超聲找漏測井技術(shù)及其應(yīng)用

林炳南

（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司 天津）

0 引言

一口典型的油氣井包含上千，甚至幾千個(gè)井下組件。在井下惡劣的條件下，任何一個(gè)組件，由于老化、受腐蝕、或者受擠壓，都有可能影響該井的正常生產(chǎn)，甚至出現(xiàn)停產(chǎn)。由于井的完整性原因?qū)е掠蜌饩茨苷Ｉa(chǎn)的原因很多，據(jù)OTM Consulting統(tǒng)計(jì)：油管失效41%，安全和控制系統(tǒng)故障20%，環(huán)空和層間竄20%，腐蝕變形14%，結(jié)蠟或結(jié)垢5%。

隨著完井技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)管柱的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。同時(shí)，隨著開發(fā)生產(chǎn)時(shí)間的推移，受到腐蝕、或者各種不同應(yīng)力的作用，油、套管壁以及連接處，井下組件（如封隔器、氣舉閥等）有可能出現(xiàn)泄漏。如果一口氣舉井的油管在氣舉閥深度之上出現(xiàn)泄漏，出現(xiàn)“U”型油管，將導(dǎo)致油壓增大、降低了氣舉的效果。如果由于封隔器或者油、套管泄漏，出現(xiàn)環(huán)空帶壓的現(xiàn)象，將致使氣井含水上升、采氣速度降低以及影響氣井的安全生產(chǎn)。

目前，多項(xiàng)常規(guī)技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于油、套管和封隔器泄漏的檢測。主要的測井方法有井下攝像、井溫+流量計(jì)組合測井、脈沖中子氧活化測水儀、井溫+噪聲組合測井等。但是，常規(guī)找漏技術(shù)均存在有局限性。常規(guī)的井溫+流量計(jì)組合測井，測量靈敏度不高，存在漏點(diǎn)測不到、或者測不全的風(fēng)險(xiǎn)。只有當(dāng)泄漏量大于0.2桶/分鐘[1]（31.8升/分鐘）時(shí)，井溫+流量計(jì)組合測井才能檢測到泄漏。超聲找漏測井技術(shù)能夠精準(zhǔn)地定位泄漏源，泄漏量可以微小至0.02升/分鐘[2]。

1 超聲找漏測井原理

超聲找漏測井儀是根據(jù)高頻率超聲波原理設(shè)計(jì)制成。當(dāng)流體（液體或氣體）通過阻流位置從高壓區(qū)流向低壓區(qū)時(shí)，流體快速膨脹并出現(xiàn)紊流現(xiàn)象。流體發(fā)生紊流時(shí)，能夠產(chǎn)生不同頻段的超聲波。超聲波信號(hào)強(qiáng)度，從聲源向外快速地減弱，因而泄漏源的位置能夠被精準(zhǔn)地定位至幾英寸的誤差范圍內(nèi)[3]。

超聲測井儀的底部裝配有一個(gè)壓電傳感器。當(dāng)接收到超聲波信號(hào)時(shí)，壓電晶體產(chǎn)生與超聲波強(qiáng)度成正比例的低壓模擬信號(hào)。由于紊流產(chǎn)生的超聲波能量非常低，因此壓電晶體產(chǎn)生的電壓非常微弱。微弱的模擬信號(hào)放大后，被傳到數(shù)字信號(hào)處理器。數(shù)字信號(hào)處理器裝配有大容量的閃存隨機(jī)存取存貯器，運(yùn)行著一系列的模塊化信號(hào)處理程序，過濾了由機(jī)械或者其它干擾產(chǎn)生的噪音，保留著由泄漏產(chǎn)生的超聲波信號(hào)。全數(shù)字化的信號(hào)，通過電纜遙傳至地面采集系統(tǒng)，或者把信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器串頂部存儲(chǔ)短節(jié)。

當(dāng)超聲測井儀經(jīng)過泄漏源位置時(shí)，壓電傳感器將捕獲該超聲波信號(hào)。捕捉到的信號(hào)被設(shè)置成2個(gè)頻段：低頻段（WLDA1）和高頻段（WLDB1），1個(gè)重疊的頻段WLDC1（WLDA1+WLDB1）。信號(hào)的強(qiáng)度被處理成無量綱的數(shù)值后，顯示在測井圖上。當(dāng)儀器經(jīng)過被激活的漏點(diǎn)時(shí)，測井曲線上的值在該深度附近急劇增加，形成陡峰，峰頂精確地指示泄漏源位置的深度。

2 礦場應(yīng)用

目前，國內(nèi)油、套管和井下組件檢漏作業(yè)中，較多地應(yīng)用常規(guī)測井和機(jī)械檢測技術(shù)。本文引用國外兩個(gè)超聲測井找漏的例子，詳細(xì)介紹施工和資料分析過程，期望能夠給國內(nèi)同行提供某些借鑒。

2.1 Qurhoud油田A井

該井是一口注水井，2004年7月完井，注水壓力3000PSI。環(huán)空的套壓與注水壓力相同，懷疑5-1/2油管存在泄漏。為了尋找泄漏源，對(duì)該井進(jìn)行電纜直讀超聲找漏測井作業(yè)。儀器串組合為：電纜頭+導(dǎo)芯加重桿+萬向節(jié)+遙傳短節(jié)+接箍磁定位儀+扶正器+溫度計(jì)+扶正器+超聲測井儀。

在超聲測井儀入井過程中，注水壓力3056PSI，環(huán)空泄壓，激活油套之間的泄漏，環(huán)空壓力150PSI。從井口往下進(jìn)行測線，發(fā)現(xiàn)8處泄漏，分別位于66.3 m、913.2m、1997.5 m、2468 .5 m、2478 .3 m、2488 m、2497 .5 m和2506 .6 m。圖1是漏點(diǎn)1997 .5 m超聲測井曲線，峰頂精確地指示漏點(diǎn)位置的深度，位于油管71#和70#之間的接箍，但是溫度曲線沒有泄漏特征顯示[4]。

圖1 測線超聲測井曲線

儀器上提至每一個(gè)泄漏點(diǎn)的位置，進(jìn)行點(diǎn)測漏失點(diǎn)驗(yàn)證。以1997 .5 m漏點(diǎn)為例，介紹漏點(diǎn)驗(yàn)證的施工過程。圖2是漏點(diǎn)驗(yàn)證超聲測井曲線，保持注水壓力3155PSI，關(guān)閉套管泄壓閥，環(huán)空壓力分別上升至105PSI、1127PSI。關(guān)閉套管泄壓閥后，隨著油管泄漏速度的減小，超聲波強(qiáng)度也隨著減弱，測井曲線的峰值減小。環(huán)空再次放壓，泄漏速度增大，超聲波強(qiáng)度再次增強(qiáng)，測井曲線的峰值增大[5]。

圖2 漏點(diǎn)驗(yàn)證超聲測井曲線

2.2 NorthSea油田B井

該井為一口氣舉生產(chǎn)井，井下有7個(gè)氣舉閥。油套之間環(huán)空帶壓，大于允許的最大壓力。懷疑氣舉閥存在泄漏。油公司初步分析，泄漏點(diǎn)可能發(fā)生在氣舉閥。在實(shí)施最有效的補(bǔ)救措施之前，必須確定泄漏源的位置以及泄漏的原因，以便采取措施。對(duì)該井進(jìn)行鋼絲存儲(chǔ)式超聲測井作業(yè)。

第一趟下入超聲測井儀，從井口往下測線，發(fā)現(xiàn)有2處泄漏，分別位于2264ft（1ft＝304.8cm）油管連接處和4944ft氣舉閥。圖3是漏點(diǎn)2264ft超聲測井曲線，峰頂精確地指示油管漏點(diǎn)位置的深度，溫度曲線出現(xiàn)負(fù)異常，與超聲測井曲線相互驗(yàn)證。圖4是漏點(diǎn)4944 ft超聲測井曲線，峰頂精確地指示漏點(diǎn)位置處于氣舉閥，但是溫度曲線沒有泄漏特征顯示。

圖3 油管泄漏超聲測井曲線

圖4 氣舉閥泄漏超聲測井曲線

鋼絲作業(yè)，更換4944 ft氣舉閥。第二趟下入超聲測井儀，點(diǎn)測。4944 ft深度氣舉閥漏點(diǎn)驗(yàn)證超聲測井曲線沒有出現(xiàn)泄漏特征。鋼絲作業(yè)，投跨隔式可重復(fù)坐封封隔器于2264 ft油管泄漏處。由于封隔器內(nèi)徑小，生產(chǎn)管柱存在變徑，無法下入超聲測井儀驗(yàn)證封隔器的密封效果。通過地面檢驗(yàn)，確認(rèn)更換氣舉閥和投跨隔式可重復(fù)坐封封隔器的補(bǔ)救措施有效之后，交井，生產(chǎn)部門恢復(fù)生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

超聲測井找漏，必須通過調(diào)節(jié)井口或者環(huán)空的壓力，激活或者減少泄漏，使流體（液體或氣體）流過阻流位置產(chǎn)生超聲波，儀器才能探測到泄漏或者管外竄。儀器探測到的超聲波能量尖峰準(zhǔn)確地處于泄漏源的位置，這種特定的響應(yīng)非常直觀地識(shí)別漏點(diǎn)。

超聲找漏測井靈敏度高，可以精準(zhǔn)地定位泄漏量微小至0.02升/分鐘的泄漏源位置。儀器在油管中，同樣可以探測到第二環(huán)空的泄漏源位置，或者套管之外的管外竄。與常規(guī)檢測技術(shù)相比，超聲找漏測井技術(shù)的局限性小，具有推廣和應(yīng)用的前景。

[1]J.Y.Julian，T.W.Cahalane，D.A.Cismoski，P.E.，et al.Rigless Tubing Repair Using Permanent and Retrievable Patches at Prudhoe Bay，Alaska[J].2006，SPE-104055.

[2]Dr.FathiShnaib，PeterBeaumont-Smith，and TonyeAlagba，et al.Utilization of Acoustic Logging Technology to Identify Failed Barriers in Offshore Wells[J].2008，SPE-117182-PP.

[3]Vita Omelka，Well Leak Detector Final Report[Z].2010

[4]陳慶波，戴宇剛，陳慶新.噪聲、井溫組合測井資料在薩北油田找漏、找竄方面的應(yīng)用［J］.石油儀器，2007，21（4）

[5]鄭友志，佘朝毅，馬發(fā)明，等.高頻超聲波測漏技術(shù)在LG-氣井的應(yīng)用［J］.測井技術(shù)，2011，35（1）