井况监测技术在中原油田的应用

戴恩汉，陈 正，李宏魁,黄志平，刘军利，郝宪秀（中石化中原油田分公司采油工程技术研究院，河南濮阳457001）

房鸿斌 （中石化中原油田分公司采油一厂，河南濮阳457001）

井况监测技术在中原油田的应用

戴恩汉，陈 正，李宏魁,黄志平，刘军利，郝宪秀（中石化中原油田分公司采油工程技术研究院，河南濮阳457001）

房鸿斌 （中石化中原油田分公司采油一厂，河南濮阳457001）

油气水井套管腐蚀变形与窜漏在油田开发中普遍存在，尤其是油田开采到中后期，套管腐蚀变形和漏窜越来越突出，大大削弱了油田稳产的基础，造成油气生产成本居高不下。主要介绍了电磁探伤、多臂井径和氧活化等测井技术在中原油田井况监测中的应用情况，并对应用效果进行了评价。

电磁探伤；多臂井径；氧活化；测井；应用

油气水井井下套管损坏对井下作业的安全性和油气的有效开采有很大影响和破坏作用，受井况制约，精细分层注水、油井卡堵水、卡封、分层压裂等工艺措施难以实施，造成局部注采井网不完善，油井稳产难度加大，严重影响了油田整体开发水平［1］。油水井井下管柱腐蚀变形会导致油管和套管漏失、油管腐蚀落井、套管错断等，造成油水井带病运转甚至停产作业大修。对于采油井，若存在生产层和水淹层的窜槽，将导致液量高、含水升高，造成能源的浪费；对于注水井，管外窜漏会影响分层注水开发效果，导致无效注水。因此，套管腐蚀变形和油气水井窜漏不但影响油田正常生产，还为控制套损带来了新的困难和隐患［2］。

近年来，中原油田加大了井况防治力度，为了采取科学的井况防治措施和提高套损井的修复速度，逐步配套完善了电磁探伤、多臂井径和氧活化找漏找窜等井况监测技术。

1 井况监测技术

目前中原油田主要应用的井况监测技术是电磁探伤测井、多臂井径测井和氧活化测井。

1．1 电磁探伤测井技术及解释方法

1．1．1 电磁探伤测井仪的结构

该仪器由温度探头、自然伽马探头、纵向长轴探头A、横向探头B和BB、纵向短轴探头C、上和下扶正器及电子线路组成。其中温度探头测得井温资料，确定出液口的位置，并对管材电导率进行温度校正；自然伽马探头探测井身周围自然伽马强度，用于校深；探头A、C结合可判断双层管柱的纵向裂缝、腐蚀，并用于计算内外管壁的厚度；探头B、BB判断内管的横向裂缝，判断内管的错断和变形情况，计算内管的壁厚。

1．1．2 测量原理

EMDS－TM－42TS电磁探伤仪的物理基础是法拉第电磁感应定律。给发射线圈供一电流，接收线圈产生随时间变化的感应电动势ε，即：

式中，Φ为磁通量，Wb；S为线圈截面积，m2；B为磁场强度，T。

当管柱（油套管）厚度变化或存在缺陷时，感应电动势ε将发生变化。通过分析和计算，在单、双层管柱结构下，得到管柱的壁厚，可判断管柱的裂缝、腐蚀和孔洞。1）对于单层管柱结构，感应电动势ε的函数表达式为：

式中，下标1代表内管（油管）某个深度点的测量值；f为感应电动势ε随壁厚、钢管磁导率、电导率等因素变化的函数；h为壁厚，mm；μ为钢管磁导率，mH／m；σ为电导率，S／m。下标i、j分别为电流脉冲发射的不同时间起始点。式（2）中前3个参数h1、μ1、σ1是主要的；而D1、ξ1、t1i、T1j分别为内管直径、偏心率、测量时间、温度，对ε1的贡献很小，可忽略不计。所以式（2）可以简化为：

2）对于双层管柱（如有油管和套管）结构，感应电动势ε的函数表达式为：

式中，下标2代表外管（套管）与内管对应深度点的测量值。

μ、σ和h是对测得的感应电动势ε1、ε2都有贡献的。因μ、σ（经温度Tj校正）可视为已知，因此可计算出内、外管壁厚度h1、h2（即对式（3）、（4）联立求解），该厚度值为钢管测量点的均匀壁厚（视厚度）。

1．1．3 电磁探伤测井解释方法

在实验室内分别制作了多种套管壁厚、多种长度裂缝（纵向、横向）的试验模型，在单套和双套结构下利用电磁探伤测井仪进行了测试试验。综合分析了探头A、B、C所测的各条曲线的形态，结合上述模拟试验结果定性判断内外管柱是否存在裂缝、损伤等，利用井温探头测得井内流体的温度，能辅助判断管柱损坏漏液情况。

分析井深结构，选择有代表性的曲线，把整个测量井段划分为几个解释段，每个井段要有相同的井身结构和套管数量。对于每个相同的井段需要选择基准井段，在曲线中选取相对平衡并比较典型的部分作为基线，在该井段上井壁厚度与通知单上的井壁厚度相符合，应选择长度不少于20个采样点的井段作为基线，选择基准井段的曲线波动不宜太大。对于所研究井段选择有代表性的记录电平，利用解释软件计算管柱的剩余壁厚。对于双层管柱，计算壁厚h1、h2的解释结果中，若一层壁厚偏小、另一层偏大，则调整参数至结果正常。一些探头不真实的曲线异常并不是管柱损伤造成的，很多情况下是管柱生产过程中产生的电磁特性的不均匀性所造成的，对于这些异常可以在噪声曲线上划分出来；另外一部分曲线异常是在修井过程中管柱的磁化造成的，也可以根据磁噪声异常来判断。利用计算的管柱剩余壁厚结合上述解释模型判断井下管柱是否存在裂缝、损伤、错断、腐蚀等。

1．2 多臂井径测井技术及解释方法

多臂井径组合仪是一种监测油气水井套管腐蚀、变形情况的仪器，它能够精确测量出套管的内径、套管接箍的实际情况，以及套管的扭曲、破裂、折断等损坏情况，结合温度的变化，找出套管破漏的具体位置。鉴于测量臂与仪器外径的关系和中原油田的井况条件，中原油田选用了仪器外径为50mm的十八臂井径组合测井仪。该仪器在常规井径仪只有温度和井径2个测量参数的基础上增加了自然伽马和磁定位2个参数，实现了套管接箍和地层层位的双重校深，确保了套管深度与地层深度的一致。该技术用来检查井下套管的内腐蚀、变形、错断和检查射孔状况，为油气水井作业提供了准确的井下套管技术资料。

通过实测资料研究，总结了多臂井径成像测井定性解释模型有变形、射孔段、错断等井况的解释方法。

1）套管发生变形时，变形段管柱截面中心发生位移，最大、最小内径相差较大，平均内径变大，多条原始曲线表明井径有明显变大趋势。

2）在射孔井段，最大、最小内径均有变大趋势，平均内径变大，多条单臂原始曲线表明井径有明显变大趋势。

3）套管破裂时，最大、最小内径均发生突变，多条单臂原始曲线表明部分井径有明显变大趋势，部分有变小趋势。

4）错断时，套管发生垂直于管柱的错断，测量结果一般明显显示缩径。

多臂井径测井资料经专业软件进行数据处理与分析后，可进行正常接箍长度、个数、特殊套管内外径、变形段处理；计算套管的最大内径、最小内径、平均内径、椭变率、等效破坏载荷评价等；可对套管内径测量异常段进行定性、定量解释，给出测量段内纵向剖面图。

1．3 氧活化测井技术

氧活化测井技术是利用氧原子核经活化后，在衰变过程中放射出的伽马射线能量较高，能穿透井内流体、油管、套管和水泥环的特性，用探测器检测氧原子的存在并识别被活化水的流动情况，然后通过活化源到探测器间距和活化水通过探测器所用时间计算出水的流速，再通过测井资料解释处理软件计算流量，确定小层水量及漏窜情况。

氧活化测井时，每次测量都包括一个短的活动期（一般1～10s），然后就是数据采集期（典型值为60s）。当水经过中子发生器周围时被快中子活化，被活化的水在流动过程中发生β－衰变，释放出6．13MeV的伽马射线；这样活化水流过4个不同源距的探测器时，便可以计算出活化水流过的时间，然后结合源距就可以计算水流速度。根据记录的时间谱用氧活化解释软件进行处理，求得水流从中子源流到探测器的时间tm，再由下式求得流量：

式中，Q为流量，m3／s；S′为水流通过的有效截面积，m2；L为探测器到中子管的距离，m；tm为水流从中子源流到探测器的时间，s。

水流从中子源流到探测器的时间tm为：

式中，ta是中子爆发时间宽度，s；f（t）是中子脉冲过后探测器计数率随时间变化函数；t为测量时间，s。

在已知流动截面面积的情况下，根据测井的实际情况，选择流体空间，利用软件即可计算出油管内、环空内、套管内的水流量。

2 应用情况

井况监测技术主要应用在油气水井作业大修时套损井的井况监测、油水井找漏找窜和油气水井的井况普查中。中原油田每年实施井况监测200多井次，为套损井的修复和井况防治提供了可靠的资料。

2．1 在作业大修井中的应用

卫2－35井是中原油田采油三厂的一口注水井，该井大修时井况复杂，经过一个月的作业后套铣至2491．0m遇阻，起出钻杆时带出岩石块，怀疑套管有破裂的地方。为防止发生仪器遇卡事故，通过带有打捞器的钻杆进行电磁探伤测井。电磁探伤仪通过钻杆下到2491．0m，从2491．0m处上测至井口。电磁探伤测井资料显示双层管柱接箍显示明显，在2472．0～2474．0m，套管平均壁厚减小至3．5mm，套管严重损伤，而其他井段的壁厚也有不同程度的减小（见图1（a）），说明套管在2472．0～2474．0m破裂。采油厂依据资料解释结果在2472．0m处开窗侧钻完井，及时恢复了该井正常生产。

2．2 在油水井找漏找窜中的应用

卫360－平X井是新投产的一口水平井，投产后日产液40m3，含水100%。该井2300．0m以下固井质量极差，在2700．0m下封隔器验套，25MPa下0．5h压力不降，说明2700．0m之上套管无漏失，怀疑有管外窜漏。用氧活化测井找窜，将油管管柱（喇叭口）下至1200．0m，氮气气举排液，在达到稳定流态后，从2300．0m开始，氧活化测井仪逐点下行，测试管外下水流。从水流时间图谱上分析，该井2548．0m以上无水流显示，2598．0m开始有管外下水流显示。而该井完井资料显示，在2587．0～2598．0m有一组水层，从2598．0～2963m的测试点一直有管外水流显示。根据定氮气气举氧活化测井测试结果采取封窜措施后，日产液稳定在16．5m3，日产油15．3m3，含水7%。取得了非常好的应用效果。

2．3 在井况普查中的应用

文10－88井是注水井，该井作业后正常注水2年，用电磁探伤测井对该井进行井况普查。测试时，泵压18．0MPa，油压8．7MPa，日注水量83．0m3，井口安装测试用高压防喷装置；电磁探伤仪器从油管内下入，测量井段为1488．0～2091．0m。资料解释成果分析显示：1693．0～1695．0m、1794．0～1796．0m等处套管有不同程度的腐蚀（见图1（b））。

图1 电磁探伤资料解释成果图

3 结 语

近几年来，中原油田的井况监测技术不断完善，为油气水井大修、分采分注和井况防治等提供了第一手资料，取得了良好效果。根据多年来井况监测的经验，建议在油气水井作业大修前进行多臂井径、电磁探伤和氧活化组合井况测试，检查套管是否有变形、腐蚀、窜槽、漏失等现象，为采取科学合理的修井措施提供技术资料；对正常生产的气井和注水井要用电磁探伤和氧活化测井进行井况普查，及时了解和掌握其井下管柱的技术状况，为实施科学的井况防治措施提供技术保障。

［1］何生厚．油气开采工程师手册［M］．北京：中国石化出版社，2006．

［2］杨树栋．采油工程［M］．北京：石油大学出版社，2001．

［编辑］ 龙 舟

TE358

A

1000－9752（2012）05－0135－04

2012－02－12

戴恩汉（1964－），男，1986年江汉石油学院毕业，高级工程师，现主要从事生产测井技术的研究工作。