电磁探伤测井技术在中原油田的应用

张 麟 戴恩汉 李宏魁 陈 正 杨秀梅 黄志平 刘军利

(中原油田分公司采油工程技术研究院 河南濮阳)

电磁探伤测井技术在中原油田的应用

张 麟 戴恩汉 李宏魁 陈 正 杨秀梅 黄志平 刘军利

(中原油田分公司采油工程技术研究院 河南濮阳)

EMDS-TM-42TS电磁探伤测井仪成功地解决了在油管内探测油管、套管的厚度和损坏(腐蚀、变形、破裂等)、射孔井段,准确指示管柱接箍、封隔器等井下工具以及油管鞋的位置等技术难题,并能探测套管以外的铁磁性物质(如套管扶正器、表层套管等),在油气水井井况监测中发挥了重要作用。根据现场测井需求,对电磁探伤测井技术进行了配套完善。通过配套完善,拓宽了电磁探伤测井仪的应用范围,提高了测井资料的符合率,满足了井况监测的需要。

电磁探伤;多臂井径;配套完善;现场应用

0 引 言

EMDS-TM-42TS电磁探伤测井仪应用电磁感应原理既可探测单层井下套管又可透过内层油管探测油、套管的壁厚和损坏,具有测量结果不受井筒内液体和管壁上的石蜡、水泥块、盐垢等沉积物影响的特点,解决了在油管内探测油管和套管的厚度和损坏(腐蚀、变形、破裂和孔洞等)、射孔井段,准确指示管柱接箍、封隔器等井下工具以及油管鞋的位置,而且大大地降低了测井施工费用和时间,因此对油气水井的技术状况起到“普查”和“体检”的作用。在该仪器的应用过程中主要从以下几个方面进行了完善配套:应用压力平衡数值模拟技术,设计了井下仪配重一体化方案;对操作软件和解释软件进行了改进和完善;配套了不停产测试及组合监测工艺。通过不断配套完善,提高了仪器带压测试的安全性能,满足了不停产测试和井况普查需求,拓宽了井况监测资料录取的范围。

1 电磁探伤测井技术

1.1 仪器结构

EMDS-TM-42TS电磁探伤仪由温度探头、自然伽马探头、纵向长轴探头A、横向探头B、BB、纵向短轴探头C个探头和上、下扶正器及电子线路组成。其中温度探头测得井温资料,确定出液口的位置,并对管材电导率进行温度校正;自然伽马探头探测井身周围自然伽马强度用于校深;探头A、B、BB、C用来检测套管的损伤。

1.2 测量原理

EMDS-TM-42TS电磁探伤仪的物理基础是法拉第电磁感应定律。给发射探头供一电流,接收探头产生随时间变化的感应电动势ε[1]。

式中,Φ为磁通量;S为线圈截面积;B为磁场强度。

当管柱(油套管)厚度变化或存在缺陷时,感应电动势ε将发生变化,通过分析和计算,在单、双层管柱结构下,得到管柱的壁厚,可判断管柱的裂缝、腐蚀和孔洞。

单层管柱结构,感应电动势ε函数表达式为:

式(1)中前三项是主要的,所以可以简化为:

双层管柱(如有油管和套管)结构时:

钢管磁导率μ、电导率σ和和壁厚h是对测得感应电动势ε1、ε2都是有贡献的,μ、σ(经温度Tj校正)视为已知。因此,可计算出内、外管壁厚度h1、h2,即对方程(2)、(3)联立求解,就是损坏部位的均匀壁厚(视厚度)。

1.3 仪器技术指标

EMDS-TM-42TS电磁探伤仪的主要技术指标:外形尺寸:下井仪直径42 mm,下井仪长度(包括扶正器)3 500 mm;耐压100 MPa;耐温150℃;测井速度180 m/h～300 m/h;测量管柱直径63 mm～324 mm;测量管柱壁厚:内层管柱3 mm～12 mm,双层管柱～25 mm;确定管柱壁厚度误差:内层管柱0.5 mm,多层管柱1.5 mm;裂缝型缺陷最小长度:纵向裂缝40 mm,横向裂缝(内)1/6圆周长;孔洞型缺陷最小直径30 mm。

2 技术完善配套

2.1 井下仪下扶正器的改进

EMDS-TM-42TS电磁探伤测井仪井下仪温度短节和下扶正器由于其结构不合理,在其下端挂接加重存在安全隐患,因此对温度短节和下扶正器进行了改进,使温度短节、下扶正器和加重杆悬挂器一体化,根据井口压力大小自由悬挂加重,提高了带压测井的安全可靠性。

2.2 现场操作软件的改进和完善

EMDS-TM-42TS现场操作软件是英文版的,没有实时绘图功能,这对现场分析井下套管技术状况造成难度,因此对原程序模块进行分解和对操作界面窗口进行汉化和完善,将地面接收软件采用DELPHI6.0进行了全新的编制,实现了实时绘图功能,深度兼容性设计,实现了实时绘图。

2.3 解释软件的改进和完善

在使用俄罗斯解释软件时发现存在如下问题:解释结论无法在成果图上显示和规范化处理;无法调整打印参数。通过对原解释软件进行了2种形式的汉化处理和完善:①对原有软件进行汉化处理,采用WINDOWS内核DLL挂接,对原有的软件进行汉化②采用VCγγ对解释软件进行全新编制,解决了原解释软件的缺陷,提高了测井资料解释速度。

2.4 电磁探伤和多臂井径组合测井技术配套

EMDS-TM-42TS电磁探伤测量结果不受泥浆或者套管壁上的石蜡、水泥块的沉积物的影响,但不能定量识别井下管柱的变形,也无法区分井下管柱的内外腐蚀。而多臂井径测井能够精确测量出套管的内径变化。因此将电磁探伤与多臂井径组合测井,对测井资料进行综合分析,识别井下管柱的变形、腐蚀和结盐结垢情况,全面分析井下套管技术状况。

2.5 不停产测井工艺配套

为了发挥电磁探伤仪双层管柱探伤的功能,实现注水井和气井的井况普查,在确保井口压力在30 MPa情况下“封得住、下得去”[2],配套了新型的液压式井口防喷装置,该装置主要技术指标:密封压力:动压0～35 MPa,静压0～50 MPa;防喷管长度:1.5 m/根任意组合;适用电缆外径:Φ5.6 mm。

3 现场应用

电磁探伤测井技术自2006年12月引进以来,先后在中原油田现场应用了300多井次,测井成功率95%以上,资料解释成果符合现场实际,效果良好,为套损井合理修复措施的制订和井况防治提供了第一手准确的资料。

3.1 套管变形

卫23-X井:多臂井径测井资料解释结果如图1所示:套管在1 664 m～1 668 m变形,在1 664.3 m处最大缩径为14 mm,最大扩径为11 mm。电磁探伤资料解释结果如图2所示:1 663.8 m～1 165 m套管平均壁厚有明显变化,且各探头曲线异常幅度较大,该处套管有变形损伤。

图1 卫23-X井臂井径测井成果图

图2 卫23-X井电磁探伤测井成果图

3.2 套管严重损伤

胡7-X井:多臂井径测井资料解释结果如图3所示:套管在1 727 m～1 736 m变形,其中在1 730 m和1 735.4 m处最大缩径均为4 mm。电磁探伤测井资料解释结果如图4所示:在1 729 m～1 787 m套管平均壁厚减小0.7 mm,套管腐蚀,其中1 731 m套管壁厚由7.72 mm减小至4.72 mm,该点套管损伤严重。

图3 胡7-X井臂井径测井成果图

图4 胡7-X井电磁探伤测井成果图

3.3 气井井况普查

G54-X井和S76X井是两口正在生产的高产天然气井,这两口井三年多没有动过管柱,为了解起井下油管和套管的技术状况,对其进行了电磁探伤测井。测井资料解释分析得出如下结论:S76X井在3 166.4 m～3 167.9 m套管腐蚀,套管平均壁厚由9.17 mm变为8.26 mm;G54-X井在3 463 m～3 466 m油管腐蚀,平均壁厚由5.5 mm变为4.79 mm。

图5 S76X井电磁探伤测井成果图

图6 G54-X井多臂井径测井成果图

4 结 论

自2006年12月引进EMDS-TM-42TS电磁探伤仪以来,电磁探伤测井技术在中原油田推广应用了300多井次,在推广应用过程中对该技术进行了不断完善配套,拓展了应用范围。几年来,仪器工作性能稳定,测井一次成功率100%,资料解释结果符合率在90%以上,效果良好。通过几年来的应用,我们认为该技术在以下几个方面具有良好的应用前景:①及时发现天然气管柱有无裂缝,避免出现事故②在采油井大修时了解套管损坏情况;可以发现井身结构丢失井现象③侧钻井在施工前要测井,确定开孔以上的管柱能否承担侧钻任务④注水井修井时了解管柱破裂情况,避免水窜槽污染饮用水源。该技术与多臂井径测井技术结合,区分和定量分析井下管柱的变形和结盐结垢状况,为采取准确的采油工程措施提供第一手资料。因此,该技术在套损井井况监测和油气水井井况普查等方面具有广泛的应用前景。

[1] 何生厚.油气开采工程师手册[M].北京:中国石化出版社,2006

[2] 杨树栋.采油工程[M].东营:石油大学出版社,2001

P631.8+13

B

1004-9134(2011)01-0069-03

张 麟,男,1975年生,助理工程师,2001年7月毕业于石油大学(华东)石油工程专业,现在中原采油院生产测井研究中心从事生产测井技术研究工作。邮编:457001

2010-07-24编辑:梁保江)