趙成龍，王俊石，孫帥帥，王瑞祥，高旸昭

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459）

引言

在海上油氣田開發(fā)過程中，井槽的利用率尤為關(guān)鍵，這也就意味著，對低產(chǎn)低效井的治理，多依賴于老井槽進行井筒棄置及側(cè)鉆作業(yè)。而在井筒棄置作業(yè)中，原井老套管的套損情況對于后續(xù)側(cè)鉆作業(yè)又起著指導作用。當前渤海常用的套損測定方法，往往需要占用大量井口時間，且無法在作業(yè)前獲知套管損傷情況，不能對后期處理套管、選擇側(cè)鉆點等作業(yè)方案的決策起到較早的資料支持。故在渤海某油田P6/P7 井的側(cè)鉆作業(yè)中，引入了多層管柱損傷電成像測井工具，對老井眼套管進行套損測定。

1 多層管柱損傷電成像測井儀器簡介

多層管柱損傷電成像測井儀（MDI-ONE）是新一代高精度智能數(shù)字化測井儀器，具體結(jié)構(gòu)圖見圖1，通過對井筒做“胃鏡”，不動管柱的情況下了解多層管柱腐蝕情況，可以使用電纜、鋼絲、連續(xù)油管、鉆桿等不同輸送方式，擺脫了水平井測井對爬行器的依賴，避免爬行器落井事故，提高現(xiàn)場施工時效，滿足復雜井況下的測井需求。

圖1 多層管柱損傷電成像測井儀結(jié)構(gòu)

1.1 工具原理

多層管柱損傷電成像測井儀（MDI-ONE）可以對高能電磁脈沖響應變化進行精細記錄，由于空氣對高能電磁脈沖響應的衰減速率相較于金屬管的情況要快，故可以通過匹配測量和數(shù)值模擬的磁化衰減速率來評估儀器周圍的金屬存在。如果儀器周圍有多層套管，則需要用到雙傳感器（短和長），以確?？煽康貦z測到多管柱的信息，并獨立區(qū)分每個管柱中的缺陷[1]。則近端管柱會在較早的時間做出響應，而較遠的管道會在較晚的時間做出響應，此現(xiàn)象是檢測每個單獨管柱中的金屬的關(guān)鍵, 從而實現(xiàn)全井多層管柱的成像測井。能夠穿過油管檢測由于腐蝕或其他因素造成的金屬損失，并監(jiān)控套管穿孔情況，工作示意圖見圖2。

圖2 多層管柱損傷電成像測井儀工作示意圖

MDI-ONE 電磁探傷成像測井儀的理論基礎(chǔ)是電磁感應定律。將模擬衰減與實際響應進行比較，可以計算出第一、第二管柱的壁厚[2]。實際測井過程中，對發(fā)射線圈接通直流電，將系統(tǒng)對磁干擾的響應計算簡化為計算接收線圈附近的磁場強度，電磁場的形狀將描述為以下兩個方程式

式中：ε 為接受線圈的感應電動勢；S 為接收線圈總面積；S1為第一線圈面積；N 為線圈匝數(shù)；K 為磁滯常數(shù)；φ 為磁通量；B 為磁場強度。

當作業(yè)儀器確定后，接收線圈總面積S 即為一個常量，當發(fā)射線圈被施加直流電后，由于電磁感應現(xiàn)象，會產(chǎn)生一個磁場（式中B 表示），在工具串的移動過程中，套管或油管會切割磁場中的磁感線，從而產(chǎn)生感應電動勢，而這個感應電動勢被接收線圈記錄后，即為ε 值[3]。

由于實際操作中全井測井速度一致，故產(chǎn)生的電動勢僅由切割磁感線的管柱本身的形狀與位置有關(guān)。

當工具測量管柱為一層套管時，ε 可以進行如下表述

式中：T1為套管柱的厚度；μ1為套管柱的磁導率；σ1為套管柱的電導率；D1為套管柱的外徑；Tc為井溫。

在油井的注水或生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)油管、套管會存在不同程度的壁厚變薄、開裂、變形、穿孔等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為管柱損傷。在管柱發(fā)生損傷的情況下，會導致套管柱的厚度、套管柱的磁導率、套管柱的電導率、套管柱的外徑等數(shù)據(jù)與出廠時的數(shù)據(jù)有著明顯差異。伴隨著套管損傷情況的加重，多層管柱損傷電成像測井儀所測得的ε 值也會隨之變小[4]。

當工具過油管測井或測量多層套管套損時，ε 可以進行如下表述

式中：T1，T2為第一層、第二次被測管材的厚度；μ1，μ2為第一層、第二次被測管材的磁導率；σ1，σ2為第一層、第二次被測管材的電導率；D1，D2為第一層、第二次被測管材的外徑；EX 為內(nèi)、外管相對位置幾何校正系數(shù)。

類似地，在使用多層管柱損傷電成像測井儀進行多層管柱測井時，由于管柱存在扭曲、變形所導致的相對位置差，故需在單層計算的基礎(chǔ)上加入內(nèi)、外管相對位置幾何校正系數(shù)（EX）值，校正因ε 計算值的偏差導致的套管、油管厚度上的計算偏差。

該儀器檢測到的響應具有復雜的時間特性，不能以簡單的分析方式建模，這使得盡管多層管柱測井概念提出多年，但仍處于擱置狀態(tài)。隨著計算機速度和多核并行計算技術(shù)的最新進展，實現(xiàn)了對復雜響應的精確數(shù)值建模，并分別確定了多層管柱的金屬含量。除了各層的厚度分布圖之外，多層管柱損傷電成像測井儀工具還根據(jù)差異來生成差分（DELTA）數(shù)據(jù)模板，在數(shù)值模型和實際響應之間進行可視化[5]。

1.2 儀器參數(shù)

多層管柱損傷電成像測井儀器性能優(yōu)良，具有高耐壓、高耐溫、高耐H2S 的特點，滿足渤海油田絕大多數(shù)井下工況的使用。測量精度范圍覆蓋常用油套管尺寸，并且工具最大外徑僅43 mm，具體見表1。而渤海油田常用的生產(chǎn)油管最小尺寸為2-7/8"，即62 mm，多層管柱損傷電成像測井儀器滿足常用油管的通過要求，工具的實用性較強。

表1 多層管柱損傷電成像測井儀技術(shù)參數(shù)

1.3 同類型工具對比

表2 為多層管柱損傷電成像測井儀與其他渤海地區(qū)常用的同類型測井儀器的對比。通過對比可以看出，多層管柱損傷電成像測井儀輸送方式更加多樣性，涵蓋電纜、鋼絲、鉆具、連續(xù)油管等輸送方式，由送入方式即可確定，該測井方法不受井斜等因素的影響，可以將工具串順利下放至測井井段，且儀器電池可工作70 h 以上。全新的聲系加上高集成化的電路設(shè)計，使得儀器總長做到1.8 m，較短的儀器長度大大降低了儀器在井內(nèi)發(fā)生脆性變形及螺旋屈曲的可能，在測試水平井和大斜度井時有更好的通過性和穩(wěn)定性。并且該工具滿足360°周向探測的同時，測量精度高于同類型測井儀器，且測井速度達到6 m/min，極大程度地縮短了測井作業(yè)時間，提高了作業(yè)時效。

表2 多層管柱損傷電成像測井儀與同類型儀器對比

2 應用實例

該技術(shù)分別在P6/P7 井中予以應用，使用效果良好，由于P7 井后續(xù)側(cè)鉆作業(yè)對老井套管承壓性能要求較高，故在P7 井的棄井作業(yè)中，為了驗證多層管柱損傷電成像測井方法的精確程度，起出原井生產(chǎn)管柱后，通過多功能超聲成像測井技術(shù)對套管損傷進行再次測定，意圖通過兩套儀器及兩種不同的測井方式進行對比，從而判定多層管柱損傷電成像測井方法得出的結(jié)論是否正確，兩種測井所得結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 P7 井超聲蘭姆波測套管損傷示意

圖4 P7 井過油管測套管損傷示意

多功能超聲成像測井儀（MUIL）是一種超聲波測井儀器，采用超聲脈沖回波檢測方法，可進行裸眼井井眼和套管井管柱內(nèi)壁、套管壁厚、井周360°第一界面水泥膠結(jié)質(zhì)量評價。儀器有成像模式和全波模式兩種工作模式可供選擇，成像模式可完成裸眼井井壁聲波成像，聲波探頭依次向套管內(nèi)壁發(fā)射聲脈沖，然后由同一探頭接收從套管反射的聲波。每一次聲脈沖發(fā)射都在套管內(nèi)壁產(chǎn)生強的反射波，除了反射波以外，另一部分聲波折射進入套管，以縱波的形式在套管的內(nèi)外壁之間交替反射，使套管產(chǎn)生局部的“厚度振動”，從而確定套管厚度，計算套管損傷情況。

實際作業(yè)過程中，多功能超聲成像測井儀順利下放到位，出井后通過對測量段內(nèi)部分井段垂直探頭和斜入射探頭測量的波形曲線回放，最終計算得出，相同井段內(nèi)兩次不同方法測量的套損結(jié)果基本一致，再次驗證多層管柱損傷電成像測井方法的可靠性。

3 推廣與使用前景

多層管柱損傷電成像測井技術(shù)可以實現(xiàn)一次入井，完成過生產(chǎn)油管對7"和9-5/8"等不同尺寸套管的測井，而且可以使用電纜、鋼絲、連續(xù)油管、鉆桿等不同輸送方式。后續(xù)可以進一步對作業(yè)工序進行優(yōu)化，在實際使用中，可以由棄井工序中的刮管洗井作業(yè)管柱攜帶測井工具串入井，完成測井工作，擺脫了大位移（大斜度）和水平井測井對爬行器的依賴，降低了作業(yè)風險，提高現(xiàn)場施工時效，滿足復雜井況下的測井需求。

隨著渤海油田開發(fā)進入中后期，由于海上油氣田開發(fā)的特殊性，需盡量提高井槽利用率，低產(chǎn)低效井治理問題則尤為凸顯。多層管柱損傷電成像測井可以為后續(xù)的井筒棄置及側(cè)鉆作業(yè)提供準確的資料支持，尤其是在大位移（大斜度）和水平井測井擁有廣闊的應用前景。