电磁探伤测井方法及在套管损坏检查中的应用刘继生谢荣华张月秋曾桂红（人庆汕III有限责任公司测试技术服务分公司）摘 要 由于套管受到外力、化学腐蚀等因素的作用而引起套管变形、损坏，玄接影响油田油、气产量 和注水效果及油、水井的使用寿命随着各汕田套损井数逐年增多，套管损坏状况检查及预防已成为汕田开 发过程中的重点工作本文介绍了测试技术服务分公司引进的可过汕管检查套管损坏的电磁探伤测井仪 OMAC-TM）的工作原理、结构及功能特点，分析电磁探伤测井在模型井实验和现场应用情况,认为 电磁探伤测井作为一种可为汕、水井井身结构做“体检”的方法，对及时发现井身结构的变形、控制损坏的 进-步发生将发挥重耍的作用引言油、水井是油m生产最重耍的基础设施，许多油山经过一段吋间的开发后，均不同程度 地出现了井身结构损坏现象井身结构损坏不仅影响受损井的正常生产，而且也影响到邻井 乃至区块的正常开发，対整个油川的稳产造成极大的威胁井身结构损坏主要包括油管损坏、 各层套管损坏以及水泥环损坏等，而套管损坏对油出匸常生产的威胁最大随着各汕IH套损井数量逐年增加、套损程度越來越严重，对套损井井身状况的普查、检 测工作变得越来越重耍。
工程测井技术中的多种方法可有效地检测套管损坏状况，这些方法 从不同侧而反映了井身状况井径系列是汕、水井井身状况常规的检测手段，可提供套管内 径的变化情况；声波测井系列主要包括三个方面，井壁超声成像测井可提供直观、全面的套 损状况，声波固井质量测井用于评价套管外水泥胶结状态，噪声测井用丁•判断已经形成的管 漏和窜槽；方位系列用于确定套管变形及损坏的方位角度；磁测井系列检杏套管变形、错断、 内、外壁腐蚀及射孔质量；作为辅助的井温和注、产系列用于评价套管漏失和层间窜槽情况从无损检测的角度上看，研究井身结构损坏问题冇三个层次：一是在油水井井身结构已 经损坏并在生产中有异常表现后进行检查；二是井身结构产牛变形而在牛产中还未发现异常 时的普查，三是在井身结构未变形、损坏前进行变化趋势预测由于工程测井仪器结构和测 量原理的限制，目前人多数检测方法只是停留在第一个层次上，即井身结构已经损坏，并在 生产中有界常表现后进行检查，不能及时地対井身结构损坏情况给出判断随着用八对工程测井的要求越来越高，需要套损检测更具实用性和及时性，为此测试技 术服务分公司引进了可过汕管检杏套管损坏的电磁探伤测井仪（3MZIC・TM）。
木文介绍这种测井仪器的工作原理、结构及功能特点，分析电磁探伤测井在模型井实验和现场应用時况电磁探伤测井仪工作原理、结构及功能特点1.电磁探伤测井基本原理和仪器结构电磁探伤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供一肓流脉 冲，接收线圈记录产牛•的、随时间变化的感牛电动势当套管（油管）厚度变化或存在缺陷 时，感应电动势将发生变化，通过分析和计算，在单套、双套管柱结构下，可判断管柱的裂缝和孔洞、得到管林的壁厚另外该 仪器还附加了伽马和温度两个探头， 用来校深和探测井内介质温度，辅助 测井资料解释在测井中，接收线圈记录的感生 电动势为管柱壁厚、磁导率、电导率、 管林外径以及环境温度的函数工在单套管柱结构下（见示意图1 左）： = 中 Q,D,tc） （1）式中：&为感生电动势；T为套 管壁厚；〃为套管磁导率；o套管电 导率；D为套管外径；tc为井内温度在管柱无损伤情况下，套管磁导 率〃、电导率0、套管外径D和井内 温度化都已知，只冇套管壁厚T未知， 因此测得感牛电动势时，就可以根 据公式（1）计算出管壁厚度几在管柱冇损伤情况下，如射孔、 腐蚀以及裂缝损坏等，套管磁导率〃、图1单套管柱结构和单套管柱结构示意图电导率0将发牛变化，测得的感牛:电动势的变化反映了套管的损坏情况；此时述对以根据公式（1）计算出管壁厚度但这一结果是损坏部 位套管壁厚的均匀响应。
在双层套管柱结构下（见示意图1右）：(2) = f(T\,T2,小中 2Q\Q2，D\,D2」c,EX) 式中：&为感生电动势；T\,兀为油管、套管壁厚；",“2为油管、套管磁导率；2汕管、套管电导率；D\, 0为汕管、套管外径」C为井温：EY为内、外管相对位置几何 校正系数在内外管柱无损伤情况下，管柱磁导率"1，“2、电导率2、外径Q1，02和井内 温度/C都己知，测得感牛电动势时，首先根据公式（1）计算得到内管壁厚行，再根据公 式（2）计算出管壁厚度的在内外管柱有损伤情况下（同时损坏或是只有一层管损坏），损坏管柱的磁导率〃、电 导率将发化变化，测得的感生电动势的变化即指示了内外管柱的损坏情况；此吋还可以 根据公式（1）和公式（2）计算出管壁厚度石，r2,但这一结果是损坏部位管柱壁厚的均匀 响应公式（2）中的盛是双层管柱几 何形状和儿何位置的校正系数，如果 油管或套管在井下相对位置发生变 化，测得的感应电动势也发生和应的 变化，以此可判断是否存在管柱变形无论是单一套管还是双层套管柱 结构，当套管（汕管）厚度变化或存 在缺陷吋，分析测得的感应电动势变 化情况，并通过公式（1）、（2）计算, 可判断各层管柱的樂厚和损坏情况， 这就是“探伤”的原理。
电磁探伤测井仪结构见示意图 2,仪器主要山三个电磁探伤探头（长 轴探头A、横向探头B和煎轴探头C） 构成，另外还附加了伽马和温度两个 探头电磁探伤测井仪技术指标：长度2100mm外径42mm口图2电磁探伤测井仪结构示意图耐温100C耐压60MPa2—>EA, A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9适应管柱直径63—324mm适应管柱厚度3—12mm适应温度0—120C2.电磁探伤测井仪功能特点仪器记录在一个工作周期内各探头感应电动势随时间的变化，见示意图3长轴探头A记录A1-A9,探测范围较大，主耍用于计算内、外管柱厚度；检测内、外管长轴探头A记录A1-A9 横向探头B记录B1-B4 短轴探头C记录C1-C5-20 0 20 40 60 80 100 120时间 （ms）图3电磁探伤探头记录不同时间的感应电动势示意图的纵向裂缝；确定内、外管的腐蚀情况短轴探头C记录C1T5,探测范围较小；A、C探头结合町判断双层管柱的纵缝、射孔、 腐蚀，并用于计算内外管的厚度横向探头B记录B1-B4,主要用于探测内管的横缝、射孔、腐蚀，不用于计算厚度电磁探伤测井仪在单套、双套管柱结构卜：可判断管柱的裂缝和腐蚀、计算管柱的壁厚, 探测井内介质温度变化，辅助测井资料解释。
磁测井方法一般基于电磁感应原理，对这一原理不同的利用方式而形成了多种测井仪 器,如PTT测井和ETT 0测井等，这些仪器多川于套损悄况检测电磁探伤测井仪OMAC-TM） 最突出的特点是：可在汕管内检测汕管和套管的损坏情况，同样地，在套管内检测套管和表 层套管的损坏怙:况，就是说，电磁探伤测井对透过一层钢管探测外而钢管的壁厚和损坏ETT-D测井仪由于发射正弦波的周期性，使得感应电动势也存在周期性变化，不能区别 判断内、外管柱对感应电动势变化的彫响，因此，在多层钢管结构中测井吋，仪辭对外层管 的壁厚变化和损坏有反应，但不能较好地给予解释 电磁探伤测井仪发射线圈发射一电流，后停止，这一电流产生的磁场也就由大值变小， 此时在收线圈中就产生了一个感应电动势，其作用是阻止这一磁场变小的过程感应电动势 的人小与多个因素有关，那么内管与外管对感应电动势的影响是如何划分或确定的呢？从理 论上分析，如果钢管的厚度越大（T1 +T2或T1）,感应电动势的衰减就缓慢，反Z,感应电动势的衰减就较快，在内管的影响初步确定 以后，影响感应电势衰减因素就是外管，因 此在感应电动势的衰减过程中（见图3）,较 小的吋间段主要表示内管的变化，较人的吋 间段主要表示外管的变化，于是采用这种方 法可以把内、外管的影响区别开，这一点已 从理论和实验两个方面给出了证明和验证 IDO电磁探伤测井仪OMJIC-TM）资料解 释中，首先通过曲线形态定性判断内、外管 柱是否存在裂缝（纵缝或横缝）损坏，如有 纵向裂缝可半定量地给出缝的长度。
然后通 过解释软件计算定量给出内、外管壁的厚度, 如果厚度减小较多，则说明管柱损坏情况较 为严重另外仪器附带的井温探头对测的井 内流体的温度，辅助判断管柱损坏漏液情况电磁探伤测井仪测最指标：图4电磁探伤测井各探头对裂缝的响应单套结构下厚度测量误差0.5mm；双套结构下内管厚度测量误差0. 5mm,外管1. 5伽内层管柱纵向裂缝分辨率75mm；外层管柱200mm内层管柱横向裂缝分辨率为管柱周长的1/3电磁探伤测井在模型井实验和现场应用情况1・电磁探伤测井仪刻度井检验结果在实验室内，分别制作了多种套管堂厚、多种长度裂缝（纵向、横向）实验模型，在单 套和双套结构下利用电磁探伤测井仪进行了实验在直径为168mm、厚度为9mm套管的不同深度上，人为制作了纵向、横向裂缝，图4给 出了在此模型井中电磁探伤测井各探头响应曲线，测井曲线Ua-5和Uc-4在4.0〜4.8m和 5. 8〜6. 6m两处出现异常,解释为套管存在纵向裂缝;测井曲线Ub-l和Ub-4在7.0m、8.0m、 9.0m和9. 8m四处出现界常，解释为套管存在横向裂缝，测井解释结果与模型设置一致用直径为140mm套管在不同深度上制作了厚度分别为6. 2mm和7.72mm的两段模型，图 5给出了在此模型井中电磁探伤测井解释成來曲线，解释结果与模型设置-•致。
另外模型的 上段（壁厚6. 2mm）是用厚壁套管（7.72mm）切割而成，加工过程中套管磁导率发生变化，图5电磁探伤测井在模熨井中检测套管储厚测井曲线UUb-2.1：段的抖动明确地反映了这一点2.电磁探伤测井仪测井实例 关井井身结构的普查工作电磁探伤测井可检测油、水井各层管柱（油管、套管、表层套管） 的壁厚变化及损坏情况，仪器外径较小（42mm）,可在多层管柱中进行测井，如在汕管中可测 量套管的壁厚变化及损坏，节省了检查套管情况吋起、下油管的作业费用，这-•特点使得对 油、水井井身结构损坏进行普查成为口J能电磁探伤测井作为一种町为油、水井井身结构做 “体检”的方法，对及时发现井身结构的变形、控制损坏的进…步发生将发挥重要的作用利用电磁探伤测井仪对大庆等油田套损区的多口油、水井进行了检查图6给出了杏6xx井在套管中电磁探伤测井（左）与X-Y井径测井（右）结果对比，在 电磁探伤测井资料中发现，该井在884.加和968ni两处套管损坏，特别是在上一•点损坏严重, 可能出现套漏，这一解释结果在井径测井和修井作业中得到了证实杏5xx为一口配注井，1997年通过铅模打印发现在896m有套管变形，经过儿年的牛产, 2002年采油厂地质怀疑该处可能已经损坏，为了解井下套管的破损情况，在油竹内进行了电495500图7电磁探伤测井在油管中检测套管变形475480490KOHCTpyKHMHCKBdXklHbl■■■■■■■■■一Nrl豈 s_BBSJ图8电磁探伤测井在油管小检测套管损T2.MM4-?. ?T1.MM 12磁探伤测井，测井结果见图7,从全井资料小发现该井多处套管变形，其中最上面的变 形点与过去的铅模打印结果吻合，但没有发现套管破裂现彖（如套管破漏测井曲线向左偏移）, 采汕厂根据检测结果没侑对该井进行起汕管作业就重新投入生产。
图8给出了在油管中进行电磁探伤测井的另一个实例，在Ua-5和Ua-8两条测井曲线上, 476. 5〜478. 8叭490. 5〜498. Om两处异。