霍愛清，劉 浩

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

1 電磁探傷測井技術(shù)原理

在油井測試結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用電磁探傷測井技術(shù)，可以有效的解決日常測試過程中，油管內(nèi)部厚度測量、材料腐蝕以及結(jié)構(gòu)變形等相關(guān)問題，并且依靠電磁探傷測井技術(shù)可以指示出井下管道和立柱的整體結(jié)構(gòu)、探測工具的實(shí)際位置，同時探測出套管結(jié)構(gòu)之外的磁性鐵材質(zhì)物質(zhì)。由于油井內(nèi)部特殊的組成結(jié)構(gòu)以及電磁探傷測井技術(shù)的測量原理，可以有效的實(shí)現(xiàn)油水井中在開展日常工作過程中，進(jìn)行井下狀態(tài)的檢測，并且利用電磁探傷測井技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)檢測時，所開展的相關(guān)作業(yè)費(fèi)用較低，其工作效率較高，并且可以及時的針對油井自身管套結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)和損壞情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

1.1 軸向長距離探頭工作原理

電磁探傷測井技術(shù)自身的技術(shù)基礎(chǔ)是法力第電磁感應(yīng)相關(guān)定律。在日常設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，發(fā)射圈經(jīng)過電流全面供應(yīng)后，線圈接收信號隨著時間變化而變化［1］。設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的軸向長距離探頭，其主要工作原理為：當(dāng)軸向長距離探頭所發(fā)出的線圈，可以通過短時間產(chǎn)生的直流脈沖電流時，會在線圈周邊環(huán)境中產(chǎn)生較強(qiáng)并且穩(wěn)定的電力磁場。根據(jù)電力導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，所產(chǎn)生電力磁場滲透理論得知，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部磁場經(jīng)過油管穿入套管結(jié)構(gòu)中，在油管結(jié)構(gòu)與套管結(jié)構(gòu)中分別會產(chǎn)生一定規(guī)模的電流I1和I2，一旦直流脈沖結(jié)束后，次生電力磁場在接收線圈產(chǎn)生的電流中，會產(chǎn)生一定程度的感應(yīng)電動勢。同時油管結(jié)構(gòu)和套管結(jié)構(gòu)自身電力磁場性質(zhì)產(chǎn)生變化時，其所感應(yīng)的電流I1和I2會產(chǎn)生一定范圍的改變。當(dāng)油管結(jié)構(gòu)和套管結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞、孔洞、裂縫等結(jié)構(gòu)問題時，尤其是在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生縱向裂縫時，那么就需要切斷所感應(yīng)的電流I1和I2在管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)壁上的電力回路，這樣操作可以直接改變感應(yīng)電動勢的電流幅度，并且準(zhǔn)確的測試油井結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)曲線的異常變動。

1.2 橫向探頭工作原理

當(dāng)探井設(shè)備結(jié)構(gòu)中發(fā)射線圈時，所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度較弱時，導(dǎo)致其設(shè)備的電磁力量線只能穿過第一層管線和立柱，并且探頭發(fā)出信號后，可以有效的在管道墻壁上感應(yīng)出相關(guān)的電磁電流I1。接收線圈在實(shí)際信號和電流檢測過程中，可以接收到由電流I1產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。同時當(dāng)管道墻壁上的損壞部分進(jìn)入探頭可探測區(qū)域時，尤其是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫后，應(yīng)該切斷設(shè)備感應(yīng)電流的整體結(jié)構(gòu)回路，進(jìn)而影響設(shè)備感應(yīng)電動勢的電流波動幅度。加上設(shè)備橫向探頭的整體移動位置只能按照某一個固定的方向移動。而橫向裂縫相比縱向裂縫來說，探測區(qū)域的幾率較大，所以設(shè)備大多應(yīng)用橫向探頭進(jìn)行橫向裂縫位置的確認(rèn)和測試。

2 電磁探傷測井技術(shù)分類

電磁探傷測井技術(shù)由于其自身變到管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響較小，并且對管道墻壁的光滑程度要求不高，因此利用電磁探傷測井技術(shù)，不僅可以發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部的實(shí)際情況和異常問題，還可以在日常管道使用過中，測試管道磨損后余下的墻壁厚度。而電磁探傷測井技術(shù)，作為目前唯一可以同時檢測和管理管道多層套管受損情況的相關(guān)技術(shù)，可以有效的為管道做相關(guān)的安全系數(shù)評估、管道日常維護(hù)、管道問題維修以及損壞管道更換等相關(guān)方面，提供精準(zhǔn)、重要的數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)，因此受到了我國的關(guān)注和廣泛使用［2］。

2.1 漏磁檢測法

在電磁探傷測井技術(shù)中，漏磁檢測法的主要原理是利用強(qiáng)大的電力磁場，將管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁場化，并且當(dāng)管道墻壁存在一定損壞和缺陷時，磁力會產(chǎn)生一定規(guī)律變化，此時技術(shù)人員在依靠霍爾電磁力效應(yīng)，針對管道墻壁磁性密度大小，以及變化趨勢進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)測量，以此確定管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕程度以及缺陷面積。而利用漏磁檢測法可以有效的檢測出管道內(nèi)部的相關(guān)問題，但是其技術(shù)不足也較為明顯，主要表現(xiàn)為：不能完整的測試出大面積的腐蝕程度和具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多層管道系統(tǒng)，并且無法識別具有緩慢、連續(xù)性的管道腐蝕。

2.2 常規(guī)渦流檢測法

常規(guī)渦流檢測法主要利用電磁力感應(yīng)原理，利用發(fā)射線圈所產(chǎn)生的交流變化的電力磁場現(xiàn)象，以此在管道墻壁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生環(huán)狀的渦流現(xiàn)象，一旦管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在一定缺陷時，所感應(yīng)的電流，因受到管道內(nèi)部缺陷位置的阻礙，其運(yùn)行模式發(fā)生相應(yīng)變化，其線圈的等效抗擊電阻力，也隨之產(chǎn)生相應(yīng)的磁場變化，以此測試出載流線圈電阻抗擊能力的變化，最終得到管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺漏和破壞情況［3］。針對油井內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行測試時，常規(guī)渦流檢測法可以直接檢測出，管道井下大規(guī)模的腐蝕情況、管道垂直模式下產(chǎn)生的裂縫形態(tài)、孔洞以及負(fù)責(zé)多層管道等應(yīng)用的實(shí)際情況。但是在實(shí)際的實(shí)際使用過程中，因受到趨膚效應(yīng)的大面積影響，常規(guī)渦流檢測法很難檢測出管道結(jié)構(gòu)外部表面的缺陷和問題。除此之外，漏磁檢測法在實(shí)際運(yùn)用和測量過程中，與磁通矢量數(shù)據(jù)無正方向交流產(chǎn)生的缺陷并不敏感，而常規(guī)渦流檢測法對于渦流矢量正向的相關(guān)缺陷并不敏感，因此可以得出結(jié)論，兩者的不敏感輻射區(qū)域?qū)儆谡?，如果進(jìn)行聯(lián)合使用的話可以確保檢測區(qū)域不會產(chǎn)生盲區(qū)。

2.3 遠(yuǎn)場渦流檢測法

與常規(guī)的渦流檢測法不相同的是，遠(yuǎn)場渦流檢測法內(nèi)部檢測線圈結(jié)構(gòu)，并不能緊靠著激勵結(jié)構(gòu)線圈，而是在距離激勵線圈大約2倍位置的管道內(nèi)部，并且處于直徑外部的遠(yuǎn)場區(qū)域。設(shè)備在此遠(yuǎn)場區(qū)域中，隨著電力磁場兩部分線圈之間的距離增大，區(qū)域場內(nèi)的衰減速度會大幅度減小，進(jìn)而出現(xiàn)第二種能量的傳遞方式。并且在遠(yuǎn)場區(qū)域能量傳遞的路徑區(qū)域，其內(nèi)部和外部的缺陷都可以在測試線圈區(qū)域中，引起電磁信號的增加浮動數(shù)值以及相位之間的變化趨勢。同時通過測試遠(yuǎn)場區(qū)域檢測線圈結(jié)構(gòu)中，二次感應(yīng)電動勢的數(shù)據(jù)變化大小，以及兩者之間的距離，實(shí)現(xiàn)對管道腐蝕和缺陷問題的檢測。在油井內(nèi)部結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)測試過程中，遠(yuǎn)場渦流檢測法不受到測試探頭提離、趨膚運(yùn)動效應(yīng)、電磁引導(dǎo)率以及磁場引導(dǎo)率不均勻產(chǎn)生的相關(guān)影響，可以有效的避免探頭靈敏程度對于管道內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)缺陷的影響，但是遠(yuǎn)場渦流檢測法不能有效的檢測管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)深度小于1mm或者寬度小于0.1cm的結(jié)構(gòu)裂縫。

3 電磁探傷測井技術(shù)應(yīng)用

3.1 電磁探傷測井技術(shù)實(shí)際案例

某采油廠管套損區(qū)域油井，主要位于城市的中心位置，并且根據(jù)實(shí)際區(qū)域建設(shè)中，針對油井的探測主要采取電磁探傷測井技術(shù)。同時從探測的12口油井中收集和分析得出相關(guān)結(jié)論，至少有80%以上的油井，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在著不同程度的結(jié)構(gòu)彎曲、形變以及破壞，其中管道套管產(chǎn)生彎曲變形有7口，油管內(nèi)部結(jié)構(gòu)彎曲變形的數(shù)量為6口，并且已經(jīng)相繼出現(xiàn)嚴(yán)重破損的油井有2口，因此技術(shù)人員需要針對油井的實(shí)際情況，并且從彎曲破損嚴(yán)重的油井作為基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)，分析電磁探傷測井技術(shù)對于套損區(qū)域的實(shí)際作用［4］。

在實(shí)際針對油井進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測和功能實(shí)驗(yàn)過程中，利用電磁探傷測井技術(shù)還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，井內(nèi)結(jié)構(gòu)除了990m位置結(jié)構(gòu)性變最嚴(yán)重以外，其他油井區(qū)域段內(nèi)也存在管套破損的問題和不良現(xiàn)象，并且經(jīng)過技術(shù)實(shí)驗(yàn)，將測試和分析結(jié)果及時上報(bào)相關(guān)管理部門。以此為油井進(jìn)行下一步項(xiàng)目活動，采取了有力的相關(guān)解決措施的有力根據(jù)。

3.2 電磁探傷測井技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

針對測試的實(shí)際案例可以得知，為了更加有效的檢測油井內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題和阻礙原因，以便于深入分析油井內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，以及所產(chǎn)生的相關(guān)結(jié)構(gòu)問題，因此技術(shù)人員需要針對油井，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)的油井?dāng)?shù)據(jù)測試。連續(xù)進(jìn)行技術(shù)測試時，其設(shè)備進(jìn)入測試區(qū)域后進(jìn)入地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層，但是進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，油井內(nèi)部液體僅有22m2進(jìn)入了射孔土質(zhì)層，有64m2從喇叭口開始向上反出，并且在油井內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的730～738m處位置消失。土質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層區(qū)域段也普遍存在油液漏失現(xiàn)象，此時也進(jìn)一步說明了，電磁探傷測井技術(shù)對于井下測試的準(zhǔn)確性［5］。此外，技術(shù)人員為了進(jìn)一步保證電磁探傷測井技術(shù)的準(zhǔn)確性，隨即增加了對油井40臂井進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測試，并且得出的結(jié)論相同。由于套損井區(qū)的種類類型以及產(chǎn)生的相關(guān)原因比較復(fù)雜，加上此次實(shí)驗(yàn)主要針對油井套管彎曲問題進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)探索，因此根據(jù)電磁探傷測井技術(shù)進(jìn)行測試，并且解釋其結(jié)果，同時根據(jù)其他相關(guān)的油井測試技術(shù)進(jìn)行綜合分析，可以高效的發(fā)現(xiàn)電磁探傷測井技術(shù)，運(yùn)用在套損區(qū)域油井中可以取得較好的測試成果，并且可以為油井地質(zhì)制定出科學(xué)、合理的檢測和管理方案。

4 結(jié)語

由此可見，對于油井內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建立和檢測來說，科學(xué)、合理的檢測技術(shù)有利于油井的可持續(xù)發(fā)展。而電磁探傷測井技術(shù)，利用自身檢測技術(shù)對油井管套缺陷進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、模型分析，以此達(dá)到對油井的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行詳細(xì)檢測。