60臂井徑儀與電磁探傷組合測井在延長油田套管損傷檢測中的應(yīng)用

樊建平.

(延長油田股份有限公司，陜西延安 716000)

隨著油田的持續(xù)開發(fā)生產(chǎn)，油、水井套管因長時間在深層地下工作，長時間經(jīng)受高溫、高壓、井內(nèi)油氣水混合液體腐蝕[1]、地層壓力變化[2]等因素影響而產(chǎn)生損傷，套管內(nèi)、外壁會出現(xiàn)不同程度的腐蝕、結(jié)垢等損傷[3]，管柱結(jié)構(gòu)也會隨地層應(yīng)力的變化出現(xiàn)扭曲變形[4]。事實(shí)證明，通過定期的油套管損傷檢查[5]，對損傷進(jìn)行早期防治，可以有效地減少管柱損傷帶來的生產(chǎn)損失[6-7]。

目前在延長油田進(jìn)行套管損傷檢測主要采用多臂井徑與磁測井儀組合或只使用多臂井徑測井。磁測井儀屬于多年前的測井儀器產(chǎn)品，多已停產(chǎn)后期維護(hù)困難，且測井曲線少，無法精細(xì)解釋套管損傷類型，無法精細(xì)解釋多層油套管的損傷情況。同時鑒于多臂井徑儀的技術(shù)特點(diǎn)，只能對套管內(nèi)壁進(jìn)行測量[8]，無法精確判定內(nèi)壁硬質(zhì)結(jié)蠟，無法判定套管外壁損傷及外層損傷情況[9]。

通過對比現(xiàn)有套管損傷檢測技術(shù)，結(jié)合延長現(xiàn)有套管損傷檢測需求，選擇通過多臂井徑儀和電磁探傷測井儀的組合[10]。利用電磁探傷技術(shù)，可以能夠透過油管實(shí)現(xiàn)檢測套管的狀況,提供油/套管缺陷的定量信息和剩余壁厚,是目前套管缺陷檢測技術(shù)的熱點(diǎn),在降低油氣勘探成本、保證油田穩(wěn)產(chǎn)上具有重大意義[11]。

1 儀器組成及測量原理

CJ60-100D多臂井徑測井儀[12]采用用機(jī)械探測臂來測量套管的形變損傷、傾斜度等參數(shù)的儀器。其檢測項(xiàng)目包括井徑、井斜、相位等數(shù)據(jù)參數(shù)，來測量工程測井中的套管形變程度，其測量結(jié)果可指示套損部位的井斜與相位，初步判斷套管損的變形、錯斷、彎曲、孔眼、裂縫與沾污的產(chǎn)生概率，在成像軟件的支持下，多臂井徑測井?dāng)?shù)據(jù)可得到變形截面上近似偏心圓的圓心、最大通徑和有效通徑[13]，可繪制套管形變得立體成像圖和成像解釋成果圖。為套管提供更多的測量數(shù)據(jù)，可以更進(jìn)一步了解井下套管的狀況。

該儀器由上下扶正器、儀器電子短節(jié)、機(jī)械測量部分、電機(jī)傳動部分、電機(jī)控制等部分組成(圖1)。

圖1 多臂井徑測井儀組成

儀器測井時，由上下扶正器保證儀器在套管中處于居中位置，通過機(jī)械測量臂尖端與套管內(nèi)壁接觸，感知套管內(nèi)壁變化，并將該變化通過機(jī)械位移傳遞至60個獨(dú)立傳感器，進(jìn)而被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳遞和保存(圖2)。

圖2 儀器測井原理

電磁探傷測厚測井儀[14]利用電磁感應(yīng)原理[15]檢測套管和表層套管的損壞情況，在其測試過程通過探測扶正器等鐵磁性物質(zhì)以及放射性物質(zhì)(自然伽馬)可以準(zhǔn)確定位工具串深度。

該部分儀器由多個探頭和上、下扶正器及相關(guān)電路組成。探頭組合方式為：自下而上依次為溫度探頭、縱向長軸A探頭、橫向B探頭、橫向BB探頭、縱向短軸C探頭[16]、自然伽馬探頭。其中，溫度探頭用來檢測井內(nèi)流體溫度場的變化，從而確定出液口的位置；自然伽馬探頭可探測探頭附近地層的自然伽馬強(qiáng)度，通過對比原始測井曲線資料來校正測試深度；其余A、B、BB、C的探頭組合用于檢測套管損傷。

圖3 電磁探傷測厚測井儀組成

電磁探傷測井儀屬于磁測井系列，其理論基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)定律。對發(fā)射線圈加載直流電流后可在螺線管周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，通過感應(yīng)，該穩(wěn)恒磁場在油管和套管中可產(chǎn)生感應(yīng)電流。而去掉加載的直流電后，套管中產(chǎn)生的感應(yīng)電流可在接收線圈中產(chǎn)生一個隨時間衰減的感應(yīng)電動勢。

當(dāng)(油管、套管等)厚度變化或存在缺陷時，對應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將一并發(fā)生變化，通過對電動勢變化數(shù)據(jù)的分析和計算，可半定量判斷管柱存在的裂縫或者孔洞，得到管柱的壁厚。

CJ60-100D六十臂井徑儀與DTS43-101D電磁探傷測井儀采用平臺化設(shè)計，通過ST-CJBus協(xié)議接入CJYC遙測測井平臺，通過單芯或七芯測井電纜與SCL地面測井系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其測井組合如下圖所示：

圖4 儀器組合

遙測短節(jié)與60臂井徑儀、電磁探傷儀及相關(guān)扶正器短節(jié)組成儀器串進(jìn)行井下作業(yè)。儀器串可根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況，選擇整串組合后下井或者在井口對接的形式進(jìn)行下井作業(yè)。

通過60臂與電磁探傷組合測井的形式，我們在單次測井作業(yè)中可以獲取獨(dú)立井徑曲線60條，電磁探傷探頭曲線23條，同時獲取自然伽馬、井溫、磁定位曲線以及多條輔助曲線，總計有用數(shù)據(jù)曲線超過90條。這樣，通過對這些曲線數(shù)據(jù)的有效分析，我們可以精準(zhǔn)的解釋套管內(nèi)外壁的變化，確認(rèn)套管橫向、縱向、孔洞損傷，同時還可以獲取外層套管的損傷情況。通過兩種不同原理測量方法的有效組合，對于解釋結(jié)果可以更準(zhǔn)確，更直觀、更高效。

2 測井實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程

為了有效驗(yàn)證所選組合測井技術(shù)的可靠性、適用性和有效性，決定在延長油田寶塔采油廠和杏子川采油廠選取十口井進(jìn)行測井作業(yè)，進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)測井操作流程[17]：

(1)收集測試井有關(guān)資料，包括測試井的管柱結(jié)構(gòu)、各層段深度、修井井史資料、伽馬/磁定位/套管短節(jié)校深資料、套管程序及套管材料數(shù)據(jù)以及測試井當(dāng)前生產(chǎn)狀況或故障狀態(tài)等。

(2)洗井、起原井管柱：聯(lián)系該井管理人員了解現(xiàn)狀，做好停井等工作。用熱活性水反循環(huán)洗井清蠟，然后起出井內(nèi)油管管柱。

(3)通井：下Φ118 mm通井規(guī)下接斜尖通井至井底，實(shí)探人工井底三次，并落實(shí)其深度，然后起出通井管柱。

(4)測井作業(yè)進(jìn)場，配備井架或吊車，測井電纜選用Φ8 mm以上單芯或七芯鎧裝電纜。

(5)井場儀器檢查、刻度及儀器掛接。

(6)按要求將儀器下放至指定深度進(jìn)行上提測井作業(yè)。

(7)對曲線反映異常井段進(jìn)行重復(fù)測量。

(8)測井結(jié)束，儀器提出井口，清理儀器及作業(yè)現(xiàn)場。

(9)整理測井?dāng)?shù)據(jù)，記錄施工數(shù)據(jù)。

(10)測井?dāng)?shù)據(jù)繪解。

表1 主要裝備清單

表2 下井儀器串情況統(tǒng)計表

3 測井實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解釋及成果分析

延長井下公司在引入該儀器組合后，在杏子川采油廠[18-20]和寶塔采油廠共計進(jìn)行了十個井次的套損檢測作業(yè)，測井成功率100%。統(tǒng)計各井次作業(yè)成果如下：

表3 測試成果反饋

通過對上述十口井?dāng)?shù)據(jù)分析，組合儀器測試解釋結(jié)果明確無誤，可準(zhǔn)確解釋某一深度套管情況，我們篩選較具代表性的兩個套損實(shí)例進(jìn)行分析。

通過對測井?dāng)?shù)據(jù)分析，我們測得，在坪118井井深442.9米和445.6米處存在套管穿孔損傷。在60臂井徑儀測井曲線上我們能夠看到在這兩個深度點(diǎn)出現(xiàn)了個別測量臂臂值異常變大情況，反映出該處存在套管腐蝕性損傷。同時通過分析電磁探傷曲線，我們看到在相同深度點(diǎn)上，電磁探傷的各探頭曲線反映出該處存在明顯的鐵磁性缺失現(xiàn)象，反映該處存在套管損傷情況。綜合60臂井徑儀和電磁探傷測井儀兩種儀器數(shù)據(jù)反映出的情況，我們可以明確認(rèn)定，該處存在套管腐蝕性損傷，同時結(jié)合60臂井徑儀變化幅度和電磁探傷計算出的厚度變化情況，認(rèn)定該損傷為穿透性損傷，即解釋結(jié)論所描述的穿孔損傷。

通過數(shù)據(jù)分析我們測得，在438米處存在縮徑現(xiàn)象。通過六十臂井徑儀數(shù)據(jù)，我們看到在438米處存在較多臂值變小情況，同時最大臂值、最小臂值和平均臂值均反饋在該段變小。通過六十臂井徑儀，我們能夠了解到，該處套管內(nèi)徑尺寸存在變小，但是無法進(jìn)一步明確導(dǎo)致內(nèi)徑變小的原因是套管出現(xiàn)縮徑還是套管內(nèi)壁結(jié)蠟造成內(nèi)徑變小。通過電磁探傷數(shù)據(jù)，我們能看到電磁探傷的各個探頭數(shù)據(jù)均有變大情況，而引起電磁探傷數(shù)據(jù)出現(xiàn)變大情況的原因之一就是套管縮徑。通過六十臂井徑儀和電磁探傷對該段測量數(shù)據(jù)的綜合分析，我們就能夠明確認(rèn)定，在該段出現(xiàn)了套管縮徑情況。通過這個實(shí)例，我們能夠明確的看到，在套管損傷檢測作業(yè)中，六十臂井徑儀與電磁探傷測井儀組合測井存在的明顯優(yōu)勢。

實(shí)例一：坪118井

圖5 兩種儀器測試數(shù)據(jù)結(jié)果對比

4 結(jié)論

(1)六十臂井徑測井儀和電磁探傷測井儀組合測井的應(yīng)用，可提高對套管損傷檢測的損傷認(rèn)定準(zhǔn)確率，兩者組合驗(yàn)證具有良好的互補(bǔ)作用。

(2)在實(shí)際應(yīng)用中，得到了套管結(jié)垢、穿孔、縮徑、擴(kuò)徑、變形、內(nèi)壁腐蝕、外壁腐蝕、脫扣、橫向損傷、縱向損傷、外層套管檢測及射孔等不同損傷的測量結(jié)果。

(3)通過六十臂井徑儀與電磁探傷測井儀組合測井[21]，一次測井就得到滿意的損傷認(rèn)定數(shù)據(jù)，測井成功率高，后期解釋損傷認(rèn)定明確[22]。

實(shí)例二：王281-1井

圖6 60臂井徑儀數(shù)據(jù)438米處縮徑現(xiàn)象