張 立，徐 菲，郭 鑫，羅 慶，王曉敏

(中原油田分公司石油工程技術(shù)研究院 河南 濮陽 457001)

0 引 言

2008年普光主體投產(chǎn)前對31口開發(fā)井的生產(chǎn)套管進行了40臂井徑測井，測井結(jié)果表明29口井存在套管變形。隨著氣田開發(fā)深入，鹽膏層持續(xù)蠕變導致套管變形加劇，在近四年的連續(xù)油管作業(yè)過程中，先后發(fā)現(xiàn)6口井油管內(nèi)工具遇阻，其中某井Φ38 mm 的入井工具在4 625.5 m遇阻，說明油管受套管擠壓內(nèi)通徑減小，需要及時準確地掌握套管變形程度，評價套變速率，指導后續(xù)作業(yè)、修井、封井等措施實施，保障普光氣田安全高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[1-2]。

國內(nèi)外現(xiàn)有套管變形監(jiān)測測井技術(shù)主要包括電磁探傷測井和多臂井徑測井，其中多臂井徑測井為機械直接接觸式測井，通過展開的機械臂測量套管內(nèi)徑，無法透過油管監(jiān)測套管情況。常規(guī)電磁探傷技術(shù)適用于管柱壁厚和損傷情況檢測，尚不能對管柱的變形進行定量解釋評價[3-4]。普光氣田采用一體化永久式完井管柱，生產(chǎn)井無法直接采用多臂井徑測井評價套管變形情況，需過油管測試實現(xiàn)套變定量計算。目前僅有電磁探傷技術(shù)能夠透過油管反映套管的技術(shù)狀況。本文通過開展地面套變模擬試驗，利用地面試驗數(shù)據(jù)進行分析計算，創(chuàng)新地提出了一種用電磁探傷測井技術(shù)定量評價套變的解釋方法，實現(xiàn)較準確的套變定量計算，為普光氣田套變井的解釋評價提供技術(shù)支撐。

1 地面套變模擬試驗

電磁探傷可用于檢測套管變形，主要是利用電磁探傷儀檢測到的感應電動勢和管柱電磁特性及位置的相關(guān)性。在套變段，管柱和電磁探傷測試儀器位置發(fā)生改變，儀器接收到的感應電動勢相應發(fā)生變化。多臂井徑儀器通過直接測量方式測取管柱內(nèi)徑數(shù)據(jù)。測井時，電機拖動井徑儀器的測臂沿管柱內(nèi)壁運動，每個測臂對應一個無觸點位移傳感器。測量時，油、套管內(nèi)壁徑向變化產(chǎn)生的位移量通過傳感器轉(zhuǎn)換為軸向位移量，井下電路將其編碼并發(fā)送地面，完成井徑測井數(shù)據(jù)的錄取。井徑測量資料可用來檢查油、套管的變形、斷裂、孔眼、內(nèi)壁腐蝕等情況[5-6]。為了研究套管變形大小和電磁探傷數(shù)據(jù)曲線電動勢變化的關(guān)系，在普光現(xiàn)役14根套管上制作了不同套變類型及損傷模型，具體參數(shù)見表1。

表1 損傷套管模型數(shù)據(jù)表

將損傷套管連接成一串，在套管內(nèi)下入多臂井徑測井儀，錄取不同套管變形及損傷情況下的內(nèi)徑數(shù)據(jù)，并進行分析。套管串組合順序與單根套管的具體損傷情況及測試曲線如圖1所示。不同套管變形在井徑曲線上有明顯響應。套管彎曲變形時，多臂井徑180°對應的2條臂呈明顯的擴徑和縮徑特征，擠壓的套管內(nèi)徑越小,多臂井徑曲線響應越明顯。

圖1 損傷套管和完好套管組合管串井徑測試曲線圖

在損傷套管串中居中下入完好的鎳基合金油管組成雙層管柱，在雙層管柱中下入電磁探傷測井儀錄取試驗數(shù)據(jù)，并將電磁探傷數(shù)據(jù)曲線與多臂井徑曲線進行對比分析，電磁探傷曲線電動勢大小和套管內(nèi)徑大小成反比。當多臂井徑測量的內(nèi)徑值變小時，電磁探傷儀長軸探頭A的測試曲線(An1，An2，…，An9)，和橫向探頭B的測試曲線(BBn1,BBn2，…，BBn6)值變大,二者成反比，測試曲線如圖2所示。

圖2 電磁探傷電動勢與井徑測量值變化相關(guān)性分析

2 電磁探傷套變定量計算模型的建立

2.1 等效半徑概念

目前電磁探傷測井儀器采用基于電磁感應原理的渦流檢測方法，是瞬變電磁方法的一種。在一次場發(fā)射間隙，測量油、套管所產(chǎn)生的感應電磁場(二次場)隨時間的變化趨勢，從而計算出油、套管管壁情況及空間分布，原理示意圖如圖3所示。

圖3 電磁場感應原理示意圖

假設將油、套管感應區(qū)間分割為多個無限小的單元，感應的電磁總響應為這些單元所激發(fā)的電磁響應的積分。根據(jù)電磁場理論，每個單元所激發(fā)的電磁響應的幅值與距離的平方成反比。

基于電磁探傷感應電動勢測試原理，引入等效半徑的概念便于對套變進行定量計算。假設將套管橫截面S按照多臂儀器的測量臂數(shù)m，均分成m塊扇形區(qū)域，則：

(1)

式中：R1、R2…Rm為每塊扇形的半徑，mm。

由于儀器感應到的電動勢是整個套管橫截面S的各個微單元電磁響應電動勢的總和，其相當于以儀器軸心為圓心，半徑為R(h)的標準圓形套管截面所產(chǎn)生的感應電動勢，將R(h)設定為等效半徑[7-8]。而實際能準確知道井下套管內(nèi)徑的方法只有多臂井徑測井。為了將電磁探傷電動勢值與多臂測量值進行關(guān)聯(lián)計算，首先將多臂井徑的測量值轉(zhuǎn)換成等效半徑值，其理論計算公式為：

(2)

式中：Ri為當前深度多臂井徑測井儀單臂測量值， mm；m為儀器總臂數(shù)。

2.1 等效半徑計算模型

將地面套變模擬試驗中測得的電磁探傷感應電動勢進行歸一化處理：

(3)

式中：mean(U)為全段試驗套管測得的電動勢中值，mV;max(U(h))為當前深度最大電動勢值， mV。

分別將試驗套管多臂井徑數(shù)據(jù)進行等效半徑處理、電磁探傷的數(shù)據(jù)進行歸一化處理后，將數(shù)據(jù)進行二維數(shù)據(jù)圖形處理，發(fā)現(xiàn)V(h)和R(h)二者近似線性關(guān)系，對二者進行線性擬合計算，如圖4所示，得到計算公式：

y=-37.092x+ 116.64

R2=0.915 9

(4)

式中：x為歸一后的電動勢比值V(h)；y為多臂值計算出的等效半徑R(h)， mm。

然后采用線性擬合公式對歸一化處理后的某一段試驗套管電磁探傷數(shù)據(jù)進行計算，將計算后的數(shù)值曲線與該段試驗套管的多臂等效半徑曲線進行對比，驗證符合情況。經(jīng)驗證比較，試驗套管電磁探傷計算曲線與多臂等效半徑曲線最大絕對誤差為5.34 mm，最大相對誤差7.6%,二者具有較高的一致性，如圖5所示。

圖5 試驗套管電磁探傷計算值曲線與多臂等效半徑曲線對比圖

為減少人工計算量，提高解釋效率，在套變定量解釋模型的基礎上開發(fā)了解釋程序，直接加載LAS格式的測試數(shù)據(jù)，解釋程序?qū)?shù)據(jù)處理后可以成像顯示，如圖6所示，解釋結(jié)果可用EXCEL表格輸出。

圖6 解釋程序顯示界面圖

3 現(xiàn)場應用分析

A井是普光氣田的一口開發(fā)井，該井套管外徑為177.8 mm，壁厚為11.51 mm。2011年投產(chǎn)作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)套管變形，隨后對該井套變段進行了40臂井徑測試，發(fā)現(xiàn)套變段最小井徑為138.25 mm。該井完井管柱為“永久封+遇油膨脹封”的雙封完井管柱，油管為G3-125合金油管，外徑73 mm，壁厚5.51 mm 。2016年出于安全需要對該井實施封井。封井時，為了解該井的當前套變情況，在該井打撈前后分別采用24臂井徑、電磁探傷儀開展了井況檢測。利用套變定量計算程序?qū)υ摼驌魄半p層管柱條件下的電磁探傷數(shù)據(jù)進行了計算，得到了套管的等效內(nèi)徑值(等效半徑×2)，并與打撈管柱后的套管多臂井徑測量值進行了對比分析。通過對比發(fā)現(xiàn)，電磁探傷套變定量計算的內(nèi)徑偏大，絕對誤差范圍為-1.59～8.89 mm 、相對誤差范圍-1.15%～6.34%，數(shù)據(jù)見表2。

表2 套變定量解釋結(jié)果與井徑測試結(jié)果對比表

4 結(jié)論與建議

1)基于地面套變模擬試驗建立的電磁探傷套變定量計算模型，能夠較準確地評價井下套變程度，模型相對誤差小于10%，實現(xiàn)了在不動管柱條件下過油管套變定量評價。

2)在多層套管的測試條件下，對感應電動勢作歸一化處理時，應使用套變段附近盡可能長的未變形套管段的電動勢參數(shù)作為標準值。