金屬磁記憶技術(shù)在勝利油田廢棄井探測中的應(yīng)用

王凱 李開源 劉麗 黃曉亮 李薛

摘 要：油井無法獲得工業(yè)油氣流后，將計劃關(guān)井或轉(zhuǎn)為廢棄井，隨著油田開發(fā)時間增長，廢棄井?dāng)?shù)量也在逐年增長，部分未妥善封井的廢棄井已深埋于人口密集區(qū)、住宅區(qū)、廠房等區(qū)域，一旦發(fā)生油氣泄漏，勢必造成重大安全環(huán)保事故。文章主要介紹金屬磁記憶技術(shù)在勝利油田廢棄井探測定位中的應(yīng)用，通過磁異常信號分析進(jìn)行廢棄井探測，這種方法具有快捷、精確的特點，在實際應(yīng)用中取得了較好的應(yīng)用效果，為勝利油田廢棄井檢測提供了一種有力的技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：金屬磁記憶；廢棄井；探測；定位；應(yīng)用

中圖分類號：TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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

隨著油田開發(fā)時間增長，大量油井進(jìn)入開發(fā)末期后，無法獲取工業(yè)效益，逐步關(guān)停，廢棄油水井的數(shù)量在逐年增長，現(xiàn)存廢棄井總量巨大。根據(jù)統(tǒng)計，勝利油田目前有各類尚未永久封堵的油水氣等廢棄井共7000余口。其中有2000余口廢棄井由于城市改擴建或基礎(chǔ)資料不完善等原因，目前無法確定井口位置。部分廢棄井甚至位于工廠或居民小區(qū)之中，一旦發(fā)生油氣泄漏，極有可能引發(fā)嚴(yán)重的安全環(huán)保事故，因此急需一種有效的探測手段進(jìn)行廢棄井的不開挖檢測定位。

1 金屬磁記憶技術(shù)簡介

1.1 磁記憶檢測原理

上世紀(jì)90年代，俄羅斯的杜波夫首次提出了金屬磁記憶的概念。鐵磁性材料具有特殊的磁疇結(jié)構(gòu)，這些磁疇結(jié)構(gòu)是隨機排列的，具有自發(fā)磁化的特性。當(dāng)鐵磁材料受到外界弱磁場（地磁場）或外界應(yīng)力作用時，內(nèi)部的磁疇性物質(zhì)為了抵抗外力作用，自發(fā)地按照一定的序列排序，形成一定的磁場抵抗外力。當(dāng)外力消除后，鐵疇結(jié)構(gòu)無法完全恢復(fù)最初的排序，形成不可逆的重新取向，使材料仍然具備磁性，這種現(xiàn)象即是金屬磁記憶效應(yīng)[1]。

1.2 磁記憶檢測的特點

磁記憶檢測因其特點鮮明，引起了國內(nèi)外無損檢測界的廣泛關(guān)注，其特點如下：（1）便捷性：磁記憶檢測無需對被檢測鐵磁材料進(jìn)行專門的磁加強，依靠地磁場對鐵磁材料的磁化作用即可完成檢測，省去了大量準(zhǔn)備工作，節(jié)省時間。（2）精確性：磁記憶檢測原理經(jīng)過多年的發(fā)展與補充，無論從技術(shù)與設(shè)備上都已相當(dāng)成熟，靈敏度相當(dāng)高，對鐵磁材料缺陷表面散發(fā)的漏磁場檢出度非常高。

2 金屬磁記憶的適用性

2.1 鐵磁性基礎(chǔ)

通過對勝利油田廢棄井進(jìn)行調(diào)研，明確了油田的廢棄井結(jié)構(gòu)以及規(guī)格材質(zhì)特點。表層套管型號一般為鑄鋼（J55），技術(shù)套管一般為鎳合金鋼（N80），這兩種材質(zhì)均具有較強的鐵磁性，是金屬磁記憶檢測的磁性基礎(chǔ)。

2.2 廢棄井的磁記憶信號特征

埋于地下的廢棄井受到地磁場或腐蝕應(yīng)力作用，在應(yīng)力集中區(qū)或腐蝕區(qū)域會產(chǎn)生漏磁場，在大地磁場背景下必定表現(xiàn)為一種磁異常，通過檢測設(shè)備、處理軟件對磁異常信號進(jìn)行分析解釋，可對廢棄井進(jìn)行定位。

2.3 儀器、測試方法及采集

（1）磁記憶設(shè)備介紹。金屬磁記憶方法所使用的檢測儀表主要是俄羅斯動力診斷公司研制并生產(chǎn)的TSC系列儀器，目前主要采用TSC-4M-16，這套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，主要由三分量掃描傳感器、主機兩部分組成，可直接將檢測信息顯示于主機液晶屏幕，兩名檢測人員就能完成對廢棄井的現(xiàn)場探測定位，非常適合在野外應(yīng)用[2]。

（2）測試方法及信號采集。初步定位：開發(fā)單位應(yīng)安排專人（熟悉井口位置）指定廢棄井范圍，指定范圍不應(yīng)大于10*10m，且確保目標(biāo)井口在指定范圍內(nèi)，檢測人員采用金屬探測器等儀器設(shè)備在指定區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行信號查找，初步確定可疑位置，并做好標(biāo)記。信號篩選：以標(biāo)記為中心，橫縱向進(jìn)行剖面掃描，逐步擴大探測面積，直至發(fā)現(xiàn)磁異常信號。

十字法定位：廢棄井的磁異常信號通過磁記憶設(shè)備處理顯示于主機液晶屏，主要表現(xiàn)為三組曲線，是傳感器測量的三個分量磁場，分別為Hx-沿測線的軸向位置；Hy-垂直于地面的方向；Hz-平行于地面且與測線軸向垂直的方向。信號曲線在大地磁場背景下表現(xiàn)為近乎平行的三組曲線，當(dāng)傳感器接近廢棄井時，檢測到磁異常，信號曲線表現(xiàn)為平直背景下的突起，經(jīng)過廢棄井正上方時達(dá)到峰值（圖2）。以峰值點為中心，選擇垂直方向，進(jìn)行十字剖面測量，信號曲線的峰值點處即為廢棄井口位置。

3 影響因素

3.1 埋深影響

油井隨著廢棄時間延長，周邊環(huán)境變化加大，隨著城市改建、農(nóng)耕等不可控因素的影響，廢棄井井口逐漸被掩埋，埋深也不盡相同。在實際探測中發(fā)現(xiàn)，廢棄井井口埋深通常在0.2-3m之間，更有甚者埋深達(dá)5m以上，隨著廢棄井埋深增加，頂部埋深與磁場強度符合冪函數(shù)規(guī)律衰減規(guī)律，當(dāng)埋深大于3m時，傳感器無法探測到磁異常信號，造成漏檢。

3.2 磁干擾影響

現(xiàn)場檢測中發(fā)現(xiàn)，廢棄井周邊的深埋廢棄管線、金屬廢棄物都會表現(xiàn)為磁信號異常，部分磁信號與廢棄井特征信號存在明顯區(qū)別可作出篩別，但金屬立管等形態(tài)與廢棄井口相似的金屬干擾物在信號形態(tài)上也表現(xiàn)為相似特征，導(dǎo)致廢棄井判定難度加大。另外，深埋電纜產(chǎn)生的磁場也會對金屬磁記憶探測產(chǎn)生外界磁干擾。

3.3 環(huán)境因素影響

井口位置不明的廢棄井多為上世紀(jì)80-90年代老井，廣泛分布于整個油區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，雜草、水塘等惡劣環(huán)境成為制約檢測開展的一大主要因素。磁異常信號主要通過傳感器的四個探頭采集，夏季、雨季雜草叢生，在這種環(huán)境下，探頭難免受到雜草的刮碰或為了避免刮碰提升探測高度都將給磁異常采集造成干擾，導(dǎo)致無法精確定位。水塘、泥沼、建筑物壓占更是不可抗的制約環(huán)境，檢測工作無法開展。

4 應(yīng)用案例與開挖驗證

勝利采油廠廢棄井井號：ST1-2-15，位于東辰集團(tuán)籃球場下，由于活動人員眾多，安全隱患重大，急需封井消除安全隱患。依靠金屬磁記憶探測技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化探測流程，對檢測數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，1小時內(nèi)確定了井口位置，實現(xiàn)廢棄井準(zhǔn)確定位，一方面降低了盲目開挖造成的經(jīng)濟(jì)損失，為油田降本增效做出了貢獻(xiàn)；同時，為油田安全生產(chǎn)消除了隱患，為油田廢棄井安全隱患治理工作的順利開展奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

2016-2017年應(yīng)用金屬磁記憶法對勝利油田8個采油廠，共計1139口廢棄井進(jìn)行探測定位工作，完成探測定位1087口，52口油井由于環(huán)境因素、工農(nóng)關(guān)系影響等未能開展檢測，開挖驗證（部分）定位準(zhǔn)確率81.3%。

金屬磁記憶法為油田廢棄油井探測定位提供了一種科學(xué)性、操作性、精確性較強的探測方法，在實際應(yīng)用中能夠準(zhǔn)確查明廢棄井井位，定位誤差控制在30cm以內(nèi)，效果明顯，是一種理想且行之有效的探測手段，為油田安全生產(chǎn)，消除安全隱患提供有力的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]任吉林，等.金屬磁記憶檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].無損檢測，2015，34（4）：3-10.

[2]石仁委，等.埋地管道腐蝕檢測技術(shù)的探討[J].石油工程建設(shè)，2006，32（2）：30-31.