张垒

摘  要：油井的套管损伤、套管变形是一个众多油气企业都可能面对的核心工作难点，套管损伤、套管变形对于石油流体层和打井作业安全性均有显著制约作用。现阶段检查套管损伤、套管变形的常规手段有油井井径测井、电磁波探测用测井等方法。油井井径测井只能体现套管内径厚度波动，并且仅能探测单层管壁，另一方面，电磁波探测测井尽管可以探测双层乃至很多层管壁，不过该方法显示出来的壁厚是套杆的加权平均壁厚值，不能确定套损种类和位置。把40臂油井井径测井和电磁波探测配合使用，不但可以确定套损套变产生的位置、种类，并且能准确定位方向，达到精准捕捉套损套变的效果。

关键词：套管损伤、套管变形;40臂;电磁波探测;套管壁厚

中图分类号：P631.83 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）25-0126-02

Abstract： Casing damage and casing deformation are the core difficulties facing many oil and gas enterprises. Casing damage and casing deformation significantly restrict the safety of oil fluid layer and drilling operation. At present， the conventional methods used to check casing damage and casing deformation are oil well diameter logging， electromagnetic wave detection logging and so on. Oil well caliper logging can only reflect the fluctuation of casing inner diameter and thickness， and can only detect single-layer pipe wall. On the other hand， although electromagnetic wave detection logging can detect double-layer or even many layers of pipe walls. However， the wall thickness shown by this method is the weighted average wall thickness of the casing rod， and the type and location of casing damage can not be determined. The combination of 40-arm oil well caliper logging and electromagnetic wave detection cannot only determine the location and type of casing damage， but also accurately locate the direction， and achieve the effect of accurately capturing casing damage.

Keywords： casing damage， casing deformation; 40 arms; electromagnetic wave detection; casing wall thickness

引言

套筒打井是最常規的打井方案，因为油井内部状态复杂多变，套筒一般工作一定年限后可能产生若干种类的破坏乃至失效现象。引起套杆损伤的因素一般有机械磨损和化学腐蚀性损害[1-2]。套筒失效首先干扰了油井的正常生产作业，降低了作业效率。其次套管变形可能引起油井之间、石油流体层之间压强平衡体系产生变化，这样操作会令开采区域岩石层体系发生比较大的变动，严重的情形甚至可能损害全部油气田资源的后续开采规划，故此套管损伤、套管变形实时监控就显得非常棘手。40臂油井井径测井和电磁波探测测井工艺方法是目前常用的两类油井套管损伤、套管变形检查解决方案。40臂油井井径测井是依赖测杆臂与套筒内部充分碰触，测试套筒内油井内径数值，将测量结果和套筒理论设计内径比较及实施视频研究分析认定套筒管壁是否出现套管损伤。电磁波探测测井是一类磁测井解决方案，该方案采用电磁感应理论进行设计[1]，测量并记录套管内部感生电动势大小，经过专用软件计算，得到油管/套管壁厚，从而判断套损套变。

1 40臂油井井径测井设计理念及特点研究归纳

多臂油井井径测井是早期开发出来的一类套管损伤检查工艺方法。40臂油井井径测井是油井内壁测井系统的一个核心分支体系。40臂油井井径测井设备属于碰触式探测设备，即采用油井筒径测试仪的测杆与套筒内部碰触，通过把套筒内部直径变化的数值转化油井内径测量杆径向移动距离，经过油井井径内部的机构运作，即转化为连接杆的线性运动，直线电位装置或者位移动态变压器传导出电压数据。此电压数据变成油井内径数据保存到相关位置[3]。该设备的探测装置使用的是一种非直接碰触式距离探测装置，该设备的突出特性是探测准确度和反应速度均非常高，与此同时在该设备应用进程中探测装置不会发生设备磨损状况，大大减轻了探测装置的维修保养的相关工作压力，进而能够大大延长该设备的实际服役的年限。

图1里显示的虚线图像是测量杆的收缩形态，实线图形为展开形态。因为弹簧的张紧效应，让测杆紧贴油井内壁，如果油井内壁发生弯曲变形时，测杆跟随油井内壁的翘曲而发生张驰变化，进而连带着测量杆进行轴向位移;装置内的弹簧可以使距离探测设备测量杆紧密贴合测臂的两个端面，每当测量杆进行轴向位移的时候，油井测臂跟随其做同步运动。因为测量杆的转轴方向位移促使距离探测设备捕捉到的波形信号的极限数据随之变更。把距离探测设备的传出数据信息进行差动增强、调整电流及过滤波型的加工处置以后，便能推算出和套筒管道内径相关的电压数值信号，将该电压通过A/D转换器转换为数字并传输给地面数控系统，再由地面数控系统将所得到数据转换为套管内径。40臂井径仪一次下井可以记录40条套管内半径，通过专业软件处理可得到套管内壁成像图[4]。

40臂油井井徑测井装置的优势是探测准确程度非常高，测井数据曲线图像说明的套桶弯曲形变情况非常详尽。通过特定电脑程序加工能够恢复为套桶里层图像，相关工程技术人员能够非常直观的观测套桶内径的状况。此外，该测井装置在进入油井的时候还能够同时记载一根方向及位置曲线数据信息，根据该套损方位曲线，通过专用处理软件，可以将40条井径曲线还原到各自相对固定的方位，能准确地确定套管发生套损。

40臂井径仪器得到的40条套管内半径曲线可用来确定套管的变形、错断、弯曲、内壁腐蚀等。X1油井早期单单进行了40臂油井井径测井，获得了40臂油井井径数据曲线图像，通过相关程序的加工获得了一组三维管柱图像，由图像可以得到，在深度达到（980～1050）m油井部分，40臂油井井径数据曲线图像波动频率高，曲线图呈现混乱无序的状态;由管柱三维立体图形也能得到以下结论：套筒内径表面崎岖不平，为此相关工程技术人员估计此油井部分套筒发生了非常重大的化学侵蚀问题。随后采用电磁波探测测井，获得了纵轴方向A传感器的A2、A4数据曲线图像，横轴方向B传感器的B1数据曲线图像，纵轴方向C传感器的C2数据曲线图像，和经过数值模拟获得的可视加权平均套筒壁厚数据曲线图像，由图像得到如下信息：在（980～1050）m油井部分，套筒并没有产生金属缺失问题，即为套筒金属材质并没有出现显著的波动，即能估计出此部分套筒不存在金属材料被侵蚀的情况。

2 电磁波探测测井特性研究

电磁波探测测井仪的重要优势是设备外部直径小，能够穿过油管实施探测活动。该装置使用电磁感应相关原理，属于非碰触型装置，可以监测到两层以上套管柱型的损伤破坏的状况。电磁波探测测井仪的传感器探头直径非常小，促使该装置穿透性非常好，电磁波探测测井准确率大幅提升，然而在现场自然条件的作业中，因为各类施工作业的实施，电磁探伤测井得到的多条感应电动势曲线经过处理得到的套管壁厚是套管的平均壁厚，即视平均壁厚，无法具体反映套管具体在哪个方位出现了金属丢失。以上存在的问题是由于电磁探伤测井原理本身造成的，很难去除。

经过40臂油井井径数据曲线图像状态观测和三维图形可以得出，某油井套桶在（1145～1168）米部分的油井内径数据曲线图像混乱无序，某些区域甚至超过了套桶的公称理论外部直径，所以估计该部分套桶发生了重大的腐化及侵蚀现象，甚至发生套桶打孔开裂的状况。通过对该段套管部分的井径截图面观察发现，该处井径曲线发生严重抖动的主要原因是套管受地层应力作用发生了椭变，带有轻度腐化及侵蚀，从而使井径曲线呈现杂乱无章的形态。

3 两类测井方法优点相互辅助和现场使用研究

因为40臂油井井径测井与电磁波探测测井理论上的特性，造成两类套管损伤、检测方法均有一些限制性。对于油井内部自然条件繁杂不确定、套管损伤、套管变形种类很难做到精准定位的状况，文章把40臂油井井径测井与电磁波探测测井配合在一起，互相补充彼此的限制性，展现彼此优势，达成了精准定位套管损伤、套管变形产生的区域、方向、种类等等。

从40臂油井井径特征曲线图像和电磁波探测每个传感器检测到的感应电压特性曲线图上均能够得出，在1040米周围发现显著斜率波动，因为已经知道此位置处在射孔区域，所以能够断定射孔效应形成的洞孔实际存有;配合40臂油井井径测井的油井内径三维建模，即能断定射孔所处的精确方向及区域。

4 结语和解决措施

（1）40臂油井井径检测装置可以精准确定套管损伤、套管变形产生的位置、方向和损伤限度，但是仅仅可以检查里面管柱套管损伤状况，针对两层以上管柱的套管损坏不能完全检查到位。

（2）电磁波探测测井装置可以检测两层以上管柱的损坏情况，可以检查到套桶微小裂痕、破洞等等，但是该检测装置不能定位套管损伤及破损的准确位置。

（3）把40臂油井井径测井和电磁波探测测井配合在

一起，不但可以准确捕捉位置套管损伤、套管变形产生的种类、破坏的限度，还可以准确捕捉套管损伤、套管变形详细位置，并且可以评估两层以上套桶破损状况，两种方法互相证明达到优点互相辅助，达成了精确捕捉确定套管损伤的目标。

参考文献：

[1]郭海敏.现代生产测井导论[M].北京：石油工业出版社，2003.

[2]周瑞芬，陈再峰，魏建民.多臂井径成像测井解释方法[J].大庆石油学院学报，2005，29（4）：107-111.

[3]宋杰.40独立臂井径成像测井仪在套损检查中的应用[J].测井技术，2003，27（2）：155-158.

[4]陈福利，柴细元，金勇，等.多臂井径测井检测套损及其评价方法[J].测井技术，2005，29（1）：79-81.

[5]彭原平，谢晓峰，王晓龙，等.EMDS-TM-42TS电磁探伤测井仪模型井测井与评价[J].国外测井技术，2006，21（5）：56-63.