1、電磁探傷測井方法及在套管損壞檢查中的應用劉繼生謝榮華張月秋曾桂紅（人慶汕iii有限責任公司測試技術服務分公司）摘 要 由于套管受到外力、化學腐蝕等因素的作用而引起套管變形、損壞，玄接影響油田油、氣產量 和注水效果及油、水井的使用壽命。隨著各汕田套損井數逐年增多，套管損壞狀況檢查及預防已成為汕田開 發過程中的重點工作。本文介紹了測試技術服務分公司引進的可過汕管檢查套管損壞的電磁探傷測井儀 omac-tm）的工作原理、結構及功能特點，分析電磁探傷測井在模型井實驗和現場應用情況,認為 電磁探傷測井作為一種可為汕、水井井身結構做“體檢”的方法，對及時發現井身結構的變形、控制損壞的 進-步發生將發揮重耍

2、的作用。引言油、水井是油m生產最重耍的基礎設施，許多油山經過一段吋間的開發后，均不同程度 地出現了井身結構損壞現象。井身結構損壞不僅影響受損井的正常生產，而且也影響到鄰井 乃至區塊的正常開發，対整個油川的穩產造成極大的威脅。井身結構損壞主要包括油管損壞、 各層套管損壞以及水泥環損壞等，而套管損壞對油出匸常生產的威脅最大。隨著各汕ih套損井數量逐年增加、套損程度越來越嚴重，對套損井井身狀況的普查、檢 測工作變得越來越重耍。工程測井技術屮的多種方法可有效地檢測套管損壞狀況，這些方法 從不同側而反映了井身狀況。井徑系列是汕、水井井身狀況常規的檢測手段，可提供套管內 徑的變化情況；聲波測井系列主要包括

3、三個方面，井壁超聲成像測井可提供直觀、全面的套 損狀況，聲波固井質量測井用于評價套管外水泥膠結狀態，噪聲測井用丁判斷已經形成的管 漏和竄槽；方位系列用于確定套管變形及損壞的方位角度；磁測井系列檢杏套管變形、錯斷、 內、外壁腐蝕及射孔質量；作為輔助的井溫和注、產系列用于評價套管漏失和層間竄槽情況。從無損檢測的角度上看，研究井身結構損壞問題冇三個層次：一是在油水井井身結構已 經損壞并在生產屮有異常表現后進行檢查；二是井身結構產牛變形而在牛產屮還未發現異常 時的普查，三是在井身結構未變形、損壞前進行變化趨勢預測。由于工程測井儀器結構和測 量原理的限制，目前人多數檢測方法只是停留在第一個層次上，即井身

4、結構已經損壞，并在 生產中有界常表現后進行檢查，不能及時地対井身結構損壞情況給出判斷。隨著用八對工程測井的要求越來越高，需要套損檢測更具實用性和及時性，為此測試技 術服務分公司引進了可過汕管檢杏套管損壞的電磁探傷測井儀（3mzictm）。木文介紹這種測井儀器的工作原理、結構及功能特點，分析電磁探傷測井在模型井實驗和現場應用時況。電磁探傷測井儀工作原理、結構及功能特點1.電磁探傷測井基本原理和儀器結構電磁探傷測井儀屬于磁測井系列，其理論基礎是電磁感應定律。給發射線圈供一肓流脈 沖，接收線圈記錄產牛的、隨時間變化的感牛電動勢。當套管（油管）厚度變化或存在缺陷 時，感應電動勢將發生變化，通過分析和計

5、算，在單套、雙套管柱結構下，可判斷管柱的裂縫和孔洞、得到管林的壁厚。另外該 儀器還附加了伽馬和溫度兩個探頭， 用來校深和探測井內介質溫度，輔助 測井資料解釋。在測井中，接收線圈記錄的感生 電動勢為管柱壁厚、磁導率、電導率、 管林外徑以及環境溫度的函數工。在單套管柱結構下（見示意圖1 左）：£ =屮 q,d,tc） （1）式屮：&為感生電動勢；t為套 管壁厚；為套管磁導率；o套管電 導率；d為套管外徑；tc為井內溫度。在管柱無損傷情況下，套管磁導 率、電導率0、套管外徑d和井內 溫度化都已知，只冇套管壁厚t未知， 因此測得感牛電動勢£時，就可以根 據公式（1）計算出管

6、壁厚度幾在管柱冇損傷情況下，如射孔、 腐蝕以及裂縫損壞等，套管磁導率、圖1單套管柱結構和單套管柱結構示意圖電導率0將發牛變化，測得的感牛:電動勢£的變化反映了套管的損壞情況；此時述對以根據公式（1）計算出管壁厚度但這一結果是損壞部 位套管壁厚的均勻響應。在雙層套管柱結構下（見示意圖1右）：(2)£ = f(t,t2,小屮 2qq2，d,d2c,ex)式中：&為感生電動勢；t,兀為油管、套管壁厚；",“2為油管、套管磁導率；。2汕管、套管電導率；d, 0為汕管、套管外徑c為井溫：ey為內、外管相對位置幾何 校正系數。在內外管柱無損傷情況下，管柱磁導率&quo

7、t;1，“2、電導率。1，。2、外徑q1，02和井內 溫度/c都己知，測得感牛電動勢£時，首先根據公式（1）計算得到內管壁厚行，再根據公 式（2）計算出管壁厚度的。在內外管柱有損傷情況下（同時損壞或是只有一層管損壞），損壞管柱的磁導率、電 導率。將發化變化，測得的感生電動勢£的變化即指示了內外管柱的損壞情況；此吋還可以 根據公式（1）和公式（2）計算出管壁厚度石，r2,但這一結果是損壞部位管柱壁厚的均勻 響應。公式（2）中的盛是雙層管柱幾 何形狀和兒何位置的校正系數，如果 油管或套管在井下相對位置發生變 化，測得的感應電動勢也發生和應的 變化，以此可判斷是否存在管柱變形。無

8、論是單一套管還是雙層套管柱 結構，當套管（汕管）厚度變化或存 在缺陷吋，分析測得的感應電動勢變 化情況，并通過公式（1）、（2）計算, 可判斷各層管柱的樂厚和損壞情況， 這就是“探傷”的原理。電磁探傷測井儀結構見示意圖 2,儀器主要山三個電磁探傷探頭（長 軸探頭a、橫向探頭b和煎軸探頭c） 構成，另外還附加了伽馬和溫度兩個 探頭。電磁探傷測井儀技術指標：長度2100mm外徑42mm口圖2電磁探傷測井儀結構示意圖耐溫100c耐壓60mpa2>ea, a2 a3 a4 a5 a6 a7a8a9適應管柱直徑63324mm適應管柱厚度312mm適應溫度0120°c2.電磁探傷測井儀功能

9、特點儀器記錄在一個工作周期內各探頭感應電動勢隨時間的變化，見示意圖3。長軸探頭a記錄a1-a9,探測范圍較大，主耍用于計算內、外管柱厚度；檢測內、外管長軸探頭a記錄a1-a9 橫向探頭b記錄b1-b4 短軸探頭c記錄c1-c5-20020406080100120時間 （ms）圖3電磁探傷探頭記錄不同時間的感應電動勢示意圖的縱向裂縫；確定內、外管的腐蝕情況。短軸探頭c記錄c1t5,探測范圍較小；a、c探頭結合町判斷雙層管柱的縱縫、射孔、 腐蝕，并用于計算內外管的厚度。橫向探頭b記錄b1-b4,主要用于探測內管的橫縫、射孔、腐蝕，不用于計算厚度。電磁探傷測井儀在單套、雙套管柱結構卜：可判斷管柱的裂

10、縫和腐蝕、計算管柱的壁厚, 探測井內介質溫度變化，輔助測井資料解釋。磁測井方法一般基于電磁感應原理，對這一原理不同的利用方式而形成了多種測井儀 器,如ptt測井和ett 0測井等，這些儀器多川于套損悄況檢測。電磁探傷測井儀omac-tm） 最突出的特點是：可在汕管內檢測汕管和套管的損壞情況，同樣地，在套管內檢測套管和表 層套管的損壞怙:況，就是說，電磁探傷測井對透過一層鋼管探測外而鋼管的壁厚和損壞。ett-d測井儀由于發射正弦波的周期性，使得感應電動勢也存在周期性變化，不能區別 判斷內、外管柱對感應電動勢變化的彫響，因此，在多層鋼管結構中測井吋，儀辭對外層管 的壁厚變化和損壞有反應，但不能較好

11、地給予解釋。電磁探傷測井儀發射線圈發射一電流，后停止，這一電流產生的磁場也就由大值變小， 此時在收線圈屮就產生了一個感應電動勢，其作用是阻止這一磁場變小的過程。感應電動勢 的人小與多個因素有關，那么內管與外管對感應電動勢的影響是如何劃分或確定的呢？從理 論上分析，如果鋼管的厚度越大（t1 +t2或t1）,感應電動勢的衰減就緩慢，反z,感應電動勢的衰減就較快，在內管的影響初步確定 以后，影響感應電勢衰減因素就是外管，因 此在感應電動勢的衰減過程屮（見圖3）,較 小的吋間段主要表示內管的變化，較人的吋 間段主要表示外管的變化，于是采用這種方 法可以把內、外管的影響區別開，這一點已 從理論和實驗兩個

12、方面給出了證明和驗證 ido電磁探傷測井儀omjic-tm）資料解 釋中，首先通過曲線形態定性判斷內、外管 柱是否存在裂縫（縱縫或橫縫）損壞，如有 縱向裂縫可半定量地給出縫的長度。然后通 過解釋軟件計算定量給出內、外管壁的厚度, 如果厚度減小較多，則說明管柱損壞情況較 為嚴重。另外儀器附帶的井溫探頭對測的井 內流體的溫度，輔助判斷管柱損壞漏液情況。電磁探傷測井儀測最指標：圖4電磁探傷測井各探頭對裂縫的響應單套結構下厚度測量誤差0.5mm；雙套結構下內管厚度測量誤差0. 5mm,外管1. 5伽。內層管柱縱向裂縫分辨率75mm；外層管柱200mm。內層管柱橫向裂縫分辨率為管柱周長的1/3。電磁探傷

13、測井在模型井實驗和現場應用情況1電磁探傷測井儀刻度井檢驗結果在實驗室內，分別制作了多種套管堂厚、多種長度裂縫（縱向、橫向）實驗模型，在單 套和雙套結構下利用電磁探傷測井儀進行了實驗。在直徑為168mm、厚度為9mm套管的不同深度上，人為制作了縱向、橫向裂縫，圖4給 出了在此模型井中電磁探傷測井各探頭響應曲線，測井曲線ua-5和uc-4在4.04.8m和 5. 86. 6m兩處出現異常,解釋為套管存在縱向裂縫;測井曲線ub-l和ub-4在7.0m、8.0m、9.0m和9. 8m四處出現界常，解釋為套管存在橫向裂縫，測井解釋結果與模型設置一致。用直徑為140mm套管在不同深度上制作了厚度分別為6.

14、 2mm和7.72mm的兩段模型，圖 5給出了在此模型井中電磁探傷測井解釋成來曲線，解釋結果與模型設置-致。另外模型的 上段（壁厚6. 2mm）是用厚壁套管（7.72mm）切割而成，加工過程中套管磁導率發生變化，圖5電磁探傷測井在模熨井中檢測套管儲厚測井曲線uub-2.1：段的抖動明確地反映了這一點2.電磁探傷測井儀測井實例關井井身結構的普查工作。電磁探傷測井可檢測油、水井各層管柱（油管、套管、表層套管） 的壁厚變化及損壞情況，儀器外徑較小（42mm）,可在多層管柱屮進行測井，如在汕管屮可測 量套管的壁厚變化及損壞，節省了檢查套管情況吋起、下油管的作業費用，這-特點使得對 油、水井井身結構損壞

15、進行普查成為口j能。電磁探傷測井作為一種町為油、水井井身結構做 “體檢”的方法，對及時發現井身結構的變形、控制損壞的進步發生將發揮重要的作用。利用電磁探傷測井儀對大慶等油田套損區的多口油、水井進行了檢查。圖6給出了杏6xx井在套管中電磁探傷測井（左）與x-y井徑測井（右）結果對比，在 電磁探傷測井資料中發現，該井在884.加和968ni兩處套管損壞，特別是在上一點損壞嚴重, 可能出現套漏，這一解釋結果在井徑測井和修井作業中得到了證實。杏5xx為一口配注井，1997年通過鉛模打印發現在896m有套管變形，經過兒年的牛產, 2002年采油廠地質懷疑該處可能已經損壞，為了解井下套管的破損情況，在油竹

16、內進行了電495500圖7電磁探傷測井在油管屮檢測套管變形475480490kohctpykhmhckbdxklhbl一nrl豈 s_bbsj圖8電磁探傷測井在油管小檢測套管損t2.mm4-?. ?t1.mm 12磁探傷測井，測井結果見圖7,從全井資料小發現該井多處套管變形，其屮最上面的變 形點與過去的鉛模打印結果吻合，但沒有發現套管破裂現彖（如套管破漏測井曲線向左偏移）, 采汕廠根據檢測結果沒侑對該井進行起汕管作業就重新投入生產。圖8給出了在油管中進行電磁探傷測井的另一個實例，在ua-5和ua-8兩條測井曲線上, 476. 5478. 8叭490. 5498. om兩處異常（偏小），表明這兩段套管損壞；通過計算各層管柱 的厚度，得到了油管厚度t1曲線和套管厚度t2曲線，可以看岀，油管厚度正常，套管厚度 在476. 5478. 8m.490. 5498. 0m兩處偏小，解釋為套管受到嚴重的腐蝕,特別是494. 0494. 7m 井段套管壁厚比正常值小了 2.5儷以上，可能出現套漏，這一解釋結果在隨后的修井作業屮 得到了證實。心 土口1、電磁探傷測井方法能在油管內檢測油、水井各層管柱的壁厚變化（腐蝕）及破損情 況，節省了檢查套損時起、下油管的時間和作業費川，使得油田對油、水井井身結構損壞情 況進行普杳成為可能。2、電磁探傷測井作為一種對為油、水井井身結構做“體