电磁探伤测井技术及其进展

2020-02-21霍爱清

云南化工 2020年12期

霍爱清，刘浩

（西安石油大学，陕西西安 710065）

1 电磁探伤测井技术原理

在油井测试结构中，应用电磁探伤测井技术，可以有效的解决日常测试过程中，油管内部厚度测量、材料腐蚀以及结构变形等相关问题，并且依靠电磁探伤测井技术可以指示出井下管道和立柱的整体结构、探测工具的实际位置，同时探测出套管结构之外的磁性铁材质物质。由于油井内部特殊的组成结构以及电磁探伤测井技术的测量原理，可以有效的实现油水井中在开展日常工作过程中，进行井下状态的检测，并且利用电磁探伤测井技术进行结构数据检测时，所开展的相关作业费用较低，其工作效率较高，并且可以及时的针对油井自身管套结构的使用状态和损坏情况进行准确判断。

1.1 轴向长距离探头工作原理

电磁探伤测井技术自身的技术基础是法力第电磁感应相关定律。在日常设备运转过程中，发射圈经过电流全面供应后，线圈接收信号随着时间变化而变化［1］。设备内部结构中的轴向长距离探头，其主要工作原理为：当轴向长距离探头所发出的线圈，可以通过短时间产生的直流脉冲电流时，会在线圈周边环境中产生较强并且稳定的电力磁场。根据电力导体内部结构中，所产生电力磁场渗透理论得知，当设备内部磁场经过油管穿入套管结构中，在油管结构与套管结构中分别会产生一定规模的电流I1和I2，一旦直流脉冲结束后，次生电力磁场在接收线圈产生的电流中，会产生一定程度的感应电动势。同时油管结构和套管结构自身电力磁场性质产生变化时，其所感应的电流I1和I2会产生一定范围的改变。当油管结构和套管结构出现破坏、孔洞、裂缝等结构问题时，尤其是在结构中产生纵向裂缝时，那么就需要切断所感应的电流I1和I2在管道内部结构壁上的电力回路，这样操作可以直接改变感应电动势的电流幅度，并且准确的测试油井结构中数据曲线的异常变动。

1.2 横向探头工作原理

当探井设备结构中发射线圈时，所产生的磁场强度较弱时，导致其设备的电磁力量线只能穿过第一层管线和立柱，并且探头发出信号后，可以有效的在管道墙壁上感应出相关的电磁电流I1。接收线圈在实际信号和电流检测过程中，可以接收到由电流I1产生的感应电动势。同时当管道墙壁上的损坏部分进入探头可探测区域时，尤其是结构产生裂缝后，应该切断设备感应电流的整体结构回路，进而影响设备感应电动势的电流波动幅度。加上设备横向探头的整体移动位置只能按照某一个固定的方向移动。而横向裂缝相比纵向裂缝来说，探测区域的几率较大，所以设备大多应用横向探头进行横向裂缝位置的确认和测试。

2 电磁探伤测井技术分类

电磁探伤测井技术由于其自身变到管道内部结构的影响较小，并且对管道墙壁的光滑程度要求不高，因此利用电磁探伤测井技术，不仅可以发现管道内部的实际情况和异常问题，还可以在日常管道使用过中，测试管道磨损后余下的墙壁厚度。而电磁探伤测井技术，作为目前唯一可以同时检测和管理管道多层套管受损情况的相关技术，可以有效的为管道做相关的安全系数评估、管道日常维护、管道问题维修以及损坏管道更换等相关方面，提供精准、重要的数据参考和理论依据，因此受到了我国的关注和广泛使用［2］。

2.1 漏磁检测法

在电磁探伤测井技术中，漏磁检测法的主要原理是利用强大的电力磁场，将管道内部结构进行磁场化，并且当管道墙壁存在一定损坏和缺陷时，磁力会产生一定规律变化，此时技术人员在依靠霍尔电磁力效应，针对管道墙壁磁性密度大小，以及变化趋势进行相关数据测量，以此确定管道内部结构的腐蚀程度以及缺陷面积。而利用漏磁检测法可以有效的检测出管道内部的相关问题，但是其技术不足也较为明显，主要表现为：不能完整的测试出大面积的腐蚀程度和具有复杂结构的多层管道系统，并且无法识别具有缓慢、连续性的管道腐蚀。

2.2 常规涡流检测法

常规涡流检测法主要利用电磁力感应原理，利用发射线圈所产生的交流变化的电力磁场现象，以此在管道墙壁结构中产生环状的涡流现象，一旦管道内部结构存在一定缺陷时，所感应的电流，因受到管道内部缺陷位置的阻碍，其运行模式发生相应变化，其线圈的等效抗击电阻力，也随之产生相应的磁场变化，以此测试出载流线圈电阻抗击能力的变化，最终得到管道内部结构缺漏和破坏情况［3］。针对油井内部结构情况进行测试时，常规涡流检测法可以直接检测出，管道井下大规模的腐蚀情况、管道垂直模式下产生的裂缝形态、孔洞以及负责多层管道等应用的实际情况。但是在实际的实际使用过程中，因受到趋肤效应的大面积影响，常规涡流检测法很难检测出管道结构外部表面的缺陷和问题。除此之外，漏磁检测法在实际运用和测量过程中，与磁通矢量数据无正方向交流产生的缺陷并不敏感，而常规涡流检测法对于涡流矢量正向的相关缺陷并不敏感，因此可以得出结论，两者的不敏感辐射区域属于正向，如果进行联合使用的话可以确保检测区域不会产生盲区。

2.3 远场涡流检测法

与常规的涡流检测法不相同的是，远场涡流检测法内部检测线圈结构，并不能紧靠着激励结构线圈，而是在距离激励线圈大约2倍位置的管道内部，并且处于直径外部的远场区域。设备在此远场区域中，随着电力磁场两部分线圈之间的距离增大，区域场内的衰减速度会大幅度减小，进而出现第二种能量的传递方式。并且在远场区域能量传递的路径区域，其内部和外部的缺陷都可以在测试线圈区域中，引起电磁信号的增加浮动数值以及相位之间的变化趋势。同时通过测试远场区域检测线圈结构中，二次感应电动势的数据变化大小，以及两者之间的距离，实现对管道腐蚀和缺陷问题的检测。在油井内部结构的数据测试过程中，远场涡流检测法不受到测试探头提离、趋肤运动效应、电磁引导率以及磁场引导率不均匀产生的相关影响，可以有效的避免探头灵敏程度对于管道内部、外部结构缺陷的影响，但是远场涡流检测法不能有效的检测管道内部结构深度小于1mm或者宽度小于0.1cm的结构裂缝。

3 电磁探伤测井技术应用

3.1 电磁探伤测井技术实际案例

某采油厂管套损区域油井，主要位于城市的中心位置，并且根据实际区域建设中，针对油井的探测主要采取电磁探伤测井技术。同时从探测的12口油井中收集和分析得出相关结论，至少有80%以上的油井，其内部结构存在着不同程度的结构弯曲、形变以及破坏，其中管道套管产生弯曲变形有7口，油管内部结构弯曲变形的数量为6口，并且已经相继出现严重破损的油井有2口，因此技术人员需要针对油井的实际情况，并且从弯曲破损严重的油井作为基础出发点，分析电磁探伤测井技术对于套损区域的实际作用［4］。

在实际针对油井进行结构检测和功能实验过程中，利用电磁探伤测井技术还进一步发现，井内结构除了990m位置结构性变最严重以外，其他油井区域段内也存在管套破损的问题和不良现象，并且经过技术实验，将测试和分析结果及时上报相关管理部门。以此为油井进行下一步项目活动，采取了有力的相关解决措施的有力根据。

3.2 电磁探伤测井技术实际应用

针对测试的实际案例可以得知，为了更加有效的检测油井内部结构问题和阻碍原因，以便于深入分析油井内部结构情况，以及所产生的相关结构问题，因此技术人员需要针对油井，运用相关技术的油井数据测试。连续进行技术测试时，其设备进入测试区域后进入地质标准层，但是进一步研究发现，油井内部液体仅有22m2进入了射孔土质层，有64m2从喇叭口开始向上反出，并且在油井内部结构中的730～738m处位置消失。土质标准层区域段也普遍存在油液漏失现象，此时也进一步说明了，电磁探伤测井技术对于井下测试的准确性［5］。此外，技术人员为了进一步保证电磁探伤测井技术的准确性，随即增加了对油井40臂井进行相关数据的测试，并且得出的结论相同。由于套损井区的种类类型以及产生的相关原因比较复杂，加上此次实验主要针对油井套管弯曲问题进行相关数据探索，因此根据电磁探伤测井技术进行测试，并且解释其结果，同时根据其他相关的油井测试技术进行综合分析，可以高效的发现电磁探伤测井技术，运用在套损区域油井中可以取得较好的测试成果，并且可以为油井地质制定出科学、合理的检测和管理方案。