电磁探伤与多臂井径组合测井的应用

宋立志 齐真真 孙小明 王 琴

(中国石化集团华北石油局测井公司 河南郑州)

电磁探伤与多臂井径组合测井的应用

宋立志 齐真真 孙小明 王 琴

(中国石化集团华北石油局测井公司 河南郑州)

套管的损伤对井内安全和油气层的影响作用很大,因此,套管损伤的检测显得十分重要。文章通过结合电磁探伤测井和多臂井径测井的运用,综合分析一口典型套损井的应用效果。

电磁探伤测井;56臂井径测井;典型套损井应用

0 引 言

套管完井是最常见和最普遍的完井方式,套管在井下承担着保护井眼、封固地层、放串和防塌等重要的任务。在井内的套管不可避免地受到不同方式和不同程度的伤害甚至损坏,一般包括机械损伤和电化学损伤两种[1]。

机械损伤分为由地质因素引起的损伤主要包括构造应力、层间滑动、蠕变、地层塑性流变、注水后引起地应力发生变化和断层活动等;由油气开采如注水、出砂等因素引起的损伤,包括油井注水可将可溶性地层溶解为孔洞,地层出砂也可以形成孔洞,导致上部盖层下塌;由管柱设计不合理因素引起的损伤,主要包括井眼质量、油套管层次与壁厚组合、管材选取和管体质量等的合理选取等等;由井下作业因素引起的损伤,主要有下套管时损坏套管、作业磨损、重复酸化、高压作业、试油掏空过大和射孔等。

电化学腐蚀损伤主要有:高矿化度的地层水、硫酸氢根、硫酸还原菌、硫化氢和CO2、CL-等电化学引起的腐蚀性损伤。

套管的严重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。

MID-K仪器是俄罗斯生产的进行多层套管伤害探测的测井方法,该技术利用电磁感应原理,探测金属(套管)含量的变化,达到探测套管厚度、套管腐蚀和多种类型的伤害。

多臂井径测井是通过多条测量臂来检查套管的变形、弯曲、断裂、孔眼、内壁腐蚀等情况。

1 方法原理简介

1.1 MID-K电磁探伤测井仪量原理

MID-K电磁探伤测井仪属于磁测井系列,其理论基础是法拉第电磁感应定律[2]。

仪器共有三个测量探头,包括一个纵向探头和两个横向探头。纵向探头是对套管沿轴向的伤害进行测量,横向探头对套管横切面上的损伤进行测量。测量的信息是感生电动势的衰减谱,对衰减谱进行采样得到多条不同延迟的曲线,不同时间与管柱的径向位置相对应。

MID-K测井仪分三个不同时间段对衰减谱进行放大,提高对管柱不同径向范围感应电动势的测量精度。

MID-K测井仪共记录了五个不同区间的感应电动势时间衰减谱,包括三个不同时间区间的纵向探测器探测的感应电动势衰减谱以及两个横向探测器探测的感应电动势衰减谱,由270条感生电动势曲线组成。

1.2 多臂井径仪测量原理

多臂井径仪工作原理由机械和电路两大部分组成。电动机拖动测量臂扶正臂的打开与收拢,井径仪在居中情况下进行测量。仪器的测量臂由弹簧支撑,沿套管内壁运动,测量臂随套管内臂变化而变化。每支测臂都对应一支无触点位移传感器,每个测臂的位移变化直接反映到相应的传感器上。将这些位移量处理、编码、传送到地面,由地面将其还原成像。多臂井径机械原理图如图1所示。

图1 多臂井径机械原理图

2 实例分析(宁深某井)[3、4]

2.1 基础数据

宁深某井位于宁夏回族自治区盐池县惠安堡镇,是一口区域探井。该井三开完井,目前二开钻完,已下套管,基本数据见表1。

表1 基本数据表

2.2 工程事件

2009年12月9日固完井,探到水泥塞塞面深3 572 m,扫水泥塞至3 802.13 m(3 801.84 m～3 802.13 m,段长0.29 m)时突然扭矩大、蹩跳钻严重、钻压不回,反复上提下放无效。10日起钻检查原因,起出的新HJ517G钻头后牙齿全部磨光,外径仅为207 mm,后捞出大量铁块。

2010年3月26日,使用215.9 mm牙轮钻头第一趟通井,正常下入至井深3 801.57 m。先后二次下入磨鞋、铣锥,在3 650 m同一处遇阻下不去。下2 15.9 mm牙轮钻头+原钻具通井,在井深3 650 m处有遇阻显示,经过短时活动通过到鱼顶。使用205 mm磨鞋磨铣,至井深3 801.57 m遇阻,即转动顶驱进行磨铣磨铣至井深3 802.22 m,进尺约0.6 m。

下入152 mm小钻头,对下部落鱼套管进行扫水泥塞 ,从3 842.39 m～3 844.27 m,扫塞困难,井段为1.88 m,之后扫塞正常,最终至井深3 957.94 m。

2.3 施工情况

测井时间为2010年4月2日。现场首先采用磁定位+重锤进行通井,在至3 804 m处遇阻,多次下放均在同一位置遇阻,上测磁定位曲线。然后采用五十六臂井径成像仪器下井,仪器在3 804.35 m处遇阻,后更换电磁探伤仪器入井,仪器下至3 883.30 m开始上提测井。

2.4 解释图谱与结论分析

2.4.1 3 640.00 m～3 646.00 m段

3 630.00 m～3 660.00 m段电磁探伤处理成果图如图2所示。图2中第一道为自然伽马曲线和温度曲线;第二道为近区-中区纵向探头的感生电动势曲线;第三道为中区-远区纵向探头的感生电动势曲线;第四道为为横向探头的感生电动势曲线;第五道为单层或双层管柱损伤成像图;第六道为套管标称壁厚(实际的套管壁厚)和测量的套管壁厚曲线。分析如下:

图2 3 630.00 m～3 660.00 m井段电磁探伤测井解释成果图

在3 640.00 m～3 646.60 m管柱近区的感生电动势曲线幅度强烈衰减,尤其是顶部的2 640 m～3 642 m和底部的3 646.4 m～3 646.6 m,远区呈锯齿状,横向探头感生电动势变化剧烈,谱图呈现钢材缺失的黑色,所计算的套管臂厚明显减薄。

3 640.00 m～3 650.00 m段56臂井径处理成果图如图3所示。第一道为最大、最小、平均井径和温度曲线,第二道为56条井径曲线,第三道为谱图,第四道为井眼包络图。左上角的小图为立体成像。

从3图可见,3 640.00 m～3 646.60 m井径曲线扭曲,整体变形,左上角3 641.50 m～3 641.80 m的立体成像图呈凹凸不平状,3 646.4 m～3 646.6 m的接箍顶部增大幅度超过接箍。套管井径值中该段最大井径值2 31.78 mm,最小值218.44 mm。

另外,从右上角2009.12.12所测的固井质量图上也可看出,3 640 m～3 642 m和3 646 m～3 646.7 m均出现磁定位曲线出现异常,可见早在固井质量测井之前,损伤就已经存在了。

2.4.2 3 802.00 m～3 804.00 m段

根据3 780.00 m～3 814.00 m井段电磁探伤处理成果图中发现在3 801.8 m～3 804.5 m套管近区的感生电动势曲线幅度强烈衰减,远区底部陡然下降,横向探头感生电动势变化剧烈,谱图呈现钢材缺失的黑色,所计算的套管臂厚明显减薄。特别是3 804 m处异常最为明显。

图3 3 640.00 m～3 650.00 m井段56臂井径测井解释成果图

再依据3 800.00 m～3 805.00 m段56臂井径处理成果图中可见,3 801.80 m～3 804.50 m井径曲线扭曲,右上角的3 802.30 m～3 802.60 m的立体成像图呈凹凸状。该段最大井径值217.86 mm,最小值为193.44 mm。

3 结 论

通过分析,获得以下认识:

(1)结合电磁探伤和56臂井径测井结果,可以得出以下结论:2 640 m～3 642 m破损,3 642 m～3 646. 4 m套管损伤变形,3 646.4 m～3 646.6 m接箍顶部破损;3 801.8 m～3 804.5 m损伤变形,尤其3 804.00 m处破损严重。

(2)利用电磁探伤测井能够对套管损伤进行检测,但厚度的变化是套管一周的平均值,无法清楚是否穿孔;多臂井径则确切给出了管柱的数值,对穿孔和变形识别较为准确,但其缺点是无法反映外层情况。另外,磁定位曲线也可以辅助判断套管损坏情况。

(3)两者配合使用可以互相印证,互为补充,效果较好。

[1] 王仲茂.油田油水井套管损坏的机理及防治[M].北京:石油工业出版社,1994

[2] 李 强等.MID-K电磁探伤成像测井仪在长庆油田的应用[J].测井技术,2007,31(4)

[3] 杨 龙.套管内壁磨损对其抗内压性能的影响[J].天然气工业,2003,23(6)

[4] 刘 丽.水力射孔对套管强度的影响研究[J].天然气工业,2006,26(8)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)05-0028-03

宋立志,女,1970年生,工程师,1991年毕业于中国地质大学勘察地球物理专业,现在中石化华北石油局测井公司研究所从事技术工作。邮编:450006

2010-06-05 编辑:梁保江)

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