油田井下套管受力狀況方位磁記憶測(cè)井技術(shù)研究

劉貴文

（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠(chǎng)作業(yè)大隊(duì) 黑龍江大慶 163500）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，作為在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位的石油產(chǎn)業(yè)也快速發(fā)展了起來(lái)，在全國(guó)各油田陸續(xù)得到開(kāi)發(fā)的同時(shí)，各種油井套管出現(xiàn)損壞的速度也日趨上升，嚴(yán)重影響著油田開(kāi)采的可持續(xù)發(fā)展。井下復(fù)雜的環(huán)境對(duì)套損的檢測(cè)提出了更高的技術(shù)要求，為了預(yù)測(cè)套管的異常應(yīng)力集中區(qū)，方位磁記憶檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到油田井下套管檢測(cè)中。它的應(yīng)用不僅為套損原因分析提供了力源方位信息，也更適用于井下高溫、干擾多的環(huán)境。方位磁記憶檢測(cè)技術(shù)的研制進(jìn)一步提高了我國(guó)油田井下套損檢測(cè)技術(shù)水平，對(duì)我國(guó)的石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。

一、油田井下套損分析

套管出現(xiàn)損壞的井，按照性質(zhì)和程度來(lái)分可分為：一是套管錯(cuò)段井，主要是由于受到強(qiáng)大的壓力，導(dǎo)致套管在水平方向上錯(cuò)段，斷開(kāi)處附近彎曲變形程度超過(guò)了套管的塑性程度；二是套管變形井，套管的變形剛好處在套管的塑性范圍類(lèi)；三是套管破漏井，由于腐蝕、射孔或套管自身缺陷或壽命到期等情況下出現(xiàn)的套管破漏。

套管損壞會(huì)給油田生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便，導(dǎo)致油田注采井網(wǎng)布局不合理，影響開(kāi)發(fā)效果，經(jīng)濟(jì)效益變差。要保護(hù)套管，延長(zhǎng)其使用壽命，就必須采取有效的治理措施，從井網(wǎng)布置、完井等各個(gè)方面做好預(yù)防工作。

二、磁記憶檢測(cè)儀原理

金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)(MMMT)是迄今為止對(duì)鐵磁構(gòu)件內(nèi)部損傷進(jìn)行早期診斷唯一可行的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)存在于鐵磁性材料中的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料結(jié)構(gòu)損傷的早期探測(cè)與診斷，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)設(shè)備的安全性能，對(duì)防止事故的產(chǎn)生具有極其重大意義。

鐵磁性金屬在受到工作負(fù)荷時(shí)，由于受地磁場(chǎng)和載荷的共同作用，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，并在未變形、變形集中區(qū)以及應(yīng)力區(qū)形成最大的漏磁場(chǎng)的變化，即所謂的金屬磁記憶場(chǎng)。根據(jù)這一原理制作的檢測(cè)儀器，通過(guò)記錄金屬表面的磁場(chǎng)分布情況，可以對(duì)金屬構(gòu)件的應(yīng)力集中程度以及是否存在缺陷等情況進(jìn)行診斷。

三、方位陀螺測(cè)井儀原理

方位陀螺測(cè)井儀是利用陀螺具有保持空間方向的不變性，即恒向性來(lái)測(cè)量油井井斜方位角的測(cè)斜儀器。其主要部件是一個(gè)具有三向自由度的陀螺，轉(zhuǎn)速很高，不管整個(gè)儀器如何運(yùn)動(dòng)，陀螺軸的方向始終保持不變。它可以利用陀螺高速旋轉(zhuǎn)和不受磁性干擾的特點(diǎn)，在套管內(nèi)進(jìn)行井斜方位角的測(cè)量，也可在有磁環(huán)境內(nèi)進(jìn)行單點(diǎn)定向測(cè)量。通過(guò)陀螺測(cè)井儀，可以知曉井眼的真實(shí)軌跡，描述出真實(shí)井位，幫助挖掘出油井剩余油，為油田增產(chǎn)提供參考依據(jù)。

四、方位磁記憶技術(shù)在套損檢測(cè)中的應(yīng)用

磁記憶檢測(cè)技術(shù)是不需要專(zhuān)門(mén)的磁化設(shè)備的，其成本低，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)靈敏度高，能夠準(zhǔn)確地辨別和定位微小缺陷。也不受套管污垢以及結(jié)蠟的影響，在氣體或液體中都可進(jìn)行檢測(cè)，能準(zhǔn)確地顯示出金屬構(gòu)架應(yīng)力集中區(qū)域，對(duì)金屬構(gòu)件早期損傷進(jìn)行檢測(cè)。

磁記憶與裂紋寬度具有一定的關(guān)系，沿著裂紋的方向，當(dāng)裂紋寬度增加時(shí)，漏磁場(chǎng)的值也隨著增加，當(dāng)裂紋寬度從大到小時(shí)，漏磁場(chǎng)的值不是立即減小，而是先繼續(xù)增大，再減小，并不按原路線(xiàn)返回。磁記憶測(cè)井技術(shù)中，應(yīng)力產(chǎn)生的磁記憶信號(hào)是十分微弱的，傳感器檢測(cè)輸出信號(hào)的幅度很低，同時(shí)輸出信號(hào)中又有低高頻成分、熱噪聲等輸出引起的直流量，因此磁記憶硬件中，必須對(duì)它進(jìn)行濾波、放大、隔離等處理。當(dāng)油井套管所受壓力增大時(shí)，磁記憶響應(yīng)的峰值也呈上升的關(guān)系，因此，可以通過(guò)磁記憶峰值的情況，對(duì)套管異常受力的分布狀況進(jìn)行檢測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)：隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，全國(guó)各油田陸續(xù)得到開(kāi)發(fā)，套管損壞對(duì)油田安全生產(chǎn)的影響也日益增大，而方位磁記憶檢測(cè)技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了油田井下套管的受力狀況和受力方位的檢測(cè)，為金屬套管外磁性物質(zhì)位置及方位探測(cè)提供了技術(shù)手段，直接提高了油田開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的安全性，對(duì)我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的意義。本研究分析了油田井下套管受損的原因，對(duì)磁記憶檢測(cè)儀和方位陀螺檢測(cè)儀的工作原理作出了說(shuō)明，以此來(lái)論述方位磁記憶檢測(cè)技術(shù)在測(cè)井技術(shù)中的應(yīng)用成果，希望我國(guó)的石油產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、健康、可持續(xù)地發(fā)展。

[1]沈鵬征.套管損傷情況電磁檢測(cè)技術(shù)研究[D].西安石油大學(xué)，2013.

[2]趙琳.金屬套管腐蝕檢測(cè)方法與技術(shù)研究[D].西安石油大學(xué),2013.

[3]劉青昕，張友明，王燦松等.油田井下套管狀況受力狀況方位磁記憶測(cè)井技術(shù)[C].全球華人無(wú)損檢測(cè)高峰論壇論文集，2011，3（4）：475-480.