油管内窥镜检测方法研究

严正国，胡 朋，汤 英，李 磊

（西安石油大学，陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安 710065）

目前中国在油气田开采开发的生产过程中，存在着两大方面的主要问题：一是随着全世界油气资源的长期开采与利用，大规模的油气田逐渐陷于枯竭的状态，探索新的油气资源难度越来越大。二是油气田随着开采时间的增加，油管长期在含油、气、水、聚合物等的复杂环境中工作，并承受液柱压力、摩擦力、交变载荷，导致其联接丝扣漏失、磨损、腐蚀、结垢，这些问题普遍存在并一直困扰着油田的生产。而油管的检测与修复成为重中之重的问题，针对这一问题，提出了油管检测的方法。由于传统的人工检测手段无法全面对油管内壁进行检测，更无法对油管内壁存在的问题进行一个准确的判断，给油管的修复工作带来了难度，成本和风险也随之变高。而油管内窥镜检测系统的研制旨在替代人工检测手段，对油管内壁可以实现全面检测，从而解决人工检测不全面的问题。另一方面，通过对油管内壁的检测，观看检测视频，对油管内壁有一个直观认识，从而进一步对油管内壁存在的问题进行定性的分析，为油管的修复提供可靠的依据，提高油管的修复质量，保证油井的作业质量，延长检泵周期，减少作业返工，降低作业费用。

1 油管检测方法

1.1 电磁探伤

瞬变电磁法套损检测是以瞬变电磁法为原理。瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods，TEM），是近年来比较成熟的一种电法勘探方法。瞬变电磁法的检测原理可概括为发射、电磁感应和接收这三个部分。

瞬变电磁检测装置中检测的探头有横向和纵向2种探头，每个探头的收发线圈一体，线圈是由线径不同的漆包线绕制而成的。通过给绕制在软磁铁芯上的发射线圈施加双极性／斜阶跃信号，在激励关断的间歇，接收线圈接收地层中呈指数衰减规律的二次涡流场，二次场主要来源于金属管柱、良导电矿体内的感应电流，其衰减的快慢与地层介质的电性参数、方位、构造有关。由于探测装置的发射和接收系统位于仪器内部，下放到套管中，而套管又是良导、磁体，所以在通过套管时若存在损伤或者地层中存在有导电异常体则接收的感应电动势信号会有急剧的变化，一般电导率高则产生的涡流强度大二次场强，通过对所接收的电动势信号进行分析和处理，提取与探测管柱相关的特征信息，来反演多层管柱的损伤类型和损伤定位，对套管的质量进行检测，能够准确多套管本体结构的老化及腐蚀等情况进行分析，此外，瞬变电磁法探测技术利用的是涡流扩散的时间域特性，二次场中包含了丰富的地层信息，早期时间对应的是浅层距离和高频信号，随着感应涡流的扩散，到了晚期二次场衰减则变缓，这时信号主要为低频分量，反映的则是较远处的地层信息，所以可根据时间扩散的早中晚不同时期来检测不同层位的管柱结构，为石油生产井多层管柱损伤检测提供实际依据。

1.2 超声波探伤

许多不同种类的超声成像，根据显示回波的方式和检测到的空间不同，可分为超声A扫描法、超声B扫描法、超声C扫描方法，三维成像方法和其他成像方法。本文利用脉冲反射法原理，旋转超声换能器向井壁发射一定速度的超声波波束，由于套管的厚度不同，所以接收到的反射波时间间隔和振幅值不同，基于反射波时间间隔不同和振幅值的大小，就可以判断套管的厚度和实际受损状。通过设计的硬件和软件，对检测到的发射波时间和振幅进行数据处理，最终得到套管壁的高分辨率成像图。

1.3 多臂井径成像技术

多臂井径成像测井系统由机电扶正臂、机电测量臂和测臂信号处理、数据编码传送和地面解码成像5大部分组成。仪器由机械和电路两大部分组成。基本工作原理是：由电机拖动测量臂、扶正臂的打开与收拢，仪器的测量臂由弹簧支撑，沿套管内壁运动，测量臂随套管内径变化而变化，当井壁有变形时，测臂随井壁的变形而张收，从而带动测杆的轴向移动；由于弹簧的作用使位移传感器测杆紧贴测量臂的端面，当测杆轴向移动时，测量臂作同步跟随运动。由于测杆的轴向移动使得位移传感器输出波形的峰值随之变化，这些变化量经编码后传回地面接收设备，由地面设备完成对全部数据的记录、处理。

井径仪成果图具有图形清晰、直观、彩色成像等优点。能计算出套管的最大内径、最小内径及平均内径；根据这些曲线数据经过软件处理，能描绘出套管内结构状况包络图和彩色成像显示图以及套管某测点的内径截面图。

1.4 总结

以上三种检测方法具有：检测灵明度高、可以对检测目标进行定量分析、对管子的内部可以进行检测、能同时检测多层管柱的特点，缺点是成本高，体积庞大、携带不方便、不好成像、不能准确描述问题的形状，而且对操作人员的要求比较高，检测结果不直观。但是我们的检测设备的应用环境是在井场，要求检测设备一定要满足轻量化，便携的要求，而且要操作简单，根据现场检测结果，无需专业人员解释，就能直观对油管存在的问题进行定性地分析。综合前面三种仪器设备特点，都不是解决这个问题的最佳方案，为此我们展开油管内窥镜的研究。

2 油管内窥镜检测方法研究

2.1 系统原理组成

油管内窥镜检测系统主要由探头、主控模块、光电编码器和控制面板四部分组成，如图1。

图1 油管内窥镜检测系统框图

探头主要对油管内壁的情况进行录取，将录取的视频通过主控模块进行处理之后在控制面板上进行显示；光电编码器主要是对摄像头进入油管的位置信息进行记录，为以后判断油管内壁问题的具体位置提供可靠的依据。

2.2 应用研究

为了验证该检测方法的实际应用效果，在长庆油田选取了两口井，对这两口井除垢后的油管进行检测，通过获取内管壁表面的视频数据，实现对管壁内表面腐蚀以及磨损的一个初步估计，为判断油管能否再次下井作业提供可靠的依据，同时验证了该检测方法的可行性。如图2所示，为除垢后的油管和现场照片。

图2 现场照片

2.3 实验结果分析

如图3所示，为检测结果图。

图3 检测结果图

图3a中红色圆圈位置为油管在长期使用过程中所出现的偏磨问题，根据图片能够直观的发现这个问题。图3b是在检测过程中发现结果较为严重的油管，通过图片。图3c是在检测未除垢油管的过程中所截取的图片。对比除垢的油管和未除垢的油管，一方面能检验除垢的一个效果，另一方面也能结垢的油管内壁有一个更清晰地认识，为以后判断油管是否存在结垢打下基础。图2d是对新油管的检测过程中截取的新油管内壁的图片，通过对新旧油管的一个对比，更容易判断腐蚀和偏磨问题.

3 总结

通过对油管内窥镜检测方法的研究与实验分析，一方面能科学准确指导油管检查更换，极大减少了“风险”油管的二次入井，同时降低了材料的浪费；另一方面，此检测方法代替了原来的人工检测，大大提高了检测的效率；其次，此检测方法检测结果直观，无需任何专业人员的解释，只需通过观看采集到的视频和图像信息，就可以对油管内壁存在的问题进行判断和分析，为下一步的措施提供可靠的依据。