金属磁记忆技术在胜利油田废弃井探测中的应用

王凯 李开源 刘丽 黄晓亮 李薛

摘 要：油井无法获得工业油气流后，将计划关井或转为废弃井，随着油田开发时间增长，废弃井数量也在逐年增长，部分未妥善封井的废弃井已深埋于人口密集区、住宅区、厂房等区域，一旦发生油气泄漏，势必造成重大安全环保事故。文章主要介绍金属磁记忆技术在胜利油田废弃井探测定位中的应用，通过磁异常信号分析进行废弃井探测，这种方法具有快捷、精确的特点，在实际应用中取得了较好的应用效果，为胜利油田废弃井检测提供了一种有力的技术保障。

关键词：金属磁记忆；废弃井；探测；定位；应用

中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0158-02

Abstract： After the wells are unable to obtain industrial oil and gas flow， the planned wells will be shut down or turned into abandoned wells， and the number of abandoned wells will increase year by year as the oilfield development time increases. Some abandoned wells which have not been properly sealed have been deeply buried in densely populated areas， residential areas， factory buildings and other areas. Once oil and gas leakage occurs， it is bound to cause serious accidents of safety and environmental protection. This paper mainly introduces the application of metal magnetic memory technology in the detection and location of abandoned wells in Shengli Oilfield. This method has the characteristics of rapidness and accuracy. In the practical application， a good application effect has been obtained， which provides a powerful technical support for the abandoned well detection in Shengli Oilfield.

Keywords： metal magnetic memory； abandoned well； detection； location； application

随着油田开发时间增长，大量油井进入开发末期后，无法获取工业效益，逐步关停，废弃油水井的数量在逐年增长，现存废弃井总量巨大。根据统计，胜利油田目前有各类尚未永久封堵的油水气等废弃井共7000余口。其中有2000余口廢弃井由于城市改扩建或基础资料不完善等原因，目前无法确定井口位置。部分废弃井甚至位于工厂或居民小区之中，一旦发生油气泄漏，极有可能引发严重的安全环保事故，因此急需一种有效的探测手段进行废弃井的不开挖检测定位。

1 金属磁记忆技术简介

1.1 磁记忆检测原理

上世纪90年代，俄罗斯的杜波夫首次提出了金属磁记忆的概念。铁磁性材料具有特殊的磁畴结构，这些磁畴结构是随机排列的，具有自发磁化的特性。当铁磁材料受到外界弱磁场（地磁场）或外界应力作用时，内部的磁畴性物质为了抵抗外力作用，自发地按照一定的序列排序，形成一定的磁场抵抗外力。当外力消除后，铁畴结构无法完全恢复最初的排序，形成不可逆的重新取向，使材料仍然具备磁性，这种现象即是金属磁记忆效应[1]。

1.2 磁记忆检测的特点

磁记忆检测因其特点鲜明，引起了国内外无损检测界的广泛关注，其特点如下：（1）便捷性：磁记忆检测无需对被检测铁磁材料进行专门的磁加强，依靠地磁场对铁磁材料的磁化作用即可完成检测，省去了大量准备工作，节省时间。（2）精确性：磁记忆检测原理经过多年的发展与补充，无论从技术与设备上都已相当成熟，灵敏度相当高，对铁磁材料缺陷表面散发的漏磁场检出度非常高。

2 金属磁记忆的适用性

2.1 铁磁性基础

通过对胜利油田废弃井进行调研，明确了油田的废弃井结构以及规格材质特点。表层套管型号一般为铸钢（J55），技术套管一般为镍合金钢（N80），这两种材质均具有较强的铁磁性，是金属磁记忆检测的磁性基础。

2.2 废弃井的磁记忆信号特征

埋于地下的废弃井受到地磁场或腐蚀应力作用，在应力集中区或腐蚀区域会产生漏磁场，在大地磁场背景下必定表现为一种磁异常，通过检测设备、处理软件对磁异常信号进行分析解释，可对废弃井进行定位。

2.3 仪器、测试方法及采集

（1）磁记忆设备介绍。金属磁记忆方法所使用的检测仪表主要是俄罗斯动力诊断公司研制并生产的TSC系列仪器，目前主要采用TSC-4M-16，这套设备结构简单，主要由三分量扫描传感器、主机两部分组成，可直接将检测信息显示于主机液晶屏幕，两名检测人员就能完成对废弃井的现场探测定位，非常适合在野外应用[2]。

（2）测试方法及信号采集。初步定位：开发单位应安排专人（熟悉井口位置）指定废弃井范围，指定范围不应大于10*10m，且确保目标井口在指定范围内，检测人员采用金属探测器等仪器设备在指定区域范围内进行信号查找，初步确定可疑位置，并做好标记。信号筛选：以标记为中心，横纵向进行剖面扫描，逐步扩大探测面积，直至发现磁异常信号。

十字法定位：废弃井的磁异常信号通过磁记忆设备处理显示于主机液晶屏，主要表现为三组曲线，是传感器测量的三个分量磁场，分别为Hx-沿测线的轴向位置；Hy-垂直于地面的方向；Hz-平行于地面且与测线轴向垂直的方向。信号曲线在大地磁场背景下表现为近乎平行的三组曲线，当传感器接近废弃井时，检测到磁异常，信号曲线表现为平直背景下的突起，经过废弃井正上方时达到峰值（图2）。以峰值点为中心，选择垂直方向，进行十字剖面测量，信号曲线的峰值点处即为废弃井口位置。

3 影响因素

3.1 埋深影响

油井随着废弃时间延长，周边环境变化加大，随着城市改建、农耕等不可控因素的影响，废弃井井口逐渐被掩埋，埋深也不尽相同。在实际探测中发现，废弃井井口埋深通常在0.2-3m之间，更有甚者埋深达5m以上，随着废弃井埋深增加，顶部埋深与磁场强度符合幂函数规律衰减规律，当埋深大于3m时，传感器无法探测到磁异常信号，造成漏检。

3.2 磁干扰影响

现场检测中发现，废弃井周边的深埋废弃管线、金属废弃物都会表现为磁信号异常，部分磁信号与废弃井特征信号存在明显区别可作出筛别，但金属立管等形态与废弃井口相似的金属干扰物在信号形态上也表现为相似特征，导致废弃井判定难度加大。另外，深埋电缆产生的磁场也会对金属磁记忆探测产生外界磁干扰。

3.3 环境因素影响

井口位置不明的废弃井多为上世纪80-90年代老井，广泛分布于整个油区，周边环境复杂，杂草、水塘等恶劣环境成为制约检测开展的一大主要因素。磁异常信号主要通过传感器的四个探头采集，夏季、雨季杂草丛生，在这种环境下，探头难免受到杂草的刮碰或为了避免刮碰提升探测高度都将给磁异常采集造成干扰，导致无法精确定位。水塘、泥沼、建筑物压占更是不可抗的制约环境，检测工作无法开展。

4 应用案例与开挖验证

胜利采油厂废弃井井号：ST1-2-15，位于东辰集团篮球场下，由于活动人员众多，安全隐患重大，急需封井消除安全隐患。依靠金属磁记忆探测技术及标准化探测流程，对检测数据优化处理，1小时内确定了井口位置，实现废弃井准确定位，一方面降低了盲目开挖造成的经济损失，为油田降本增效做出了贡献；同时，为油田安全生产消除了隐患，为油田廢弃井安全隐患治理工作的顺利开展奠定了基础。

5 结束语

2016-2017年应用金属磁记忆法对胜利油田8个采油厂，共计1139口废弃井进行探测定位工作，完成探测定位1087口，52口油井由于环境因素、工农关系影响等未能开展检测，开挖验证（部分）定位准确率81.3%。

金属磁记忆法为油田废弃油井探测定位提供了一种科学性、操作性、精确性较强的探测方法，在实际应用中能够准确查明废弃井井位，定位误差控制在30cm以内，效果明显，是一种理想且行之有效的探测手段，为油田安全生产，消除安全隐患提供有力的技术保障。

参考文献：

[1]任吉林，等.金属磁记忆检测技术研究现状与发展前景[J].无损检测，2015，34（4）：3-10.

[2]石仁委，等.埋地管道腐蚀检测技术的探讨[J].石油工程建设，2006，32（2）：30-31.