油套管磁法監(jiān)測技術(shù)研究

陳紅濤(中石化勝利油田分公司物資供應(yīng)處物資總庫山東東營257000)

陳新德(中石化勝利油田分公司勝利設(shè)計院山東東營257000)

石油開采準(zhǔn)備過程中，油套管承受著內(nèi)壓力和拉伸載荷，在石油開采中，油套管則承受著擠壓力、高壓注水和酸堿腐蝕的影響，可見油套管在整個石油開采過程中都要承擔(dān)高強(qiáng)度的作業(yè)。在長期高強(qiáng)度的作業(yè)情況下，油套管的損傷和變形就變的不可避免，而且損傷嚴(yán)重的情況下，會導(dǎo)致油田停產(chǎn)，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須加強(qiáng)對油套管的評估監(jiān)測，從而避免因油套管的損傷而導(dǎo)致停工停產(chǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，保證油井的平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)前，對于油套管的監(jiān)測的設(shè)備多種多樣，但受監(jiān)測原理的限制，只能監(jiān)測管道是否受損。特別是監(jiān)測時，需要將油套管從油水井中取出，嚴(yán)重影響了油井的正常作業(yè)，加大了開采成本。目前，對于油套管的損傷監(jiān)測就是對其直徑、套管變形、壁厚和損傷狀況的監(jiān)測，主要通過機(jī)械井徑、超聲波、電磁的方法進(jìn)行監(jiān)測的。通過對油套管的監(jiān)測，分析和處理監(jiān)測信號，從而判別油套管是否存在損傷。而通過磁信號采集儀下井可以采集磁感應(yīng)強(qiáng)度，對油套管進(jìn)行快速監(jiān)測，確定油套管中存在的損傷，從而避免了將油套管從井中取出，降低了油套管監(jiān)測的成本。因此，必須加大對磁法監(jiān)測油套管損傷的研究，預(yù)防和修補(bǔ)油套管中的損傷，保證油水井的正常作業(yè)。

一、磁法監(jiān)測理論基礎(chǔ)

磁場是由于運(yùn)動電荷或電場變化引起的。任何物質(zhì)都是由分子和原子組成的，而分子和原子均帶有電子，并永不間歇的做軌道運(yùn)動和自旋運(yùn)動。假設(shè)不同電子的軌道運(yùn)動和自旋運(yùn)動為元電流線圈，當(dāng)不加磁場的作用時，各元電流的方向各不相同，不能顯示物質(zhì)的特性；當(dāng)施加外磁場時，各元電流的方向與磁場一致，且磁場相互疊加，就顯示出物質(zhì)的特性了。地球表面的外部空間沒有導(dǎo)電流和磁性物質(zhì)，因此磁法監(jiān)測所需要的激勵源是天然地磁場，不需要設(shè)置特殊的激勵源。根據(jù)磁場的用途不同，將磁場分為正常磁場和異常磁場。正常磁場和異常磁場相輔相成，異常磁場是以正常磁場為基準(zhǔn)，即不符合正常磁場規(guī)律的，就判斷為異常磁場。在油套管磁法監(jiān)測過程中，就根據(jù)正常磁場與異常磁場之間的關(guān)系，分析研究磁場的變化強(qiáng)度，判斷油套管是否損傷。物質(zhì)的磁化就是將物質(zhì)置于一定的磁場中，該物質(zhì)就會受到磁場的影響，具有了一定的磁性。由于組成物質(zhì)的不同，原子產(chǎn)生的磁矩大小就不同，不同的物質(zhì)就會表現(xiàn)出不同的磁性。將物體施加一個外磁場，物質(zhì)在磁化的作用下就會顯示一定的磁性。根據(jù)物質(zhì)受外加磁場影響程度的不同，將物質(zhì)材料分為順磁性材料、鐵磁性材料和抗磁性材料。順磁性材料是指對磁場產(chǎn)生正的影響并增強(qiáng)磁場的磁性的材料；鐵磁性材料是指對磁場產(chǎn)生很大的影響，并大大增強(qiáng)磁場的強(qiáng)度的材料；抗磁性材料是指對磁場產(chǎn)生負(fù)的影響，減弱磁場的磁性強(qiáng)度的材料。磁法監(jiān)測技術(shù)就是通過磁信號采集儀，對油套管表面進(jìn)行掃描，采集不同方向上的磁性感應(yīng)強(qiáng)度的變化，分析處理采集的數(shù)據(jù)信息，判斷油套管中存在缺陷的位置以及缺陷的大小。這種監(jiān)測方法是建立在天然地磁場的基礎(chǔ)上的，并且在采集的過程中要勻速采集信號，才能準(zhǔn)確的分析出曲線的準(zhǔn)確位置。

二、磁信號的采集與去噪

在對油套管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度信號監(jiān)測時，磁感應(yīng)信號強(qiáng)度會隨著距離的增加而減弱，因此必須采用性能高的監(jiān)測儀器，才能監(jiān)測到磁感應(yīng)強(qiáng)度的微弱變化。微弱磁場條件下的監(jiān)測傳感器主要有磁阻型傳感器、磁敏型傳感器和磁通門傳感器。但磁阻型傳感器線型度比較差，磁敏型傳感器熱穩(wěn)定性較差，因此，主要采用具有測磁分辨力高、線性度和熱穩(wěn)定性高、成本低的磁通門傳感器。不管是在自然環(huán)境中還是在屏蔽室中，磁信號采集儀采集的數(shù)據(jù)都十分穩(wěn)定，采集的數(shù)據(jù)基本上為一條直線。在利用磁信號采集儀器對油套管內(nèi)部進(jìn)行信號采集時，首先將磁信號采集儀器垂直放入油套管中，控制磁信號采集儀上下移動，將油套管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，形成磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線，從而測得油套管的損傷情況。在實(shí)際監(jiān)測中，采集的信號一般含有噪聲信號，影響了采集信號的真實(shí)性，降低了監(jiān)測信號的精準(zhǔn)度，所以要對監(jiān)測信號進(jìn)行去噪處理。當(dāng)前對于去噪的處理主要是利用小波變換去噪，主要的方法有：利用小波變換模極去噪、采用非線性小波變換值法和基于各種尺度下小波系數(shù)相關(guān)性進(jìn)行去噪。同時，為了保證磁信號采集以采集的信號準(zhǔn)確性，可以運(yùn)用循環(huán)迭代算法校正磁通門傳感器，并利用小波去噪法處理采集的信號數(shù)據(jù)。

三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

為了測試磁法監(jiān)測技術(shù)對油套管監(jiān)測的效果，選取了三根油套管進(jìn)行試驗(yàn)，以確定磁法監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效果。在實(shí)驗(yàn)中，采用了相關(guān)系數(shù)來表征客觀存在事物變化量之間的相關(guān)性。對于磁法監(jiān)測技術(shù)對油套管的監(jiān)測進(jìn)行分組合試驗(yàn)，主要分為：油管、套管均無損組合；油管無損、套管有損組合；油管有損、套管無損組合；油管、套管均無損組合四種組合進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)得知，如果油管無損傷、套管有損傷，在磁感應(yīng)曲線上，套管損傷表現(xiàn)為波谷，缺陷的大小根據(jù)相關(guān)系數(shù)異常區(qū)域來進(jìn)行確定。如果油管、套管都有損傷，在感應(yīng)曲線上，信號的幅值會上升，并可通過抵消區(qū)域判斷管道缺陷存在的位置。如果油管中存在穿孔損傷，則采集的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線幅值變化較為劇烈；如果油管中存在腐蝕損傷，則采集的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線缺陷部分磁異常較為平緩。同時，通過在不同時段磁信號采集儀器的測量數(shù)據(jù)重復(fù)分析，可知磁信號采集儀器采集的數(shù)據(jù)動態(tài)重復(fù)性好，具有良好的穩(wěn)定性。

四、結(jié)束語

通過分析研究磁法監(jiān)測的基本原理，分析了磁法監(jiān)測油套管技術(shù)的可行性。磁法監(jiān)測的激勵源是天然地磁場，無需設(shè)計激勵裝置，降低了監(jiān)測的難度和成本。通過磁感應(yīng)其對油套管進(jìn)行監(jiān)測，采集的信號具有良好的穩(wěn)定性，并可以運(yùn)用循環(huán)迭代算法校正采集的信號，增強(qiáng)采集信號的準(zhǔn)確性。通過試驗(yàn)研究，將磁法應(yīng)用于油套管監(jiān)測是可行的，能夠節(jié)約油水井開采的成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳學(xué)東，王冰，關(guān)衛(wèi)和，胡明東我國石化企業(yè)在用壓力容器與管道使用現(xiàn)狀和缺陷狀況分析及失效預(yù)防對策[J].壓力容，2001.