超声找漏测井技术及其应用

林炳南

（中法渤海地质服务有限公司 天津）

0 引言

一口典型的油气井包含上千，甚至几千个井下组件。在井下恶劣的条件下，任何一个组件，由于老化、受腐蚀、或者受挤压，都有可能影响该井的正常生产，甚至出现停产。由于井的完整性原因导致油气井未能正常生产的原因很多，据OTM Consulting统计：油管失效41%，安全和控制系统故障20%，环空和层间窜20%，腐蚀变形14%，结蜡或结垢5%。

随着完井技术的发展，生产管柱的结构越来越复杂。同时，随着开发生产时间的推移，受到腐蚀、或者各种不同应力的作用，油、套管壁以及连接处，井下组件（如封隔器、气举阀等）有可能出现泄漏。如果一口气举井的油管在气举阀深度之上出现泄漏，出现“U”型油管，将导致油压增大、降低了气举的效果。如果由于封隔器或者油、套管泄漏，出现环空带压的现象，将致使气井含水上升、采气速度降低以及影响气井的安全生产。

目前，多项常规技术已经成功地应用于油、套管和封隔器泄漏的检测。主要的测井方法有井下摄像、井温+流量计组合测井、脉冲中子氧活化测水仪、井温+噪声组合测井等。但是，常规找漏技术均存在有局限性。常规的井温+流量计组合测井，测量灵敏度不高，存在漏点测不到、或者测不全的风险。只有当泄漏量大于0.2桶/分钟[1]（31.8升/分钟）时，井温+流量计组合测井才能检测到泄漏。超声找漏测井技术能够精准地定位泄漏源，泄漏量可以微小至0.02升/分钟[2]。

1 超声找漏测井原理

超声找漏测井仪是根据高频率超声波原理设计制成。当流体（液体或气体）通过阻流位置从高压区流向低压区时，流体快速膨胀并出现紊流现象。流体发生紊流时，能够产生不同频段的超声波。超声波信号强度，从声源向外快速地减弱，因而泄漏源的位置能够被精准地定位至几英寸的误差范围内[3]。

超声测井仪的底部装配有一个压电传感器。当接收到超声波信号时，压电晶体产生与超声波强度成正比例的低压模拟信号。由于紊流产生的超声波能量非常低，因此压电晶体产生的电压非常微弱。微弱的模拟信号放大后，被传到数字信号处理器。数字信号处理器装配有大容量的闪存随机存取存贮器，运行着一系列的模块化信号处理程序，过滤了由机械或者其它干扰产生的噪音，保留着由泄漏产生的超声波信号。全数字化的信号，通过电缆遥传至地面采集系统，或者把信号的数据存储在仪器串顶部存储短节。

当超声测井仪经过泄漏源位置时，压电传感器将捕获该超声波信号。捕捉到的信号被设置成2个频段：低频段（WLDA1）和高频段（WLDB1），1个重叠的频段WLDC1（WLDA1+WLDB1）。信号的强度被处理成无量纲的数值后，显示在测井图上。当仪器经过被激活的漏点时，测井曲线上的值在该深度附近急剧增加，形成陡峰，峰顶精确地指示泄漏源位置的深度。

2 矿场应用

目前，国内油、套管和井下组件检漏作业中，较多地应用常规测井和机械检测技术。本文引用国外两个超声测井找漏的例子，详细介绍施工和资料分析过程，期望能够给国内同行提供某些借鉴。

2.1 Qurhoud油田A井

该井是一口注水井，2004年7月完井，注水压力3000PSI。环空的套压与注水压力相同，怀疑5-1/2油管存在泄漏。为了寻找泄漏源，对该井进行电缆直读超声找漏测井作业。仪器串组合为：电缆头+导芯加重杆+万向节+遥传短节+接箍磁定位仪+扶正器+温度计+扶正器+超声测井仪。

在超声测井仪入井过程中，注水压力3056PSI，环空泄压，激活油套之间的泄漏，环空压力150PSI。从井口往下进行测线，发现8处泄漏，分别位于66.3 m、913.2m、1997.5 m、2468 .5 m、2478 .3 m、2488 m、2497 .5 m和2506 .6 m。图1是漏点1997 .5 m超声测井曲线，峰顶精确地指示漏点位置的深度，位于油管71#和70#之间的接箍，但是温度曲线没有泄漏特征显示[4]。

图1 测线超声测井曲线

仪器上提至每一个泄漏点的位置，进行点测漏失点验证。以1997 .5 m漏点为例，介绍漏点验证的施工过程。图2是漏点验证超声测井曲线，保持注水压力3155PSI，关闭套管泄压阀，环空压力分别上升至105PSI、1127PSI。关闭套管泄压阀后，随着油管泄漏速度的减小，超声波强度也随着减弱，测井曲线的峰值减小。环空再次放压，泄漏速度增大，超声波强度再次增强，测井曲线的峰值增大[5]。

图2 漏点验证超声测井曲线

2.2 NorthSea油田B井

该井为一口气举生产井，井下有7个气举阀。油套之间环空带压，大于允许的最大压力。怀疑气举阀存在泄漏。油公司初步分析，泄漏点可能发生在气举阀。在实施最有效的补救措施之前，必须确定泄漏源的位置以及泄漏的原因，以便采取措施。对该井进行钢丝存储式超声测井作业。

第一趟下入超声测井仪，从井口往下测线，发现有2处泄漏，分别位于2264ft（1ft＝304.8cm）油管连接处和4944ft气举阀。图3是漏点2264ft超声测井曲线，峰顶精确地指示油管漏点位置的深度，温度曲线出现负异常，与超声测井曲线相互验证。图4是漏点4944 ft超声测井曲线，峰顶精确地指示漏点位置处于气举阀，但是温度曲线没有泄漏特征显示。

图3 油管泄漏超声测井曲线

图4 气举阀泄漏超声测井曲线

钢丝作业，更换4944 ft气举阀。第二趟下入超声测井仪，点测。4944 ft深度气举阀漏点验证超声测井曲线没有出现泄漏特征。钢丝作业，投跨隔式可重复坐封封隔器于2264 ft油管泄漏处。由于封隔器内径小，生产管柱存在变径，无法下入超声测井仪验证封隔器的密封效果。通过地面检验，确认更换气举阀和投跨隔式可重复坐封封隔器的补救措施有效之后，交井，生产部门恢复生产。

3 结束语

超声测井找漏，必须通过调节井口或者环空的压力，激活或者减少泄漏，使流体（液体或气体）流过阻流位置产生超声波，仪器才能探测到泄漏或者管外窜。仪器探测到的超声波能量尖峰准确地处于泄漏源的位置，这种特定的响应非常直观地识别漏点。

超声找漏测井灵敏度高，可以精准地定位泄漏量微小至0.02升/分钟的泄漏源位置。仪器在油管中，同样可以探测到第二环空的泄漏源位置，或者套管之外的管外窜。与常规检测技术相比，超声找漏测井技术的局限性小，具有推广和应用的前景。

[1]J.Y.Julian，T.W.Cahalane，D.A.Cismoski，P.E.，et al.Rigless Tubing Repair Using Permanent and Retrievable Patches at Prudhoe Bay，Alaska[J].2006，SPE-104055.

[2]Dr.FathiShnaib，PeterBeaumont-Smith，and TonyeAlagba，et al.Utilization of Acoustic Logging Technology to Identify Failed Barriers in Offshore Wells[J].2008，SPE-117182-PP.

[3]Vita Omelka，Well Leak Detector Final Report[Z].2010

[4]陈庆波，戴宇刚，陈庆新.噪声、井温组合测井资料在萨北油田找漏、找窜方面的应用［J］.石油仪器，2007，21（4）

[5]郑友志，佘朝毅，马发明，等.高频超声波测漏技术在LG-气井的应用［J］.测井技术，2011，35（1）