电磁探伤原理及应用

俄罗斯MID-K电磁探伤测井仪原理及应用华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站2007年8月目录引言一、油气田气井油、套管损伤特征二、MID-K仪器简介三、仪器技术指标四、测井资料处理五、解释及应用六、结论及建议华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站引言在气井生产过程中，油、套管若出现严重腐蚀，没有及时发现并采取措施，其后果可能是非常严重的。和油井相比，对气井实施套损检查测井面临的问题是：在井内高温、高压，甚至含有害气体情况下，进行重新压井、起下油管、洗井、测井等等作业时，技术难度大，工作成本高，最重要的是面临很大的风险。如果可以在正常生产情况下，使用小直径的套损检测仪器，通过油管对油、套管柱的腐蚀情况进行检测，并获得具有较高精度的测量结果将可以解决以上问题。俄罗斯MID-K电磁探伤成像测井仪可以满足这些条件，可以检测多层管柱的管壁损伤情况。华北石油局数字测井站目录引言一、油气田气井油、套管损伤特征二、MID-K仪器简介三、仪器技术指标四、测井资料处理五、解释及应用华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站一、油气田气井油套管损伤特征油、套管损伤类型一、机械损伤①地质因素构造应力、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；②油气开采如注水、出砂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③管柱设计不合理因素井眼质量、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④井下作业因素下套管时损坏套管、作业磨损、重复酸化、高压作业、试油掏空过大和射孔二、电化学腐蚀损伤高矿化度的地层水、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。华北石油局数字测井站油管腐蚀形态各异（之一）TS12井油管腐蚀情况油管外壁腐蚀呈凹台、脓疮、园坑、槽状和片状脱落油管接箍腐蚀情况接箍端部腐蚀严重.有一半圆周腐蚀呈刀刃状,边缘有腐蚀穿透并脱落溃疡状腐蚀坑洼油管除在井口下0.2m处断落外，无穿孔、无严重的腐蚀坑洼现象，基本为均匀腐蚀。井口油管整齐断裂油管轻微腐蚀坑洼油管腐蚀形态各异（之二）华北石油局数字测井站G2井油管腐蚀严重,而且节箍破裂腐蚀严重井段在200~550米,以下为均匀腐蚀,但2590~2591米也腐蚀穿孔。腐蚀产物主要是硫化物。腐蚀油管外貌874m处节箍破裂237m腐蚀穿孔油管腐蚀形态各异（之三）华北石油局数字测井站腐蚀程度轻重不同（之一）油管本体腐蚀情况管体在862.1m处断落断口周围有长约110mm,宽60mm,坑深达3.0X4.5mm的密集坑槽带TS12井油管节箍腐蚀情况油管外壁腐蚀呈凹台、脓疮、园坑、槽状和片状脱落同一口井、同一种油管不同部位，其腐蚀程度截然不同。华北石油局数字测井站腐蚀程度轻重不同（之一）接箍边缘最薄处仅1.2mm腐蚀的蚀坑、蚀槽油管接箍腐蚀情况油管节箍腐蚀形貌同一种油管相同部位，其腐蚀程度截然不同。华北石油局数字测井站X1、X2井井下流体性质接近，但X1井油管腐蚀极为严重，而X2井油管未见明显腐蚀坑洼。同一种油管在不同井的腐蚀外貌X1井油管腐蚀得千疮百孔X2井油管未见肉眼可见的腐蚀坑洼腐蚀程度轻重不同（之三）华北石油局数字测井站成片脱落的浮锈油管表面有相连和不相连的孔洞人工可以轻轻折断腐蚀程度轻重不同（之四）华北石油局数字测井站断落油管腐蚀情况油管内外壁腐蚀特征迥然不同（之一）断裂油管内外壁腐蚀情况583.99m断落油管外壁呈溃疡状腐蚀坑洼油管内壁没有明显腐蚀华北石油局数字测井站该井油管430m以上腐蚀轻微，430~1165腐蚀严重，512.66米油管断落，1186.18m处拉断，下部油管堵塞严重，下面10根油管被堵死。油管节箍腐蚀减薄，腐蚀产物附在油管内壁腐蚀油管外貌油管外壁布满腐蚀坑洼，腐蚀产物与缓蚀剂板结在油管外壁油管内外壁腐蚀特征迥然不同（之二）华北石油局数字测井站油管内外壁结垢特征明显不同（之一）结成硬块的腐蚀产物华北石油局数字测井站油管内壁腐蚀形貌目录引言一、油气田气井油、套管损伤特征二、MID-K仪器简介三、仪器技术指标四、测井资料处理五、解释及应用华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站二、MID-K测井仪简介1、仪器结构包括一套数字式井下设备，两台扶正器；一套地面操作面板，带有一套电源和一套软件可与笔记本类型电脑联接使用，并可联入任何数字式野外测井设备。华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站1－上部扶正器；2－磁保护套；3－电子模块和伽马探头；4－纵向探测头A；5,6－横向探测头B、C；7－温度传感器；8－下部扶正器华北石油局数字测井站MID-K电磁探伤成像测井仪属于磁测井系列，其理论基础是电磁感应定律。给发射线圈通以直流电，在螺线管周围产生一个稳定磁场，这个稳恒磁场在油管和套管中产生感生电流。当断开直流电后，该感生电流在接收线圈中便产生一个随时间而衰减的感应电动势ε，即式中：ε为接收线圈的感应电动势；S为接收线圈总面积（S=KS1N，S1第一线圈面积、N为线圈匝数；K为磁滞常数）；Φ为磁通量；B为磁场强度。2、测量原理当一个磁探头制作完成之后，参数S便成为仪器常数。给发射线圈提供一个恒定的正直流脉冲，其幅度为3V，脉冲宽度和脉冲间隔都是138ms，在脉冲间隔时间段，接收线圈完成对ε的测量。在直流脉冲时间段内，仪器周围将产生一定强度的磁场强度，在套管或油管中所产生感生电流的大小是由套管或油管的形状、位置及其材料的电磁参数决定的，而直流脉冲之后接收线圈中的磁场强度B和磁通量变化率dΦ受感生电流大小的影响，因此，接受线圈中感生电动势ε是套管或油管的形状、位置及其材料电磁特性的函数。ε=f（T1、T2、……Tn、μ1、μ2、……μn、σ1、σ2、……σn、D1、D2、……Dn、t、Ex、K）华北石油局数字测井站为了提高测量精度，在井下仪器设计时，采用三个不同的硬件放大电路，对纵向探头A的接收线圈感生电动势ε时间衰减谱分三个不同的时间段进行放大采集，得到三个不同放大倍数的时间衰减谱(如图所示)，提高对管柱不同径向范围感应电动势的测量精度。A探头三层管柱感应电动势时间衰减谱MID-K测井仪共记录了五个金属管柱感应电动势时间衰减谱，包括三个不同放大倍数（放大系数分别为1、25、250）的纵向探测器探测的感应电动势时间衰减谱以及两个横向探测器探测的感应电动势时间衰减谱。纵向探测头A测量的是平行于管柱轴线方向管壁的感应电动势时间衰减谱，横向探测头B和C测量的是垂直于管柱轴线方向管壁的感应电动势时间衰减谱。在测量时，计算机地面系统分别按2.5ms的等时间间隔，分别对纵向探测器A、横向探测器B和C接收线圈产生的五个感应电动势时间衰减谱进行离散采样并将数据直接传输到地面系统并保存下来。华北石油局数字测井站MID-K测井仪的纵向探测器A的线圈截面直径、发射和接收线圈的线径、线圈的匝数等都大于横向探测器B和C的，故纵向探测器A探测范围要大得多。纵向探测器A主要用于：①探测1,2,3层管的管柱结构；②计算第1层管柱和第2层管柱的厚度；③探测纵向裂缝及套管断裂。而横向探测器B和C发射线圈产生的磁场强度弱，主要反映第一层金属管柱的损伤情况。横向探测器B,C主要用于：①探测横向损伤；②辅助探测及确定纵向裂缝及断裂；③确定损伤是“对称”还是“不对称的，在探测非对称性损伤时（纵向裂缝、横向裂缝、穿孔）时，损伤谱会有差别，因为每个探头所成图像因设备在井中的角度不同。华北石油局数字测井站3、仪器特点MID-K一次下井可获得276条曲线。其中次生感应电动势曲线270条，包括：纵向探头A记录3×54条共162条曲线、横向探头B、C各记录54条曲线。同时记录伽马、电流、测速、张力、两条井温共6条曲线。其中A的“近区”及B、C所记录的曲线，主要反映内层管柱的腐蚀情况；A的“中、远区”记录的曲线反映了中间及外层管柱的腐蚀情况。对于两层管柱，近区对应延迟1-15，中区对应15-31，远区对应31-54；对于一层管柱，近区对应延迟1-11，远区对应11-24。（由于管柱的钢级等条件的不同，此数值可以变化）目录引言一、油气田气井油、套管损伤特征二、MID-K仪器简介三、仪器技术指标四、测井资料处理五、解释及应用华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站三、仪器的主要技术指标（Φ42mm型）井下仪器外径：42mm带扶正器时仪器长度：2595mm最大工作压力：120Mpa最高工作温度：150°С探测横向损伤（横向裂缝）最小长度：1/6管柱周长探测纵向损伤（纵向裂缝）最小长度应为：对于2.5″单层管柱：30mm对于5.5″单层管柱：40mm通过油管测量5.5″套管：70mm穿过油管测量套管壁厚误差：1.5mm单层管柱壁厚测量相对误差：0.5mm仪器适用范围：测量管道直径：62mm~324mm(2.5~11inch)测量双层管柱壁厚合计最大值：25mm目录引言一、油气田气井油、套管损伤特征二、MID-K仪器简介三、仪器技术指标四、测井资料处理五、解释及应用华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站四、资料的处理DEVIZ-2007软件是专门用来对MID-K资料进行处理的解释软件，软件以数学模拟和迭代方法求解反演问题，可以在任何管柱结构的情况下,计算管子厚度,并校正管柱电磁结构变化带来的影响和检查管柱的偏心，自动分出一、二层管的缺陷，对两层管柱进行成像。根据纵向、横向探头记录的曲线特征，油管、套管的厚度特征及感生电动势衰减谱图特征，判断套管、油管损坏类型及程度。根据感生电动势衰减时间谱图，用模式识别技术获得套管、油管的厚度。资料处理时除了需输入270条次生感应电动势曲线外，还需掌握包括油套管外径、壁厚、钢级及下至井深等参数。电磁探伤测井资料处理可提供以下信息：管柱损坏情况、油管腐蚀情况、油管壁厚、套管壁厚、梯度井温等。MID-K电磁探伤成像测井仪能提供管柱内壁及外壁的损伤情况。目录引言一、油气田气井油、套管损伤特征二、MID-K仪器简介三、仪器技术指标四、测井资料处理五、解释及应用华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站目录五、解释及应用1、地面模拟装置测试2、大牛地5口井测井资料解释华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站1、地面模拟装置测试检验（1）本次在模拟装置测试分二步进行:a、1号油管和2号套管组合进行单独测试.b、1号油管和2号套管组合+3号套管和4号套管组合测试。（2）目的:第一次测试验证仪器在单层管柱的技术指标，第二次测试验证仪器在双层管柱的技术指标。华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站1号油管测试结果（1）7cm*0.2cm的纵向裂缝华北石油局数字测井站1号油管测试结果（2）6cm*0.2cm的斜裂缝华北石油局数字测井站1号油管测试结果（3）4cm*0.3cm的水平裂缝华北石油局数字测井站1号油管测试结果（4）1.2cm的孔华北石油局数字测井站2号套管单独测试结果（1）10cm*0.3cm的变形华北石油局数字测井站2号套管单独测试结果（2）7cm*0.02cm的纵向裂缝华北石油局数字测井站2号套管单独测试结果（3）4cm*0.02cm的水平裂缝华北石油局数字测井站1号油管和2号套管组合+3号套管和4号套管组合测试结果华北石油局数字测井站1号油管和2号套管组合测试结果（1）7cm*0.2cm的纵向裂缝华北石油局数字测井站1号油管和2号套管组合测试结果（2）6cm*0.2cm的斜裂缝华北石油局数字测井站1号油管和2号套管组合测试结果（3）4cm*0.3cm的水平裂缝华北石油局数字测井站1号油管和2号套管组合测试结果（4）7cm*0.02cm的纵向裂缝华北石油局数字测井站1号油管和2号套管组合测试结果（5）10cm*0.3cm的变形1.2cm的孔3号套管和4号表套组合测试结果（1）套管挫断套管接箍华北石油局数字测井站华北石油局数字测井站3号套管和4号表套组合测试结果（2）15cm*0.05cm的纵向裂缝华北石油局数字测井站3号套管和4号表套组合测试结果（3）12cm*2cm