黃偉明，李國慶，馬文海，賀海軍

（1.東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江大慶163318；2.大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163318；3.遼河油田建設有限公司，遼寧盤錦124010）

氣井持續(xù)環(huán)空帶壓表明井屏障存在漏點，該現(xiàn)象是國內外已投產高壓氣井完整性問題的主要表現(xiàn)形式[1]。井完整性方面的學者們一般將油套環(huán)空稱為A環(huán)空，按照由內向外的原則其余外層的套管環(huán)空名稱按照字母順序順延。X為國內東部某深層氣田，截止目前，持續(xù)環(huán)空帶壓井數(shù)占投產總井數(shù)的14%，對于高風險井即A、B、C三個環(huán)空均帶壓井，急需開展井筒漏點現(xiàn)場實測，為修井治理提供指導。目前，國內在環(huán)空帶壓井漏點檢測方面，塔里木油氣田、西南油氣田通過超聲波測井等技術對A、B 兩個環(huán)空成功開展過漏點檢測[2?3]，在 A、B、C三個環(huán)空的漏點檢測方面少有報道，分析其主要原因為目前普遍采用的漏點檢測測井技術對于過多層管串的測量精度受限[4?5]。X氣田引進了國外的高精度ALFA4頻譜噪聲儀與ANT陣列噪聲儀，配合溫度及電磁探傷測井技術，通過組合測井方式對氣田典型的持續(xù)環(huán)空帶壓井X1井成功實現(xiàn)了A、B、C三個環(huán)空的漏點檢測，準確定位了漏點位置，該技術的成功應用，對于國內類似多環(huán)空帶壓氣井的漏點檢測工作具有重要的借鑒意義。

1 找漏方法的優(yōu)選

礦場實踐表明，導致氣井持續(xù)環(huán)空帶壓的原因為：井下生產管柱腐蝕穿孔泄漏、套管螺紋或本體泄漏、水泥環(huán)存在裂隙等[6?7]。通過對國內外找漏技術進行調研發(fā)現(xiàn)，已采用過的找漏測井技術包括同位素測井、氧活化測井、超聲波測井等[8?9]。

（1）同位素測井。利用放射性同位素與承載物混合注入井下。通過探測伽馬射線強弱來反映井筒泄漏及竄流現(xiàn)象[10]。但此方法最大的缺點為放射性同位素污染地層，且易堵塞管柱，對施工人員造成危害。

（2）氧活化測井。利用中子管發(fā)射中子將氧元素活化，通過水流帶動活化的氧元素，依據(jù)探測到的氧元素幅度變化來測量流速等參數(shù)。該方法的缺點是要求水流量必須穩(wěn)定[11]，對于氣井應用效果不理想。

（3）超聲波測井。儀器在井下獲取來自流體經泄漏點發(fā)出的聲音后，經過信號處理，形成測井信息。但測試頻率一般為（300~1 000 kHz），由于在高頻下幅度低漏點產生的有用信號易被錯過，整體敏感度差[12]。

以上各不同測井方式均有其局限性，近年來普遍采用的高精度噪聲測井及電磁探傷測井技術在國外的氣井找漏方面具有較好的應用。因此，引進此類先進技術，以實現(xiàn)環(huán)空帶壓井的精準檢測。

2 噪聲及電磁探傷測井原理

2.1 噪聲測井原理

當液體、氣體通過介質時就會產生噪聲，這個噪聲來自流體本身和流體流動時周圍元素的振動。噪聲儀能捕捉井下流體流動產生的聲音，實際上記錄的是聲波振幅和頻率[10]。本文采用了較為先進的兩種噪聲測井儀器，ANT陣列噪聲儀可實現(xiàn)實時連續(xù)測量，提升深井中的測試效率，ALFA4頻譜式噪聲儀應用點測方式，進一步降低背景噪音的影響，實現(xiàn)更精密測量，對陣列噪聲儀檢測的可疑井段進行驗證測量或針對復雜及多層管串泄漏井段進行高精度測量。

ANT陣列噪聲儀使用了一組陣列高靈敏寬頻聲波傳感器。該儀器采用了一套創(chuàng)新的差分測量處理方法，能很好地拒絕不必要的噪音，如儀器在井筒中移動產生的“路噪”。其基本原理如圖1（a）所示，通過使用配置在X和Y的平面上的正交傳感器，利用相對的傳感器的數(shù)字信號相減來創(chuàng)建差分測量。泄漏源信號在相對較遠的傳感器上相位移動和幅度降低，差分信號較大；而路噪在儀器本體上的傳播沒有相位移動和幅度變化，差分信號非常小。從而使“路噪”和其他不需要的共模信號被剔除，而泄漏源信號增強。通過精確的傳感器匹配和儀器刻度，可實現(xiàn)30 dB的共模信號的抑制。

另外，ANT陣列噪聲儀在波傳播處理技術方面有較大創(chuàng)新，即應用了路噪聲速度域分離技術，其原理如圖1（b）所示。儀器經過一個固定的泄漏點，儀器和漏點信號的傳播路徑的夾角會從負到正旋轉。通過觀察在一個小的深度間隔的傳播角的變化，即使其信號比背景噪聲還弱，也極易發(fā)現(xiàn)各類固定的聲源，從而進一步提高檢測精度。

圖1 頻譜噪聲儀檢測技術原理Fig.1 Spectrum noise detection technology schematic

2.2 電磁探傷測井原理

新一代MTD電磁壁厚測井儀基于脈沖渦電流工作原理，電磁壁厚測井儀的高效快速反應的發(fā)射器線圈發(fā)射高能電磁脈沖信號，長、短源距兩組傳感器接收渦電流衰減信號，從而分析評價油管及套管的厚度變化。長源距傳感器可記錄300道數(shù)據(jù)，大范圍掃描來自大套管的遠場信號的快速衰減；短源距傳感器掃描內層管串和近場信號，記錄50道數(shù)據(jù)。信號經過處理后，給出多達3層管串的各自厚度。

3 實例分析

X1井是一口水平開發(fā)井，井身結構如圖2所示。采用裸眼分段完井工藝，套管內投球壓裂后投產，目前日產氣量8.66×104m3/d，油壓21.3 MPa，A、B、C三個環(huán)空壓力分別為21.3、21.3、12.0 MPa，表明井筒存在嚴重泄漏點，為查明井筒泄漏途徑，對該井開展了噪聲及電磁探傷組合測井施工。測井過程中，為保證井筒漏點處于激活狀態(tài)，形成明顯的噪聲信號，針對每個環(huán)空測井過程在對應環(huán)空進行地面放壓及壓力恢復作業(yè)。為搞清三個環(huán)空的泄漏途徑，從油管鞋至井口分別進行3趟噪聲組合測井及1趟電磁壁厚測井。

圖2 X1井井身結構Fig.2 X1 well structure diagram

3.1 A環(huán)空漏點檢測

ANT陣列噪聲儀測量A環(huán)空漏點過程，在封隔器位置即2 970 m處測量到大的泄漏信號，溫度出現(xiàn)降低，且A環(huán)空井口壓力恢復較快，分析出封隔器泄漏；ANT儀器記錄的噪聲信號明顯顯示了泄漏點位置及泄漏特征，如圖3所示。

3.2 B環(huán)空漏點檢測

該環(huán)空ANT陣列噪聲儀測量井段為199~2 985 m，ALFA4頻譜式噪聲儀測量段為297~2 828 m。如圖4所示，ANT數(shù)據(jù)經處理后沒有發(fā)現(xiàn)B環(huán)空明顯的泄漏噪聲；ALFA4測量顯示Φ 139.7 mm套管在2 640 m處的接箍有泄漏，該處噪聲信號幅度較小，溫度沒有發(fā)現(xiàn)異常，根據(jù)B環(huán)空放壓過程中的壓力釋放快，分析出B環(huán)空中氣體流量小，流動通道空間小，與ALFA4頻譜式噪聲儀測量到的噪聲信號較弱，溫度沒有異常的情況相符合。ALFA4在整個測量段測量到0~3 kHz的流動信號。因此，B環(huán)空壓力來源為2 640 m處Φ139.7 mm套管接箍泄漏，氣體通過A環(huán)空竄入B環(huán)空。3 000 m處尾管掛位置未見泄漏異常。

圖3 A環(huán)空漏點檢測解釋曲線Fig.3 Interpretation curve for annulus A

圖4 B環(huán)空漏點檢測解釋曲線Fig.4 Interpretation curve for annulus B

3.3 C環(huán)空漏點檢測

C環(huán)空用ANT陣列噪聲儀和ALFA4頻譜式噪聲儀組合測量。ANT測量未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏。如圖5所示，ALFA4在760 m處測量到泄漏噪聲，同時該處溫度出現(xiàn)負異常，由于在B環(huán)空測量過程中相同深度沒有測量到泄漏信號，根據(jù)氣相分析B環(huán)空和C環(huán)空氣源可能不同，綜合分析該處泄漏途徑是地層氣體通過Φ339.7 mm套管接箍進入C環(huán)空。在C環(huán)空釋放過程中，整個測量段能檢測到強度較弱的低頻流動信號，由于B環(huán)空壓力保持穩(wěn)定，不存在B環(huán)空噪聲信號的影響，可通過流動軌跡確認該信號來源。因此，C環(huán)空壓力來源為760 m處泄漏，地層氣體通過Φ339.7 mm套管接箍進入C環(huán)空。后續(xù)開展了電磁探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)套管破損等顯示，進一步證實了B、C環(huán)空帶壓為套管螺紋及水泥環(huán)泄漏。

圖5 C環(huán)空漏點檢測解釋曲線Fig.5 Interpretation curve for annulus C

3.4 泄漏途徑綜合分析

綜合測井結果，得出該井各環(huán)空泄漏點深度較大，產層氣通過生產封隔器進入A環(huán)空，導致A環(huán)空帶壓，進而通過生產套管2 640 m處接箍沿水泥環(huán)上竄，導致B環(huán)空帶壓。C環(huán)空泄漏途徑為地層氣體沿水泥環(huán)爬升至760 m處Φ339.7 mm套管接箍進入C環(huán)空。由于B、C環(huán)空為氣體通過螺紋及水泥環(huán)上竄，表明該井第一、第二重井屏障已經失效，全井泄漏途徑如圖6所示。

圖6 環(huán)空泄漏途徑示意Fig.6 Schematic diagram of the annulus leakage path

結合完井時的固井質量測井發(fā)現(xiàn)，B、C環(huán)空固井質量總體偏差，大量井段存在自由套管、空水泥環(huán)，如表1所示。對于固井質量相對較好井段也可能存在微環(huán)空、微裂縫等通道，這些通道對高壓氣體無法起到很好的密封作用。對于B環(huán)空和C環(huán)空來說，氣體極易通過套管螺紋泄漏點，沿這些通道上升到井口，這與此次檢測結果一致。

表1 完井時固井質量測井結果統(tǒng)計Table 1 Cementing quality logging results statistics table during completion

4 結 論

（1）綜合采用噪聲測井、電磁探傷測井、井溫測井技術，通過過油管測井方式對X深層氣田環(huán)空帶壓典型井進行井筒漏點檢測技術應用，成功實現(xiàn)了A、B、C三個環(huán)空的漏點檢測，確定了環(huán)空泄漏途徑。

（2）檢測結果表明，在固井質量不理想的條件下，高壓氣體完全可以通過套管螺紋及水泥環(huán)從地層深部竄至井口，這與普遍認為的環(huán)空帶壓井漏點位置處于井口附近的觀點相區(qū)別?？梢圆捎弥匦孪氯肷a完井管柱及井口注堵漏劑的方式，阻斷環(huán)空帶壓來源。