷測井儀井下儀溫度短節(jié)和下扶正器由于其結構不合理,在其下端掛接加重存在安全隱患,因此對溫度短節(jié)和下扶正器進行了改進,使溫度短節(jié)、下扶正器和加重桿懸掛器一體化,根據(jù)井口壓力大小自由懸掛加重,提高了帶壓測井的安全可靠性。

2.2 現(xiàn)場操作軟件的改進和完善

EMDS-TM-42TS現(xiàn)場操作軟件是英文版的,沒有實時繪圖功能,這對現(xiàn)場分析井下套管技術狀況造成難度,因此對原程序模塊進行分解和對操作界面窗口進行漢化和完善,將地面接收軟件采用DELPHI6.0進行了全新的編制,實現(xiàn)了實時繪圖功能,深度兼容性設計,實現(xiàn)了實時繪圖。

2.3 解釋軟件的改進和完善

在使用俄羅斯解釋軟件時發(fā)現(xiàn)存在如下問題:解釋結論無法在成果圖上顯示和規(guī)范化處理;無法調(diào)整打印參數(shù)。通過對原解釋軟件進行了2種形式的漢化處理和完善:①對原有軟件進行漢化處理,采用WINDOWS內(nèi)核DLL掛接,對原有的軟件進行漢化②采用VCγγ對解釋軟件進行全新編制,解決了原解釋軟件的缺陷,提高了測井資料解釋速度。

2.4 電磁探傷和多臂井徑組合測井技術配套

EMDS-TM-42TS電磁探傷測量結果不受泥漿或者套管壁上的石蠟、水泥塊的沉積物的影響,但不能定量識別井下管柱的變形,也無法區(qū)分井下管柱的內(nèi)外腐蝕。而多臂井徑測井能夠精確測量出套管的內(nèi)徑變化。因此將電磁探傷與多臂井徑組合測井,對測井資料進行綜合分析,識別井下管柱的變形、腐蝕和結鹽結垢情況,全面分析井下套管技術狀況。

2.5 不停產(chǎn)測井工藝配套

為了發(fā)揮電磁探傷儀雙層管柱探傷的功能,實現(xiàn)注水井和氣井的井況普查,在確保井口壓力在30 MPa情況下“封得住、下得去”[2],配套了新型的液壓式井口防噴裝置,該裝置主要技術指標:密封壓力:動壓0～35 MPa,靜壓0～50 MPa;防噴管長度:1.5 m/根任意組合;適用電纜外徑:Φ5.6 mm。

3 現(xiàn)場應用

電磁探傷測井技術自2006年12月引進以來,先后在中原油田現(xiàn)場應用了300多井次,測井成功率95%以上,資料解釋成果符合現(xiàn)場實際,效果良好,為套損井合理修復措施的制訂和井況防治提供了第一手準確的資料。

3.1 套管變形

衛(wèi)23-X井:多臂井徑測井資料解釋結果如圖1所示:套管在1 664 m～1 668 m變形,在1 664.3 m處最大縮徑為14 mm,最大擴徑為11 mm。電磁探傷資料解釋結果如圖2所示:1 663.8 m～1 165 m套管平均壁厚有明顯變化,且各探頭曲線異常幅度較大,該處套管有變形損傷。

圖1 衛(wèi)23-X井臂井徑測井成果圖

圖2 衛(wèi)23-X井電磁探傷測井成果圖

3.2 套管嚴重損傷

胡7-X井:多臂井徑測井資料解釋結果如圖3所示:套管在1 727 m～1 736 m變形,其中在1 730 m和1 735.4 m處最大縮徑均為4 mm。電磁探傷測井資料解釋結果如圖4所示:在1 729 m～1 787 m套管平均壁厚減小0.7 mm,套管腐蝕,其中1 731 m套管壁厚由7.72 mm減小至4.72 mm,該點套管損傷嚴重。

圖3 胡7-X井臂井徑測井成果圖

圖4 胡7-X井電磁探傷測井成果圖

3.3 氣井井況普查

G54-X井和S76X井是兩口正在生產(chǎn)的高產(chǎn)天然氣井,這兩口井三年多沒有動過管柱,為了解起井下油管和套管的技術狀況,對其進行了電磁探傷測井。測井資料解釋分析得出如下結論:S76X井在3 166.4 m～3 167.9 m套管腐蝕,套管平均壁厚由9.17 mm變?yōu)?.26 mm;G54-X井在3 463 m～3 466 m油管腐蝕,平均壁厚由5.5 mm變?yōu)?.79 mm。

圖5 S76X井電磁探傷測井成果圖

圖6 G54-X井多臂井徑測井成果圖

4 結 論

自2006年12月引進EMDS-TM-42TS電磁探傷儀以來,電磁探傷測井技術在中原油田推廣應用了300多井次,在推廣應用過程中對該技術進行了不斷完善配套,拓展了應用范圍。幾年來,儀器工作性能穩(wěn)定,測井一次成功率100%,資料解釋結果符合率在90%以上,效果良好。通過幾年來的應用,我們認為該技術在以下幾個方面具有良好的應用前景:①及時發(fā)現(xiàn)天然氣管柱有無裂縫,避免出現(xiàn)事故②在采油井大修時了解套管損壞情況;可以發(fā)現(xiàn)井身結構丟失井現(xiàn)象③側(cè)鉆井在施工前要測井,確定開孔以上的管柱能否承擔側(cè)鉆任務④注水井修井時了解管柱破裂情況,避免水竄槽污染飲用水源。該技術與多臂井徑測井技術結合,區(qū)分和定量分析井下管柱的變形和結鹽結垢狀況,為采取準確的采油工程措施提供第一手資料。因此,該技術在套損井井況監(jiān)測和油氣水井井況普查等方面具有廣泛的應用前景。

[1] 何生厚.油氣開采工程師手冊[M].北京:中國石化出版社,2006

[2] 楊樹棟.采油工程[M].東營:石油大學出版社,2001

P631.8+13

B

1004-9134(2011)01-0069-03

張 麟,男,1975年生,助理工程師,2001年7月畢業(yè)于石油大學(華東)石油工程專業(yè),現(xiàn)在中原采油院生產(chǎn)測井研究中心從事生產(chǎn)測井技術研究工作。郵編:457001

2010-07-24編輯:梁保江)