套管工程监测测井

磁测井

背景：应用声波电视技术还不能解决套管外壁的腐蚀问题，而磁测井或套管厚度分析测井资料结合起来，就能够解决套管内、外腐蚀的问题。作用：确定套管的平均直径、蚀坑深度及面积，套管破裂、蚀坑是在套管外部或在内壁，套管壁厚等。仪器：德莱赛——垂直测井仪(Vertilog)——磁测井仪（测套管壁厚)斯仑贝谢——套管分析仪(PAT)——多频电磁测厚仪(METT，测套管壁厚)1上扶正器2伽马探头3井温探头4下扶正器5短轴探头6横向探头7长轴探头外径：42mm

适应管柱直径：63-324mm

适应管柱厚度：3-12mm

厚度测量误差：0.5mm(单套)1.5mm（双套）横向裂缝分辨率：管柱周长的1/3（内层管柱）电磁探伤测井仪技术指标套管分析仪(PAT)

PAT测量的两个基本物理量:磁通泄漏和涡流畸变利用测量磁漏确定套管蚀斑方法：仪器沿钢板一表面移动，只要钢板有蚀斑，就可测到感应电流，无蚀斑时，则无感应电流产生。将磁极放近钢板时->钢板表面或外表面有蚀坑->磁力线发生弯曲异常（即磁漏）->以恒速沿平行于钢板表面的磁力线方向移动线圈->在通过磁漏位置(即蚀斑位置)时，->线圈切割的磁力线数目减少->产生感应电流。PAT测量的第一个基本物理量原理：分析：磁漏的数量与蚀斑的大小、深浅有关。若蚀斑越大->漏磁量越大->感应电动势也越大但不能反映蚀斑在哪一面缺陷：只能知道蚀斑是否存在，无法判断在内壁或外壁。利用测量磁漏确定套管蚀斑PAT测量的第一个基本物理量原理：

通以高频交流电的供电线圈建立一次磁场－>在钢板中引起涡流－>

此涡流：

(1)建立二次磁场(总的磁场强度是二个磁场矢量叠加)(2)近于趋肤效应，所以，在钢板外侧的蚀坑对涡流无影响，而内侧的蚀坑会使涡流强度降低－>总的磁场强度就会增加－>测量线圈中的感生电压降低。利用测量涡流畸变判断套管内外蚀斑PAT测量的第二个基本物理量背景：为判断蚀斑是在管内壁或外壁，设计了第二个测量物理量——测量涡流畸变方法：在靠近钢板表面置一供电线圈（通以高频交流电）在供电线圈和钢板之间置一测量线圈（则此线圈中感生电压的大小就代表总磁场强度的大小）测量测量线圈中的电压变化。说明：钢板里面的孔、洞对测量电压是否有影响，则视与表面的距离而决定。确定套管（钢板）上的蚀斑是否存在确定蚀斑处于套管的内壁或外壁测量线圈测量感生电流有蚀斑磁力线弯曲（磁漏）磁极（磁铁）磁力线测量线圈（在供电线圈与钢板中间）测量感生电压供电线圈（高频交流电）产生一次磁场在钢板中形成涡流产生二次磁场钢板内壁蚀斑涡流畸变总磁场增感生电压降在刻度井中电磁探伤测井仪对套管裂缝的响应模型纵缝横缝斜缝电磁探伤测井实例电磁探伤测井实例ABA1井为大修井，起油管后，通过X-Y井径测井发现有两处变形A、B。用电磁探伤仪检测发现，A、B两处套管严重损坏，特别是A处套管漏液。电磁探伤测井实例电磁探伤测井可在油管中检测套管损坏管柱图定性分析定量分析油管壁厚套管壁厚套管损坏套管严重损坏电磁探伤测井实例

A2为一口配注井，为了解井下套管的破损情况，在油管内进行了电磁探伤测井，结果发现该井多处套管变形，但没有发现套管破裂现象，因此，采油厂没有对该井进行起油管作业就重新投入生产。AB电磁探伤测井实例第二道和第三道分别为上、下两组测量最大值的曲线。第一道为放大曲线。如果幅度偏转较大，则可能腐蚀较深或已蚀穿。730米—765米的井段，腐蚀最为严重。

在双套管串中，只能定性解释，要与METT结合使用在严重腐蚀的套管井中的PAT测井曲线利用电磁探伤测井和井径测井综合检测套管结垢工程测井多种资料用于区分套管变形与结垢井温噪声磁定位流量井径井径、噪声/井温测井指导修井等作业、检测施工效果

仪器测量原理图如图所示GCT测量原理连续测斜仪一、仪器结构

三自由度陀螺仪示意图二、陀螺仪陀螺仪是连续测斜仪的关键单元，三自由度陀螺仪结构如图所示。框架上的圆盘高速旋转，并可以在任意位置移动，但陀螺仪的旋转轴保持固定，中心圆盘的高速旋转能使陀螺仪轴指向一个固定的方向，该方向为连续测斜仪的参考方向。当外力（地球自转和机械不平衡）对陀螺仪的圆盘施加一个力矩时，陀螺仪圆盘沿与施加力矩成90度的方向运动，并开始进行进动运动，通过测量进动速度确定该力距的大小。它有三个自由轴，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴，陀螺电机绕Ⅲ轴以2150r/min逆时针高速旋转，同时内框架可绕Ⅱ轴转动。外框架也可绕Ⅰ轴转动，三个轴互相垂直并交于一点，这一点正是陀螺的重心，这样陀螺的自重就不至于在各轴上产生重力矩，从而保证其定轴特性。连续测斜仪在测井前的车间刻度包括以下两个方面：

(1)、测量加速计和陀螺仪的增益和截距；

(2)、测量陀螺仪的质量不平衡、气体动力摩擦以及旋转轴与加速度计

X轴之间的共线误差等陀螺仪的缺陷。在测井现场进行的刻度包括：

(1)、对陀螺轴定位并使它指向正北；

(2)、在选定的方向上对陀螺轴定位；

(3)、必须计算校正量以对地球自转效应进行补偿。三、刻度及现场测量测井仪经刻度后，把仪器下井并开始测井，下测和上测过程中记录测井曲线，用闭合度对上下测曲线进行对比。闭合度小就说明测井质量好，上测与下测的井筒轨迹、井斜以及井筒变化率的重复性好。现场测井完成后，资料处理计算顺序如下：

(1)、用刻度数据和纬度计算地球的自转分量，由此把陀螺仪保持在地球基准面的一个固定方向上；

(2)、使用上测和下测的张力值计算电缆的拉伸长度和校正后的深度；

(3)、使用刻度数据校正机械缺陷。使用加速度计测井数据计算井斜、方位和深度数据。并由此给出井筒的轨迹。三、刻度及现场测量连续测斜仪的成果显示如表所示，表中包括深度、北向偏移、东向偏移，井眼狗腿程度、方位及井斜。成果下部输入数据为输入参数。四、应用实例每个放射性标志物中有一个100mCi的Cs137放射性源，它发射663KeV的单能伽马射线。利用发射孔枪把这些标志物射进地层，射入深度较大，以便不受套管/水泥系统的影响，但也不能太深，太深了FSMT探测不出清晰的放射性脉冲。FSMT测井仪示意图沉降监测测井一、测量原理测井示意图：若地层无沉降，则两个测量峰值在同一深度上，地层沉降后两个放射性尖峰不再重合。双探测器测井仪的理想情形二、双探测器测井仪四探测测井仪测量有两个主要优点：一是对每对放射性标志物的间距进行四次独立的测量；二是探测器间的距离可近似等于放射性标志物之间的间距，可以降低仪器和电缆不均匀运动而引起的测量误差。四探测器测井仪测井的正常情况三、四探测器测井仪磁性定位器属于磁测井系列，主要用于深度控制确定井下工具的下入深度，在定位、射孔中应用广泛。磁性定位器的核心是一对磁极相对的磁钢和线圈。磁性定位器测得的信号如图中所示（套管接箍），磁定位器通常分为两种，一种是过油管定位器，外径为25mm；另一种外径为64mm，主要用于在套管中的测量。磁性定位器结构及工作示意图其它工程测井一、磁性定位器接箍处磁力线发生变化，通过线圈的磁通量发生变化产生感生电动势卡点指示器的基本原理是以硬磁性材料在弹性变形时退磁的性质为基础的。井下仪器由磁性定位器和注磁线圈组成，下接一引爆装置，以便测出卡点后立即引爆。测井前，把仪器下到预计被卡的井段内，首先测一条管柱结构基线。第二次下井，在每根钻杆接箍之间注磁，做上一个磁记号，并在该井段记录第二条注磁曲线。之后给钻杆加以最大允许拉力或扭转力，使钻杆产生弹性变形，然后在该井段再次测量得到第三条曲线（消磁曲线）。将三次测量曲线进行对比，即可判断被卡的深度，被卡井段的钻杆信号保持不变，未卡井段信号消失或大大减小。

A为原始接箍信号，B为注磁信号，从第三条曲线中可以确定卡点位置在1978m处。卡点指示曲线示意图二、卡点指示器人为向井中注入放射性同位素，注入前后分别进行伽马测井，并对测井结果进行对比，就可以检查出窜流的位置。注水井定时法探测串槽测井的实例:a、c、e、h显示同位素随注入水在套管中向下流动的情形。i、m、e异常位置的稳定读数可知:进入3号砂层的活化水，一部分向地层深部渗流，这时由f、j、n、v:显示窜流过程为一部分沿水泥环向上窜到4号砂层中去了。

l、p：该井射孔底部是2号砂层，但由异常可见注入水沿射孔孔眼流进水泥环后向下窜入1号砂层；2号砂层对应位置没见到放射性异常，说明该2号层不吸水。b、d、g、k:油管出口出由于涡流使一部分同位素示踪剂残积下来所致。测井示意图三、放射性示踪管外流动探测四、出砂检测出砂的主要原因1注入水或地层水使胶结物被溶解或是被约束在砂子周围的水膜中的水被释放；2油层压力降低改变了上覆地层压力由此影响粒间的胶结，3拖曳力增大拉动砂子产出。由于出砂后的自然伽马曲线强度小于出砂前的强度，因此出砂前后所测的自然伽马曲线将出现幅度差，幅度差越大，说明出砂越严重。四、出砂检测1.自然伽马测井法目前，检查出砂、防砂效果的方法有：地层出砂后，形成孔隙和孔穴，说明套管与地层胶结变差，如果进行声幅测井，则会发现套管波幅度变大而地层波