油套管磁法监测技术研究

陈红涛(中石化胜利油田分公司物资供应处物资总库山东东营257000)

陈新德(中石化胜利油田分公司胜利设计院山东东营257000)

石油开采准备过程中，油套管承受着内压力和拉伸载荷，在石油开采中，油套管则承受着挤压力、高压注水和酸碱腐蚀的影响，可见油套管在整个石油开采过程中都要承担高强度的作业。在长期高强度的作业情况下，油套管的损伤和变形就变的不可避免，而且损伤严重的情况下，会导致油田停产，造成极大的经济损失。因此，必须加强对油套管的评估监测，从而避免因油套管的损伤而导致停工停产现象的发生，保证油井的平稳运行。当前，对于油套管的监测的设备多种多样，但受监测原理的限制，只能监测管道是否受损。特别是监测时，需要将油套管从油水井中取出，严重影响了油井的正常作业，加大了开采成本。目前，对于油套管的损伤监测就是对其直径、套管变形、壁厚和损伤状况的监测，主要通过机械井径、超声波、电磁的方法进行监测的。通过对油套管的监测，分析和处理监测信号，从而判别油套管是否存在损伤。而通过磁信号采集仪下井可以采集磁感应强度，对油套管进行快速监测，确定油套管中存在的损伤，从而避免了将油套管从井中取出，降低了油套管监测的成本。因此，必须加大对磁法监测油套管损伤的研究，预防和修补油套管中的损伤，保证油水井的正常作业。

一、磁法监测理论基础

磁场是由于运动电荷或电场变化引起的。任何物质都是由分子和原子组成的，而分子和原子均带有电子，并永不间歇的做轨道运动和自旋运动。假设不同电子的轨道运动和自旋运动为元电流线圈，当不加磁场的作用时，各元电流的方向各不相同，不能显示物质的特性；当施加外磁场时，各元电流的方向与磁场一致，且磁场相互叠加，就显示出物质的特性了。地球表面的外部空间没有导电流和磁性物质，因此磁法监测所需要的激励源是天然地磁场，不需要设置特殊的激励源。根据磁场的用途不同，将磁场分为正常磁场和异常磁场。正常磁场和异常磁场相辅相成，异常磁场是以正常磁场为基准，即不符合正常磁场规律的，就判断为异常磁场。在油套管磁法监测过程中，就根据正常磁场与异常磁场之间的关系，分析研究磁场的变化强度，判断油套管是否损伤。物质的磁化就是将物质置于一定的磁场中，该物质就会受到磁场的影响，具有了一定的磁性。由于组成物质的不同，原子产生的磁矩大小就不同，不同的物质就会表现出不同的磁性。将物体施加一个外磁场，物质在磁化的作用下就会显示一定的磁性。根据物质受外加磁场影响程度的不同，将物质材料分为顺磁性材料、铁磁性材料和抗磁性材料。顺磁性材料是指对磁场产生正的影响并增强磁场的磁性的材料；铁磁性材料是指对磁场产生很大的影响，并大大增强磁场的强度的材料；抗磁性材料是指对磁场产生负的影响，减弱磁场的磁性强度的材料。磁法监测技术就是通过磁信号采集仪，对油套管表面进行扫描，采集不同方向上的磁性感应强度的变化，分析处理采集的数据信息，判断油套管中存在缺陷的位置以及缺陷的大小。这种监测方法是建立在天然地磁场的基础上的，并且在采集的过程中要匀速采集信号，才能准确的分析出曲线的准确位置。

二、磁信号的采集与去噪

在对油套管内部磁感应强度信号监测时，磁感应信号强度会随着距离的增加而减弱，因此必须采用性能高的监测仪器，才能监测到磁感应强度的微弱变化。微弱磁场条件下的监测传感器主要有磁阻型传感器、磁敏型传感器和磁通门传感器。但磁阻型传感器线型度比较差，磁敏型传感器热稳定性较差，因此，主要采用具有测磁分辨力高、线性度和热稳定性高、成本低的磁通门传感器。不管是在自然环境中还是在屏蔽室中，磁信号采集仪采集的数据都十分稳定，采集的数据基本上为一条直线。在利用磁信号采集仪器对油套管内部进行信号采集时，首先将磁信号采集仪器垂直放入油套管中，控制磁信号采集仪上下移动，将油套管内磁感应强度变化值传输到计算机中，形成磁感应强度变化曲线，从而测得油套管的损伤情况。在实际监测中，采集的信号一般含有噪声信号，影响了采集信号的真实性，降低了监测信号的精准度，所以要对监测信号进行去噪处理。当前对于去噪的处理主要是利用小波变换去噪，主要的方法有：利用小波变换模极去噪、采用非线性小波变换值法和基于各种尺度下小波系数相关性进行去噪。同时，为了保证磁信号采集以采集的信号准确性，可以运用循环迭代算法校正磁通门传感器，并利用小波去噪法处理采集的信号数据。

三、试验数据处理与分析

为了测试磁法监测技术对油套管监测的效果，选取了三根油套管进行试验，以确定磁法监测技术的应用效果。在实验中，采用了相关系数来表征客观存在事物变化量之间的相关性。对于磁法监测技术对油套管的监测进行分组合试验，主要分为：油管、套管均无损组合；油管无损、套管有损组合；油管有损、套管无损组合；油管、套管均无损组合四种组合进行试验。通过试验得知，如果油管无损伤、套管有损伤，在磁感应曲线上，套管损伤表现为波谷，缺陷的大小根据相关系数异常区域来进行确定。如果油管、套管都有损伤，在感应曲线上，信号的幅值会上升，并可通过抵消区域判断管道缺陷存在的位置。如果油管中存在穿孔损伤，则采集的磁感应强度曲线幅值变化较为剧烈；如果油管中存在腐蚀损伤，则采集的磁感应强度曲线缺陷部分磁异常较为平缓。同时，通过在不同时段磁信号采集仪器的测量数据重复分析，可知磁信号采集仪器采集的数据动态重复性好，具有良好的稳定性。

四、结束语

通过分析研究磁法监测的基本原理，分析了磁法监测油套管技术的可行性。磁法监测的激励源是天然地磁场，无需设计激励装置，降低了监测的难度和成本。通过磁感应其对油套管进行监测，采集的信号具有良好的稳定性，并可以运用循环迭代算法校正采集的信号，增强采集信号的准确性。通过试验研究，将磁法应用于油套管监测是可行的，能够节约油水井开采的成本，具有良好的经济效益。

[1]陈学东，王冰，关卫和，胡明东我国石化企业在用压力容器与管道使用现状和缺陷状况分析及失效预防对策[J].压力容，2001.