樊建平.

(延長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間在深層地下工作，長(zhǎng)時(shí)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(huì)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(huì)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(duì)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(zhǎng)油田進(jìn)行套管損傷檢測(cè)主要采用多臂井徑與磁測(cè)井儀組合或只使用多臂井徑測(cè)井。磁測(cè)井儀屬于多年前的測(cè)井儀器產(chǎn)品，多已停產(chǎn)后期維護(hù)困難，且測(cè)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(shí)鑒于多臂井徑儀的技術(shù)特點(diǎn)，只能對(duì)套管內(nèi)壁進(jìn)行測(cè)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(duì)比現(xiàn)有套管損傷檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合延長(zhǎng)現(xiàn)有套管損傷檢測(cè)需求，選擇通過多臂井徑儀和電磁探傷測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量原理

CJ60-100D多臂井徑測(cè)井儀[12]采用用機(jī)械探測(cè)臂來測(cè)量套管的形變損傷、傾斜度等參數(shù)的儀器。其檢測(cè)項(xiàng)目包括井徑、井斜、相位等數(shù)據(jù)參數(shù)，來測(cè)量工程測(cè)井中的套管形變程度，其測(cè)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(cuò)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(cè)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(cè)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(cè)量部分、電機(jī)傳動(dòng)部分、電機(jī)控制等部分組成(圖1)。

圖1 多臂井徑測(cè)井儀組成

儀器測(cè)井時(shí)，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(cè)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(gè)獨(dú)立傳感器，進(jìn)而被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳遞和保存(圖2)。

圖2 儀器測(cè)井原理

電磁探傷測(cè)厚測(cè)井儀[14]利用電磁感應(yīng)原理[15]檢測(cè)套管和表層套管的損壞情況，在其測(cè)試過程通過探測(cè)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(gè)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(zhǎng)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(cè)井內(nèi)流體溫度場(chǎng)的變化，從而確定出液口的位置；自然伽馬探頭可探測(cè)探頭附近地層的自然伽馬強(qiáng)度，通過對(duì)比原始測(cè)井曲線資料來校正測(cè)試深度；其余A、B、BB、C的探頭組合用于檢測(cè)套管損傷。

圖3 電磁探傷測(cè)厚測(cè)井儀組成

電磁探傷測(cè)井儀屬于磁測(cè)井系列，其理論基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)定律。對(duì)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(chǎng)，通過感應(yīng)，該穩(wěn)恒磁場(chǎng)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(gè)隨時(shí)間衰減的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)(油管、套管等)厚度變化或存在缺陷時(shí)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將一并發(fā)生變化，通過對(duì)電動(dòng)勢(shì)變化數(shù)據(jù)的分析和計(jì)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(cè)井儀采用平臺(tái)化設(shè)計(jì)，通過ST-CJBus協(xié)議接入CJYC遙測(cè)測(cè)井平臺(tái)，通過單芯或七芯測(cè)井電纜與SCL地面測(cè)井系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其測(cè)井組合如下圖所示：

圖4 儀器組合

遙測(cè)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(chǎng)作業(yè)情況，選擇整串組合后下井或者在井口對(duì)接的形式進(jìn)行下井作業(yè)。

通過60臂與電磁探傷組合測(cè)井的形式，我們?cè)趩未螠y(cè)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(shí)獲取自然伽馬、井溫、磁定位曲線以及多條輔助曲線，總計(jì)有用數(shù)據(jù)曲線超過90條。這樣，通過對(duì)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(shí)還可以獲取外層套管的損傷情況。通過兩種不同原理測(cè)量方法的有效組合，對(duì)于解釋結(jié)果可以更準(zhǔn)確，更直觀、更高效。

2 測(cè)井實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程

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

實(shí)驗(yàn)測(cè)井操作流程[17]：

(1)收集測(cè)試井有關(guān)資料，包括測(cè)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(cè)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(cè)井作業(yè)進(jìn)場(chǎng)，配備井架或吊車，測(cè)井電纜選用Φ8 mm以上單芯或七芯鎧裝電纜。

(5)井場(chǎng)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(cè)井作業(yè)。

(7)對(duì)曲線反映異常井段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。

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

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

(10)測(cè)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(jì)表

3 測(cè)井實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解釋及成果分析

延長(zhǎng)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(jì)進(jìn)行了十個(gè)井次的套損檢測(cè)作業(yè)，測(cè)井成功率100%。統(tǒng)計(jì)各井次作業(yè)成果如下：

表3 測(cè)試成果反饋

通過對(duì)上述十口井?dāng)?shù)據(jù)分析，組合儀器測(cè)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(gè)套損實(shí)例進(jìn)行分析。

通過對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析，我們測(cè)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(cè)井曲線上我們能夠看到在這兩個(gè)深度點(diǎn)出現(xiàn)了個(gè)別測(cè)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(shí)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(cè)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(shí)結(jié)合60臂井徑儀變化幅度和電磁探傷計(jì)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(cè)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(shí)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(gè)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(duì)該段測(cè)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(gè)實(shí)例，我們能夠明確的看到，在套管損傷檢測(cè)作業(yè)中，六十臂井徑儀與電磁探傷測(cè)井儀組合測(cè)井存在的明顯優(yōu)勢(shì)。

實(shí)例一：坪118井

圖5 兩種儀器測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

(1)六十臂井徑測(cè)井儀和電磁探傷測(cè)井儀組合測(cè)井的應(yīng)用，可提高對(duì)套管損傷檢測(cè)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(cè)及射孔等不同損傷的測(cè)量結(jié)果。

(3)通過六十臂井徑儀與電磁探傷測(cè)井儀組合測(cè)井[21]，一次測(cè)井就得到滿意的損傷認(rèn)定數(shù)據(jù)，測(cè)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