嚴(yán)正國(guó)，胡 朋，湯 英，李 磊

（西安石油大學(xué)，陜西省油氣井測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065）

目前中國(guó)在油氣田開采開發(fā)的生產(chǎn)過程中，存在著兩大方面的主要問題：一是隨著全世界油氣資源的長(zhǎng)期開采與利用，大規(guī)模的油氣田逐漸陷于枯竭的狀態(tài)，探索新的油氣資源難度越來越大。二是油氣田隨著開采時(shí)間的增加，油管長(zhǎng)期在含油、氣、水、聚合物等的復(fù)雜環(huán)境中工作，并承受液柱壓力、摩擦力、交變載荷，導(dǎo)致其聯(lián)接絲扣漏失、磨損、腐蝕、結(jié)垢，這些問題普遍存在并一直困擾著油田的生產(chǎn)。而油管的檢測(cè)與修復(fù)成為重中之重的問題，針對(duì)這一問題，提出了油管檢測(cè)的方法。由于傳統(tǒng)的人工檢測(cè)手段無法全面對(duì)油管內(nèi)壁進(jìn)行檢測(cè)，更無法對(duì)油管內(nèi)壁存在的問題進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的判斷，給油管的修復(fù)工作帶來了難度，成本和風(fēng)險(xiǎn)也隨之變高。而油管內(nèi)窺鏡檢測(cè)系統(tǒng)的研制旨在替代人工檢測(cè)手段，對(duì)油管內(nèi)壁可以實(shí)現(xiàn)全面檢測(cè)，從而解決人工檢測(cè)不全面的問題。另一方面，通過對(duì)油管內(nèi)壁的檢測(cè)，觀看檢測(cè)視頻，對(duì)油管內(nèi)壁有一個(gè)直觀認(rèn)識(shí)，從而進(jìn)一步對(duì)油管內(nèi)壁存在的問題進(jìn)行定性的分析，為油管的修復(fù)提供可靠的依據(jù)，提高油管的修復(fù)質(zhì)量，保證油井的作業(yè)質(zhì)量，延長(zhǎng)檢泵周期，減少作業(yè)返工，降低作業(yè)費(fèi)用。

1 油管檢測(cè)方法

1.1 電磁探傷

瞬變電磁法套損檢測(cè)是以瞬變電磁法為原理。瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Methods，TEM），是近年來比較成熟的一種電法勘探方法。瞬變電磁法的檢測(cè)原理可概括為發(fā)射、電磁感應(yīng)和接收這三個(gè)部分。

瞬變電磁檢測(cè)裝置中檢測(cè)的探頭有橫向和縱向2種探頭，每個(gè)探頭的收發(fā)線圈一體，線圈是由線徑不同的漆包線繞制而成的。通過給繞制在軟磁鐵芯上的發(fā)射線圈施加雙極性／斜階躍信號(hào)，在激勵(lì)關(guān)斷的間歇，接收線圈接收地層中呈指數(shù)衰減規(guī)律的二次渦流場(chǎng)，二次場(chǎng)主要來源于金屬管柱、良導(dǎo)電礦體內(nèi)的感應(yīng)電流，其衰減的快慢與地層介質(zhì)的電性參數(shù)、方位、構(gòu)造有關(guān)。由于探測(cè)裝置的發(fā)射和接收系統(tǒng)位于儀器內(nèi)部，下放到套管中，而套管又是良導(dǎo)、磁體，所以在通過套管時(shí)若存在損傷或者地層中存在有導(dǎo)電異常體則接收的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)會(huì)有急劇的變化，一般電導(dǎo)率高則產(chǎn)生的渦流強(qiáng)度大二次場(chǎng)強(qiáng)，通過對(duì)所接收的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理，提取與探測(cè)管柱相關(guān)的特征信息，來反演多層管柱的損傷類型和損傷定位，對(duì)套管的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確多套管本體結(jié)構(gòu)的老化及腐蝕等情況進(jìn)行分析，此外，瞬變電磁法探測(cè)技術(shù)利用的是渦流擴(kuò)散的時(shí)間域特性，二次場(chǎng)中包含了豐富的地層信息，早期時(shí)間對(duì)應(yīng)的是淺層距離和高頻信號(hào)，隨著感應(yīng)渦流的擴(kuò)散，到了晚期二次場(chǎng)衰減則變緩，這時(shí)信號(hào)主要為低頻分量，反映的則是較遠(yuǎn)處的地層信息，所以可根據(jù)時(shí)間擴(kuò)散的早中晚不同時(shí)期來檢測(cè)不同層位的管柱結(jié)構(gòu)，為石油生產(chǎn)井多層管柱損傷檢測(cè)提供實(shí)際依據(jù)。

1.2 超聲波探傷

許多不同種類的超聲成像，根據(jù)顯示回波的方式和檢測(cè)到的空間不同，可分為超聲A掃描法、超聲B掃描法、超聲C掃描方法，三維成像方法和其他成像方法。本文利用脈沖反射法原理，旋轉(zhuǎn)超聲換能器向井壁發(fā)射一定速度的超聲波波束，由于套管的厚度不同，所以接收到的反射波時(shí)間間隔和振幅值不同，基于反射波時(shí)間間隔不同和振幅值的大小，就可以判斷套管的厚度和實(shí)際受損狀。通過設(shè)計(jì)的硬件和軟件，對(duì)檢測(cè)到的發(fā)射波時(shí)間和振幅進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得到套管壁的高分辨率成像圖。

1.3 多臂井徑成像技術(shù)

多臂井徑成像測(cè)井系統(tǒng)由機(jī)電扶正臂、機(jī)電測(cè)量臂和測(cè)臂信號(hào)處理、數(shù)據(jù)編碼傳送和地面解碼成像5大部分組成。儀器由機(jī)械和電路兩大部分組成?；竟ぷ髟硎牵河呻姍C(jī)拖動(dòng)測(cè)量臂、扶正臂的打開與收攏，儀器的測(cè)量臂由彈簧支撐，沿套管內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)，測(cè)量臂隨套管內(nèi)徑變化而變化，當(dāng)井壁有變形時(shí)，測(cè)臂隨井壁的變形而張收，從而帶動(dòng)測(cè)桿的軸向移動(dòng)；由于彈簧的作用使位移傳感器測(cè)桿緊貼測(cè)量臂的端面，當(dāng)測(cè)桿軸向移動(dòng)時(shí)，測(cè)量臂作同步跟隨運(yùn)動(dòng)。由于測(cè)桿的軸向移動(dòng)使得位移傳感器輸出波形的峰值隨之變化，這些變化量經(jīng)編碼后傳回地面接收設(shè)備，由地面設(shè)備完成對(duì)全部數(shù)據(jù)的記錄、處理。

井徑儀成果圖具有圖形清晰、直觀、彩色成像等優(yōu)點(diǎn)。能計(jì)算出套管的最大內(nèi)徑、最小內(nèi)徑及平均內(nèi)徑；根據(jù)這些曲線數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理，能描繪出套管內(nèi)結(jié)構(gòu)狀況包絡(luò)圖和彩色成像顯示圖以及套管某測(cè)點(diǎn)的內(nèi)徑截面圖。

1.4 總結(jié)

以上三種檢測(cè)方法具有：檢測(cè)靈明度高、可以對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行定量分析、對(duì)管子的內(nèi)部可以進(jìn)行檢測(cè)、能同時(shí)檢測(cè)多層管柱的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是成本高，體積龐大、攜帶不方便、不好成像、不能準(zhǔn)確描述問題的形狀，而且對(duì)操作人員的要求比較高，檢測(cè)結(jié)果不直觀。但是我們的檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境是在井場(chǎng)，要求檢測(cè)設(shè)備一定要滿足輕量化，便攜的要求，而且要操作簡(jiǎn)單，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，無需專業(yè)人員解釋，就能直觀對(duì)油管存在的問題進(jìn)行定性地分析。綜合前面三種儀器設(shè)備特點(diǎn)，都不是解決這個(gè)問題的最佳方案，為此我們展開油管內(nèi)窺鏡的研究。

2 油管內(nèi)窺鏡檢測(cè)方法研究

2.1 系統(tǒng)原理組成

油管內(nèi)窺鏡檢測(cè)系統(tǒng)主要由探頭、主控模塊、光電編碼器和控制面板四部分組成，如圖1。

圖1 油管內(nèi)窺鏡檢測(cè)系統(tǒng)框圖

探頭主要對(duì)油管內(nèi)壁的情況進(jìn)行錄取，將錄取的視頻通過主控模塊進(jìn)行處理之后在控制面板上進(jìn)行顯示；光電編碼器主要是對(duì)攝像頭進(jìn)入油管的位置信息進(jìn)行記錄，為以后判斷油管內(nèi)壁問題的具體位置提供可靠的依據(jù)。

2.2 應(yīng)用研究

為了驗(yàn)證該檢測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用效果，在長(zhǎng)慶油田選取了兩口井，對(duì)這兩口井除垢后的油管進(jìn)行檢測(cè)，通過獲取內(nèi)管壁表面的視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁內(nèi)表面腐蝕以及磨損的一個(gè)初步估計(jì)，為判斷油管能否再次下井作業(yè)提供可靠的依據(jù)，同時(shí)驗(yàn)證了該檢測(cè)方法的可行性。如圖2所示，為除垢后的油管和現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)照片

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

如圖3所示，為檢測(cè)結(jié)果圖。

圖3 檢測(cè)結(jié)果圖

圖3a中紅色圓圈位置為油管在長(zhǎng)期使用過程中所出現(xiàn)的偏磨問題，根據(jù)圖片能夠直觀的發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題。圖3b是在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)結(jié)果較為嚴(yán)重的油管，通過圖片。圖3c是在檢測(cè)未除垢油管的過程中所截取的圖片。對(duì)比除垢的油管和未除垢的油管，一方面能檢驗(yàn)除垢的一個(gè)效果，另一方面也能結(jié)垢的油管內(nèi)壁有一個(gè)更清晰地認(rèn)識(shí)，為以后判斷油管是否存在結(jié)垢打下基礎(chǔ)。圖2d是對(duì)新油管的檢測(cè)過程中截取的新油管內(nèi)壁的圖片，通過對(duì)新舊油管的一個(gè)對(duì)比，更容易判斷腐蝕和偏磨問題.

3 總結(jié)

通過對(duì)油管內(nèi)窺鏡檢測(cè)方法的研究與實(shí)驗(yàn)分析，一方面能科學(xué)準(zhǔn)確指導(dǎo)油管檢查更換，極大減少了“風(fēng)險(xiǎn)”油管的二次入井，同時(shí)降低了材料的浪費(fèi)；另一方面，此檢測(cè)方法代替了原來的人工檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)的效率；其次，此檢測(cè)方法檢測(cè)結(jié)果直觀，無需任何專業(yè)人員的解釋，只需通過觀看采集到的視頻和圖像信息，就可以對(duì)油管內(nèi)壁存在的問題進(jìn)行判斷和分析，為下一步的措施提供可靠的依據(jù)。