井況監(jiān)測(cè)技術(shù)在中原油田的應(yīng)用

戴恩漢，陳 正，李宏魁,黃志平，劉軍利，郝憲秀（中石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng)457001）

房鴻斌 （中石化中原油田分公司采油一廠，河南濮陽(yáng)457001）

井況監(jiān)測(cè)技術(shù)在中原油田的應(yīng)用

戴恩漢，陳 正，李宏魁,黃志平，劉軍利，郝憲秀（中石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng)457001）

房鴻斌 （中石化中原油田分公司采油一廠，河南濮陽(yáng)457001）

油氣水井套管腐蝕變形與竄漏在油田開(kāi)發(fā)中普遍存在，尤其是油田開(kāi)采到中后期，套管腐蝕變形和漏竄越來(lái)越突出，大大削弱了油田穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，造成油氣生產(chǎn)成本居高不下。主要介紹了電磁探傷、多臂井徑和氧活化等測(cè)井技術(shù)在中原油田井況監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用情況，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

電磁探傷；多臂井徑；氧活化；測(cè)井；應(yīng)用

油氣水井井下套管損壞對(duì)井下作業(yè)的安全性和油氣的有效開(kāi)采有很大影響和破壞作用，受井況制約，精細(xì)分層注水、油井卡堵水、卡封、分層壓裂等工藝措施難以實(shí)施，造成局部注采井網(wǎng)不完善，油井穩(wěn)產(chǎn)難度加大，嚴(yán)重影響了油田整體開(kāi)發(fā)水平［1］。油水井井下管柱腐蝕變形會(huì)導(dǎo)致油管和套管漏失、油管腐蝕落井、套管錯(cuò)斷等，造成油水井帶病運(yùn)轉(zhuǎn)甚至停產(chǎn)作業(yè)大修。對(duì)于采油井，若存在生產(chǎn)層和水淹層的竄槽，將導(dǎo)致液量高、含水升高，造成能源的浪費(fèi)；對(duì)于注水井，管外竄漏會(huì)影響分層注水開(kāi)發(fā)效果，導(dǎo)致無(wú)效注水。因此，套管腐蝕變形和油氣水井竄漏不但影響油田正常生產(chǎn)，還為控制套損帶來(lái)了新的困難和隱患［2］。

近年來(lái)，中原油田加大了井況防治力度，為了采取科學(xué)的井況防治措施和提高套損井的修復(fù)速度，逐步配套完善了電磁探傷、多臂井徑和氧活化找漏找竄等井況監(jiān)測(cè)技術(shù)。

1 井況監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前中原油田主要應(yīng)用的井況監(jiān)測(cè)技術(shù)是電磁探傷測(cè)井、多臂井徑測(cè)井和氧活化測(cè)井。

1．1 電磁探傷測(cè)井技術(shù)及解釋方法

1．1．1 電磁探傷測(cè)井儀的結(jié)構(gòu)

該儀器由溫度探頭、自然伽馬探頭、縱向長(zhǎng)軸探頭A、橫向探頭B和BB、縱向短軸探頭C、上和下扶正器及電子線路組成。其中溫度探頭測(cè)得井溫資料，確定出液口的位置，并對(duì)管材電導(dǎo)率進(jìn)行溫度校正；自然伽馬探頭探測(cè)井身周?chē)匀毁ゑR強(qiáng)度，用于校深；探頭A、C結(jié)合可判斷雙層管柱的縱向裂縫、腐蝕，并用于計(jì)算內(nèi)外管壁的厚度；探頭B、BB判斷內(nèi)管的橫向裂縫，判斷內(nèi)管的錯(cuò)斷和變形情況，計(jì)算內(nèi)管的壁厚。

1．1．2 測(cè)量原理

EMDS－TM－42TS電磁探傷儀的物理基礎(chǔ)是法拉第電磁感應(yīng)定律。給發(fā)射線圈供一電流，接收線圈產(chǎn)生隨時(shí)間變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε，即：

式中，Φ為磁通量，Wb；S為線圈截面積，m2；B為磁場(chǎng)強(qiáng)度，T。

當(dāng)管柱（油套管）厚度變化或存在缺陷時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε將發(fā)生變化。通過(guò)分析和計(jì)算，在單、雙層管柱結(jié)構(gòu)下，得到管柱的壁厚，可判斷管柱的裂縫、腐蝕和孔洞。1）對(duì)于單層管柱結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε的函數(shù)表達(dá)式為：

式中，下標(biāo)1代表內(nèi)管（油管）某個(gè)深度點(diǎn)的測(cè)量值；f為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε隨壁厚、鋼管磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率等因素變化的函數(shù)；h為壁厚，mm；μ為鋼管磁導(dǎo)率，mH／m；σ為電導(dǎo)率，S／m。下標(biāo)i、j分別為電流脈沖發(fā)射的不同時(shí)間起始點(diǎn)。式（2）中前3個(gè)參數(shù)h1、μ1、σ1是主要的；而D1、ξ1、t1i、T1j分別為內(nèi)管直徑、偏心率、測(cè)量時(shí)間、溫度，對(duì)ε1的貢獻(xiàn)很小，可忽略不計(jì)。所以式（2）可以簡(jiǎn)化為：

2）對(duì)于雙層管柱（如有油管和套管）結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε的函數(shù)表達(dá)式為：

式中，下標(biāo)2代表外管（套管）與內(nèi)管對(duì)應(yīng)深度點(diǎn)的測(cè)量值。

μ、σ和h是對(duì)測(cè)得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε1、ε2都有貢獻(xiàn)的。因μ、σ（經(jīng)溫度Tj校正）可視為已知，因此可計(jì)算出內(nèi)、外管壁厚度h1、h2（即對(duì)式（3）、（4）聯(lián)立求解），該厚度值為鋼管測(cè)量點(diǎn)的均勻壁厚（視厚度）。

1．1．3 電磁探傷測(cè)井解釋方法

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分別制作了多種套管壁厚、多種長(zhǎng)度裂縫（縱向、橫向）的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在單套和雙套結(jié)構(gòu)下利用電磁探傷測(cè)井儀進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)。綜合分析了探頭A、B、C所測(cè)的各條曲線的形態(tài)，結(jié)合上述模擬試驗(yàn)結(jié)果定性判斷內(nèi)外管柱是否存在裂縫、損傷等，利用井溫探頭測(cè)得井內(nèi)流體的溫度，能輔助判斷管柱損壞漏液情況。

分析井深結(jié)構(gòu)，選擇有代表性的曲線，把整個(gè)測(cè)量井段劃分為幾個(gè)解釋段，每個(gè)井段要有相同的井身結(jié)構(gòu)和套管數(shù)量。對(duì)于每個(gè)相同的井段需要選擇基準(zhǔn)井段，在曲線中選取相對(duì)平衡并比較典型的部分作為基線，在該井段上井壁厚度與通知單上的井壁厚度相符合，應(yīng)選擇長(zhǎng)度不少于20個(gè)采樣點(diǎn)的井段作為基線，選擇基準(zhǔn)井段的曲線波動(dòng)不宜太大。對(duì)于所研究井段選擇有代表性的記錄電平，利用解釋軟件計(jì)算管柱的剩余壁厚。對(duì)于雙層管柱，計(jì)算壁厚h1、h2的解釋結(jié)果中，若一層壁厚偏小、另一層偏大，則調(diào)整參數(shù)至結(jié)果正常。一些探頭不真實(shí)的曲線異常并不是管柱損傷造成的，很多情況下是管柱生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的電磁特性的不均勻性所造成的，對(duì)于這些異?？梢栽谠肼暻€上劃分出來(lái)；另外一部分曲線異常是在修井過(guò)程中管柱的磁化造成的，也可以根據(jù)磁噪聲異常來(lái)判斷。利用計(jì)算的管柱剩余壁厚結(jié)合上述解釋模型判斷井下管柱是否存在裂縫、損傷、錯(cuò)斷、腐蝕等。

1．2 多臂井徑測(cè)井技術(shù)及解釋方法

多臂井徑組合儀是一種監(jiān)測(cè)油氣水井套管腐蝕、變形情況的儀器，它能夠精確測(cè)量出套管的內(nèi)徑、套管接箍的實(shí)際情況，以及套管的扭曲、破裂、折斷等損壞情況，結(jié)合溫度的變化，找出套管破漏的具體位置。鑒于測(cè)量臂與儀器外徑的關(guān)系和中原油田的井況條件，中原油田選用了儀器外徑為50mm的十八臂井徑組合測(cè)井儀。該儀器在常規(guī)井徑儀只有溫度和井徑2個(gè)測(cè)量參數(shù)的基礎(chǔ)上增加了自然伽馬和磁定位2個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了套管接箍和地層層位的雙重校深，確保了套管深度與地層深度的一致。該技術(shù)用來(lái)檢查井下套管的內(nèi)腐蝕、變形、錯(cuò)斷和檢查射孔狀況，為油氣水井作業(yè)提供了準(zhǔn)確的井下套管技術(shù)資料。

通過(guò)實(shí)測(cè)資料研究，總結(jié)了多臂井徑成像測(cè)井定性解釋模型有變形、射孔段、錯(cuò)斷等井況的解釋方法。

1）套管發(fā)生變形時(shí)，變形段管柱截面中心發(fā)生位移，最大、最小內(nèi)徑相差較大，平均內(nèi)徑變大，多條原始曲線表明井徑有明顯變大趨勢(shì)。

2）在射孔井段，最大、最小內(nèi)徑均有變大趨勢(shì)，平均內(nèi)徑變大，多條單臂原始曲線表明井徑有明顯變大趨勢(shì)。

3）套管破裂時(shí)，最大、最小內(nèi)徑均發(fā)生突變，多條單臂原始曲線表明部分井徑有明顯變大趨勢(shì)，部分有變小趨勢(shì)。

4）錯(cuò)斷時(shí)，套管發(fā)生垂直于管柱的錯(cuò)斷，測(cè)量結(jié)果一般明顯顯示縮徑。

多臂井徑測(cè)井資料經(jīng)專業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析后，可進(jìn)行正常接箍長(zhǎng)度、個(gè)數(shù)、特殊套管內(nèi)外徑、變形段處理；計(jì)算套管的最大內(nèi)徑、最小內(nèi)徑、平均內(nèi)徑、橢變率、等效破壞載荷評(píng)價(jià)等；可對(duì)套管內(nèi)徑測(cè)量異常段進(jìn)行定性、定量解釋，給出測(cè)量段內(nèi)縱向剖面圖。

1．3 氧活化測(cè)井技術(shù)

氧活化測(cè)井技術(shù)是利用氧原子核經(jīng)活化后，在衰變過(guò)程中放射出的伽馬射線能量較高，能穿透井內(nèi)流體、油管、套管和水泥環(huán)的特性，用探測(cè)器檢測(cè)氧原子的存在并識(shí)別被活化水的流動(dòng)情況，然后通過(guò)活化源到探測(cè)器間距和活化水通過(guò)探測(cè)器所用時(shí)間計(jì)算出水的流速，再通過(guò)測(cè)井資料解釋處理軟件計(jì)算流量，確定小層水量及漏竄情況。

氧活化測(cè)井時(shí)，每次測(cè)量都包括一個(gè)短的活動(dòng)期（一般1～10s），然后就是數(shù)據(jù)采集期（典型值為60s）。當(dāng)水經(jīng)過(guò)中子發(fā)生器周?chē)鷷r(shí)被快中子活化，被活化的水在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生β－衰變，釋放出6．13MeV的伽馬射線；這樣活化水流過(guò)4個(gè)不同源距的探測(cè)器時(shí)，便可以計(jì)算出活化水流過(guò)的時(shí)間，然后結(jié)合源距就可以計(jì)算水流速度。根據(jù)記錄的時(shí)間譜用氧活化解釋軟件進(jìn)行處理，求得水流從中子源流到探測(cè)器的時(shí)間tm，再由下式求得流量：

式中，Q為流量，m3／s；S′為水流通過(guò)的有效截面積，m2；L為探測(cè)器到中子管的距離，m；tm為水流從中子源流到探測(cè)器的時(shí)間，s。

水流從中子源流到探測(cè)器的時(shí)間tm為：

式中，ta是中子爆發(fā)時(shí)間寬度，s；f（t）是中子脈沖過(guò)后探測(cè)器計(jì)數(shù)率隨時(shí)間變化函數(shù)；t為測(cè)量時(shí)間，s。

在已知流動(dòng)截面面積的情況下，根據(jù)測(cè)井的實(shí)際情況，選擇流體空間，利用軟件即可計(jì)算出油管內(nèi)、環(huán)空內(nèi)、套管內(nèi)的水流量。

2 應(yīng)用情況

井況監(jiān)測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用在油氣水井作業(yè)大修時(shí)套損井的井況監(jiān)測(cè)、油水井找漏找竄和油氣水井的井況普查中。中原油田每年實(shí)施井況監(jiān)測(cè)200多井次，為套損井的修復(fù)和井況防治提供了可靠的資料。

2．1 在作業(yè)大修井中的應(yīng)用

衛(wèi)2－35井是中原油田采油三廠的一口注水井，該井大修時(shí)井況復(fù)雜，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的作業(yè)后套銑至2491．0m遇阻，起出鉆桿時(shí)帶出巖石塊，懷疑套管有破裂的地方。為防止發(fā)生儀器遇卡事故，通過(guò)帶有打撈器的鉆桿進(jìn)行電磁探傷測(cè)井。電磁探傷儀通過(guò)鉆桿下到2491．0m，從2491．0m處上測(cè)至井口。電磁探傷測(cè)井資料顯示雙層管柱接箍顯示明顯，在2472．0～2474．0m，套管平均壁厚減小至3．5mm，套管?chē)?yán)重?fù)p傷，而其他井段的壁厚也有不同程度的減?。ㄒ?jiàn)圖1（a）），說(shuō)明套管在2472．0～2474．0m破裂。采油廠依據(jù)資料解釋結(jié)果在2472．0m處開(kāi)窗側(cè)鉆完井，及時(shí)恢復(fù)了該井正常生產(chǎn)。

2．2 在油水井找漏找竄中的應(yīng)用

衛(wèi)360－平X井是新投產(chǎn)的一口水平井，投產(chǎn)后日產(chǎn)液40m3，含水100%。該井2300．0m以下固井質(zhì)量極差，在2700．0m下封隔器驗(yàn)套，25MPa下0．5h壓力不降，說(shuō)明2700．0m之上套管無(wú)漏失，懷疑有管外竄漏。用氧活化測(cè)井找竄，將油管管柱（喇叭口）下至1200．0m，氮?dú)鈿馀e排液，在達(dá)到穩(wěn)定流態(tài)后，從2300．0m開(kāi)始，氧活化測(cè)井儀逐點(diǎn)下行，測(cè)試管外下水流。從水流時(shí)間圖譜上分析，該井2548．0m以上無(wú)水流顯示，2598．0m開(kāi)始有管外下水流顯示。而該井完井資料顯示，在2587．0～2598．0m有一組水層，從2598．0～2963m的測(cè)試點(diǎn)一直有管外水流顯示。根據(jù)定氮?dú)鈿馀e氧活化測(cè)井測(cè)試結(jié)果采取封竄措施后，日產(chǎn)液穩(wěn)定在16．5m3，日產(chǎn)油15．3m3，含水7%。取得了非常好的應(yīng)用效果。

2．3 在井況普查中的應(yīng)用

文10－88井是注水井，該井作業(yè)后正常注水2年，用電磁探傷測(cè)井對(duì)該井進(jìn)行井況普查。測(cè)試時(shí)，泵壓18．0MPa，油壓8．7MPa，日注水量83．0m3，井口安裝測(cè)試用高壓防噴裝置；電磁探傷儀器從油管內(nèi)下入，測(cè)量井段為1488．0～2091．0m。資料解釋成果分析顯示：1693．0～1695．0m、1794．0～1796．0m等處套管有不同程度的腐蝕（見(jiàn)圖1（b））。

圖1 電磁探傷資料解釋成果圖

3 結(jié) 語(yǔ)

近幾年來(lái)，中原油田的井況監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷完善，為油氣水井大修、分采分注和井況防治等提供了第一手資料，取得了良好效果。根據(jù)多年來(lái)井況監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，建議在油氣水井作業(yè)大修前進(jìn)行多臂井徑、電磁探傷和氧活化組合井況測(cè)試，檢查套管是否有變形、腐蝕、竄槽、漏失等現(xiàn)象，為采取科學(xué)合理的修井措施提供技術(shù)資料；對(duì)正常生產(chǎn)的氣井和注水井要用電磁探傷和氧活化測(cè)井進(jìn)行井況普查，及時(shí)了解和掌握其井下管柱的技術(shù)狀況，為實(shí)施科學(xué)的井況防治措施提供技術(shù)保障。

［1］何生厚．油氣開(kāi)采工程師手冊(cè)［M］．北京：中國(guó)石化出版社，2006．

［2］楊樹(shù)棟．采油工程［M］．北京：石油大學(xué)出版社，2001．

［編輯］ 龍 舟

TE358

A

1000－9752（2012）05－0135－04

2012－02－12

戴恩漢（1964－），男，1986年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)的研究工作。