多臂井径仪测量准确性影响因素分析

2014-04-27陈剑

石油地质与工程 2014年3期

陈剑

（中国石化西南油气分公司川西采气厂，四川德阳618000）

多臂井径仪是一种主要依靠机械方式对油套管内径进行测量的仪器，目前广泛应用于油气田油套管腐蚀监测领域，测量精度高、测量结果直观是其最大的优势之一。根据仪器型号不同，可测量直径在50～350 mm的各类油套管。但在实际使用过程中，发现有诸多因素会降低测量准确性。如何确保测量准确性，是目前多臂井径测井技术研究的又一方向。

1 多臂井径仪测量原理

多臂井径仪在测量时（图1），由扶正臂确保仪器在管体内居中，由电机驱动仪器测量臂张开，当上提仪器时，测量臂沿油套管内壁运动，每条测量臂随油套管内壁变化而产生径向位移，连接轴将径向位移转换为轴向位移，由传感器测量轴向位移量，然后将这些位移量处理、编码、发送到地面。地面系统完成采集处理工作，最后通过解释软件得到解释结果［1］。

图1 常用多臂井径仪测量原理

2 多臂井径仪测量准确性影响因素

通过大量现场应用分析发现，影响多臂井径仪测量准确因素主要体现在测量阶段和解释阶段。

2.1 测量阶段

多臂井径仪是高精度仪器，其测量精度易受自身及外界条件影响。

2.1.1 测量臂刻度的影响

多臂井径仪测量臂的刻度直接关系着最终测量结果的准确性。仪器在使用时，由于测臂与管壁的摩擦，测臂均会有不同程度的损耗。在每次测量前应重新对仪器进行刻度，特别是在更换了测量臂后，必须对其进行刻度，以保证测量精度。

对于多臂井径仪测量臂的刻度方式来说，一般是采用多点刻度法进行刻度。由于每个刻度值之间的线性关系有差别，所以在刻度时应该将预测量油套管标准内径值作为刻度中心值，以减小刻度线性误差对测量精度带来的影响。

2.1.2 温度校正的影响

多臂井径仪测量臂传感器易受温度影响而出现较大误差，所以必须对仪器做温度补偿校正。其主要原理是在不同温度下对测量臂进行刻度，形成所有测量臂刻度值在不同井温下的偏差系数表。将测量结果用该偏差系数校正后其误差可大大降低。由于每条测臂都有独立的传感器，测量臂在制造加工时有一定工差，在更换测量臂后，原有的刻度数据和温度补偿数据都将不再适用。当更换测臂较多时，测量误差势必会大大增加，一般在更换10%～15%的测臂就应当重做温度补偿校正。

2.1.3 测量臂排列顺序的影响

由于测量臂刻度表和温度补偿表中每只测量臂和传感器是一一对应的，每只测量臂的几何形状也有偏差，如果在维护保养仪器时打乱了测量臂和传感器的对应关系，将导致温度偏差校正失效，会严重影响测量精度。

2.1.4 压力平衡的影响

从多臂井径仪的机械结构和测量原理可知，测量臂一端在测量时会受井内压力作用，而另一端连接传感器，是不承压部分。目前大部分多臂井径仪采用平衡油仓来解决测量臂和传感器之间的密封问题。在测量臂和传感器之间加入密封硅油，用硅油隔绝外部压力和各类流体的侵入，有效保护传感器的正常工作。使用中发现，平衡油仓硅油的余量和清洁度对测量影响较大，特别对于高压气井来说，气体较容易侵入平衡油仓，硅油作用逐渐丧失，容易导致传感器灵敏度降低，严重时可能损坏传感器。

2.1.5 外部环境的影响

在进行多臂井径测井时，外部环境因素也是影响测量准确性的重要原因之一。这些因素包括测量段井壁的清洁程度、压井液的清洁程度、高密度高粘度泥浆的影响及井斜的影响等。

（1）井壁清洁程度的影响：在进行多臂井径测量前，若有条件应先清洁井筒，尽量使测量段井壁保持清洁，否则井壁上的附着物会对测量结果造成较大影响。

图2 初次测量结果图

图3 复测测量结果图

（2）压井液清洁程度的影响：在压井液中进行多臂井径测量时，井内的杂质可能会对测量结果造成较大影响。图2和图3是在同一井段内的前后两次测量结果图。对比分析两图可知，图2中管体出现凹槽的主要原因是测量臂上有附着物，影响了测量结果。在经过收臂下放过程后，杂质被去除，复测结果正常。一般在泥浆井作业前应充分循环井内泥浆，确保泥浆性能一致。

（3）高密度高粘度泥浆的影响：多臂井径仪在实际使用中不仅受到仪器耐温耐压的限制，高密度高粘度泥浆对多臂井径测量结果也有较大影响。多臂井径仪测量臂单臂弹力比较小，高密度高粘度泥浆会降低测量臂的灵活性，可能会增大测量误差［2］。

（4）井斜的影响：多臂井径仪测量臂的上下端都带有扶正臂，当井斜较大时，扶正臂的弹力不足以克服仪器所受重力作用，仪器在管体内不能居中，将对实际测量结果造成影响。

对常用的40臂井径仪（DDS73F－20B）做井斜影响试验能看出井斜对测量结果的影响很大。当井斜角大于30°时，测量结果开始出现偏差，随着井斜角的增大，偏差越来越明显。试验数据见表1。

表1 井斜试验数据表 mm

在实际使用过程中，为减小井斜对测量结果带来的影响，可在仪器上下端加装机械扶正器，增大扶正臂弹力，尽量使仪器测量时在管体内居中。此外，还可以在解释时将测量的每个半径值和与之相对的3个半径值的平均值相加，计算出不同的直径曲线，减少井斜影响［3］。

2.1.6 人为操作的影响因素

在多臂井径测量过程中，部分人为操作也会对最终测量结果带来影响。

（1）测速的影响：由于仪器采样频率是固定的，单位时间采样点是一定的。若测速过快，将导致采样密度减小，降低了系统测量精度。为保证测量精度，一般将测速控制在600 m／min以内。

（2）地面系统采样频率设置的影响：在进行多臂井径测井时，往往需要对某个测量段进行精确测量，这时可增大系统采样频率，同时降低测速，提高测量的精确度。但随着测速的降低，测井绞车操作必须平稳。

2.2 解释阶段

2.2.1 电缆拉伸的影响

多臂井径仪在进行测井时，测量臂和扶正臂在遇到管体破损变形或接箍缝隙时会产生轻微遇阻现象。当仪器遇阻时电缆受绞车拉力不断伸长，而绞车深度计数装置仍在运转，造成仪器在遇卡位置采集的数据时间被延长了。当上提拉力继续增加，仪器解卡后测量恢复正常。在解释时应结合电缆张力曲线仔细分析，避免判断错误。图4和图5可以清晰的看到仪器在接箍缝隙处遇阻和未遇阻的情况。

图4 仪器未遇阻时接箍缝隙

图5 仪器遇阻时接箍缝隙

2.2.2 电缆扭矩释放的影响

实际测量时，井下仪器会随电缆释放的扭力而旋转，其旋转速度随扭力大小的变化而不同。从图6和图7可以看出，该段管体出现了一段螺旋型扩径，但结合仪器测量的方位角数据可以分析出，这段扩径实际在一个方位，造成这一现象的主要原因就是因为仪器在测量过程中在不断旋转。

图6 测量曲线

2.2.3 解释时井况信息不全的影响

某井在进行40臂井径测井时，发现大部分测量井段测井曲线呈规则的锯齿状，重复测量后曲线依然呈锯齿状。初次解释时，对出现锯齿状的测井曲线无法解释。通过查阅该井井史发现，该井曾经进行过两次铣水泥作业，而且在前期测试过程中出现过封隔器坐封失败，且起出井后胶皮损坏的事实。后经该井大量信息分析后认定，该井套管在铣水泥过程中受到磨损，套管内壁存在大量细小凹槽（见图8、图9）。最终测试方通过该井40臂井径测井解释结果，后期测试作业有选择性的避开主要受损井段，测试得以顺利进行。