淺談套損檢測(cè)新技術(shù)

陳露

摘 要：油氣開(kāi)采中，需要用到大量的套管，套管的運(yùn)行質(zhì)量直接影響油氣井的生產(chǎn)量和安全性。套管運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，很容易出現(xiàn)各種缺陷，需要利用檢測(cè)儀器進(jìn)行及時(shí)有效的檢測(cè)，為安全預(yù)防工作提供參考。

關(guān)鍵詞：套管；缺陷；檢測(cè)

套管在油水井作業(yè)中占據(jù)重要地位，然而套管運(yùn)行期間受地質(zhì)因素、工程因素、流體介質(zhì)等多種因素的影響，導(dǎo)致套管很容易出現(xiàn)裂縫、孔洞、變形、縮徑和錯(cuò)斷等多種缺陷，因此被稱為套損井。套管一旦出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)影響油水井的注水效果，進(jìn)而降低產(chǎn)量，縮短油井使用壽命，甚至?xí)l(fā)其他質(zhì)量事故。

套損檢測(cè)是指采用一定的技術(shù)手段，對(duì)套管的直徑、壁厚、變形、腐蝕、孔洞和斷裂等狀況進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷油水井的工作狀況，為后期的防護(hù)措施提供準(zhǔn)確參考。目前常用的套損檢測(cè)技術(shù)有超聲波檢測(cè)技術(shù)、機(jī)械井徑檢測(cè)技術(shù)、電磁檢測(cè)技術(shù)、放射性同位素檢測(cè)技術(shù)等，本文將對(duì)部分檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析：

1 超聲檢測(cè)技術(shù)

1.1 原理分析 超聲波檢測(cè)技術(shù)用到的儀器有超聲波電視或超聲波成像儀，該法主要是利用超聲波反射原理進(jìn)行檢測(cè)。井下儀器在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)掃描，并能發(fā)射和接收脈沖式超聲波，一旦套管出現(xiàn)異常，回波信號(hào)的幅度和傳播時(shí)間將受到很大影響，經(jīng)放大后回傳到井上，然后利用計(jì)算機(jī)處理成像，通過(guò)2D或者3D的方式顯示套管的縱橫界面圖、時(shí)間圖、幅度圖以及立體圖，能對(duì)套管的內(nèi)腐蝕、變形和錯(cuò)斷進(jìn)行直觀反應(yīng)。

1.2 應(yīng)用舉例 以西方阿特拉斯公司數(shù)字聲波井周成像測(cè)井儀來(lái)說(shuō)，儀器對(duì)套管掃描時(shí)采取脈沖回波的形式，在掃描過(guò)程中記錄波幅度、回波時(shí)間等數(shù)據(jù)信息，據(jù)此可對(duì)套管的變形位置、斷裂位置或射孔位置進(jìn)行確定，但對(duì)大井眼的成像效果較差；除此之外，還有哈利波頓公司和斯倫貝謝公司的成像儀，不同品牌的成像儀具有的優(yōu)勢(shì)不同，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體情況，科學(xué)選擇成像儀，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2 機(jī)械井徑檢測(cè)技術(shù)

2.1 原理分析 機(jī)械井徑檢測(cè)屬于接觸式測(cè)量技術(shù)，測(cè)試時(shí)，測(cè)量臂與套管內(nèi)壁接觸，通過(guò)測(cè)量臂徑向位移的情況反映套管內(nèi)經(jīng)的變化情況，然后利用測(cè)量臂的內(nèi)部機(jī)械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，使徑向位移轉(zhuǎn)為推桿的垂直位移。套管內(nèi)徑若發(fā)生異常，就會(huì)導(dǎo)致連桿滑鍵在可變電阻上移動(dòng)，使電位信號(hào)發(fā)生變化，將信號(hào)放大后傳輸給地面設(shè)備，地面儀器將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的井徑值和曲線，從而對(duì)套管的腐蝕類型和腐蝕程度進(jìn)行判斷。

2.2 儀器分析 機(jī)械井徑檢測(cè)儀器種類較多，常用的有X-Y井徑儀、微井徑儀；從測(cè)量臂數(shù)目來(lái)看，有8臂、18臂、38臂、40臂和60臂井徑儀。X-Y井徑儀只能利用4支臂對(duì)井內(nèi)兩條互相垂直的曲線進(jìn)行定性分析，無(wú)法對(duì)套管內(nèi)的腐蝕問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量誤差在±2mm；微井徑儀可利用4支臂測(cè)量井徑兩條互相垂直的直徑，然后求平均值，以此確定接箍深度、變形部位和射孔質(zhì)量，分辨率能達(dá)到1mm，測(cè)量精度可控制在±1mm內(nèi)；8臂井徑儀測(cè)量四條井徑曲線，但測(cè)量縮徑在26mm以內(nèi)的套管時(shí)，會(huì)遇到阻礙，且很容易出現(xiàn)漏測(cè)；40臂井徑儀能對(duì)套管內(nèi)壁腐蝕、破裂和變形情況進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，但同樣面臨變形套管阻礙問(wèn)題，降低測(cè)量的成功率；36臂和60臂井徑儀能對(duì)最小井徑值和最大井徑值進(jìn)行記錄，可繪制6條曲線，能對(duì)套管的內(nèi)壁腐蝕、剩余壁厚、斷裂以及變形問(wèn)題進(jìn)檢測(cè)。不同檢測(cè)儀器均有其自身限制，將不同檢測(cè)儀器進(jìn)行集成，采用組合檢測(cè)儀器，可提高檢測(cè)精度和準(zhǔn)確率，拓展儀器服務(wù)范圍。

2.3 技術(shù)評(píng)價(jià)

機(jī)械井徑檢測(cè)法測(cè)量精度較高，可對(duì)垂直管道的內(nèi)壁腐蝕進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，還能利用專業(yè)設(shè)備將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D圖像，便于檢測(cè)人員對(duì)故障進(jìn)行快速判斷。不足之處是儀器測(cè)量臂較多，可能會(huì)在套管變形部位出現(xiàn)刮砂或遇卡現(xiàn)象；若測(cè)量臂過(guò)少，就容易出現(xiàn)漏測(cè)現(xiàn)象，降低檢測(cè)工作的可靠性；除此之外，機(jī)械井徑檢測(cè)技術(shù)只能對(duì)套管內(nèi)壁進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法對(duì)外壁腐蝕或損傷進(jìn)行判斷，需要結(jié)合其他檢測(cè)方法使用。

3 電磁檢測(cè)法

3.1 原理分析 第一，漏磁檢測(cè)是利用強(qiáng)磁場(chǎng)將套管進(jìn)行磁化，若套管存在損傷就會(huì)改變管道中的磁場(chǎng)分布，導(dǎo)致內(nèi)部磁力線逸出，從而形成漏磁場(chǎng)；而套管磁通密度大小和變化情況可利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，并據(jù)此對(duì)套管的腐蝕情況進(jìn)行判斷。第二，常規(guī)渦流檢測(cè)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用發(fā)射線圈產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，然后再套管臂上形成環(huán)狀渦流；若套管存在缺陷，就會(huì)影響感應(yīng)電流的流經(jīng)途徑，同時(shí)線圈的阻值也會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)載流線圈的抗阻變化就能對(duì)套管缺陷狀況進(jìn)行判斷。常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)能對(duì)套管大規(guī)模腐蝕、垂直裂縫、孔以及其他缺陷進(jìn)行檢測(cè)，但無(wú)法檢測(cè)管道外表面缺陷，若與漏磁檢測(cè)法聯(lián)合使用，可有效減少檢測(cè)盲區(qū)。第三，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)是在距離激勵(lì)線圈2倍管內(nèi)徑以外的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行檢測(cè)的一種方法，原理是：場(chǎng)強(qiáng)隨著兩線圈間距的增大而不斷衰減，但衰減的趨勢(shì)越來(lái)越緩慢，存在第二種能量傳遞方式。能量傳遞途徑中若存在缺陷，就能導(dǎo)致線圈中信號(hào)幅值和相位發(fā)生變化，對(duì)檢測(cè)線圈中的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小及相移進(jìn)行檢測(cè)，就能獲取套管腐蝕或缺陷的相關(guān)信息。該法檢測(cè)范圍受限，只能對(duì)深度大于1mm，寬度多于0.1mm的裂紋進(jìn)行測(cè)量。

3.2 儀器分析 利用電磁法進(jìn)行套損檢測(cè)的儀器較多，而且隨著科技的不斷進(jìn)步，新型儀器也開(kāi)始不斷出現(xiàn)，如斯倫貝謝的PAT、英國(guó)的Sonder套管成像儀MTT、電磁探傷測(cè)井儀（EMDS-TM）等。電磁測(cè)井儀是唯一能對(duì)多層套管的損傷進(jìn)行探測(cè)的一種儀器，已經(jīng)在管道安全評(píng)估、維護(hù)、維修及更換領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以電磁探傷測(cè)井儀（EMDS-TM）為例，該儀器抗干擾能力較強(qiáng)，可免收泥漿、管壁結(jié)蠟、水泥沉積物等外界因素的影響；但無(wú)法對(duì)套管的變形情況進(jìn)行定量分析，也無(wú)法對(duì)套管內(nèi)外腐蝕進(jìn)行判斷，需要與多臂井徑測(cè)量?jī)x器組合使用，獲取井下套管的全面信息。

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