磁測(cè)應(yīng)力技術(shù)1

一、概述

1、油田套損的現(xiàn)狀油水井套損及防控問(wèn)題一直是困擾油田生產(chǎn)的難題之一，其根本出路是解決套損預(yù)防的問(wèn)題，而套損預(yù)報(bào)預(yù)防的前提是能否給出套管局部的應(yīng)力變化情況。套管應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)就是一種直接檢測(cè)套管內(nèi)部應(yīng)力變化的方法和檢測(cè)儀器，它能為套損檢測(cè)和預(yù)防提供最直接的客觀信息，使套管在發(fā)生塑性形變之前就能給出明確指示。礦場(chǎng)技術(shù)人員可以根據(jù)它來(lái)判斷套損趨勢(shì)、預(yù)測(cè)套損，進(jìn)而采取預(yù)防措施。

2、解決問(wèn)題的思路套損預(yù)報(bào)預(yù)防的前提是能否給出局部的應(yīng)力變化情況，我們這項(xiàng)研究工作的目的就是尋找一種直接檢測(cè)套管內(nèi)部應(yīng)力變化的方法和檢測(cè)儀器，使其在發(fā)生塑性型變之前就能給出指示，真正實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的目標(biāo)。我們不是反復(fù)去研究井徑的測(cè)量精度問(wèn)題，而是更進(jìn)一步的去研究套管的應(yīng)力變化。從套損事故的“被動(dòng)檢查”到套管應(yīng)力檢測(cè)這是一種跨越式的研究思路。3、目的意義

大多數(shù)套損事故的直接誘因是地層應(yīng)力和孔隙壓力等不平衡造成的，外力的變化引起套管內(nèi)應(yīng)力的變化，從而引發(fā)套損。磁測(cè)應(yīng)力技術(shù)實(shí)現(xiàn)了套管井下受力狀況的直接測(cè)量，為油井套損監(jiān)測(cè)預(yù)防提供有效手段。它不僅為了解套管受力狀況提供了有效的檢測(cè)方法，也為油水井套管大修效果評(píng)價(jià)、油田開發(fā)措施安全界限確定等方面提供了重要技術(shù)信息。這必將大大提高套損預(yù)防和治理措施效果，有效降低生產(chǎn)成本，有利于油田的持續(xù)高效發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將是非?？捎^的。大慶測(cè)井公司套管應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)介紹1、研究歷程回顧大慶測(cè)井一公司從1999年前后開始跟蹤研究此技術(shù)，在過(guò)去的十年里，我們先后開展了“可行性研究”（1999－2001）、“套管應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)研究”（2002－2005）和“油田套損預(yù)測(cè)及應(yīng)力檢測(cè)儀器研制”（2007－2009）工作。

兩次作為局重大項(xiàng)目的開題、立項(xiàng)使我們不論從資金還是技術(shù)方面都得到了各方面的巨大支持，為該技術(shù)在油田的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在該項(xiàng)技術(shù)中，我們獲得兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。獲得局科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)一項(xiàng)。

主要優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)套管應(yīng)力測(cè)井技術(shù)是根據(jù)磁測(cè)應(yīng)力原理研發(fā)的一種新測(cè)井方法與儀器，主要用于檢測(cè)油井鋼套管在發(fā)生宏觀變形之前的應(yīng)力、應(yīng)變情況，用以判斷發(fā)生套損的趨勢(shì)和危險(xiǎn)程度。儀器系統(tǒng)帶有6個(gè)應(yīng)力測(cè)量極板，按60度間隔等分布置，并帶有陀螺方位測(cè)井儀器。該測(cè)井方法的優(yōu)勢(shì)主要有：1、能夠給出套管應(yīng)力分布的狀況及相對(duì)大?。?、可以判斷擠壓套管的方式；3、給出套管受擠壓力的方位；4、可以結(jié)合其它資料判斷油、水井套損趨勢(shì)。二、

MST-Ⅱ檢測(cè)儀器原理與儀器結(jié)構(gòu)1、方法原理

套管應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)的物理基礎(chǔ)是基于鐵磁材料受外部機(jī)械力作用時(shí)（包括環(huán)境溫度影響），其內(nèi)部應(yīng)力σ變化能引起導(dǎo)磁系統(tǒng)磁導(dǎo)率變化的特性，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)磁系統(tǒng)的磁導(dǎo)率變化量Δ，進(jìn)而檢測(cè)鐵磁體內(nèi)部應(yīng)力變化。磁導(dǎo)率的變化量Δ與內(nèi)應(yīng)力σ之間有下列線性關(guān)系：

Δ/

∝00σ外力FσΔ信號(hào)輸出2、井下應(yīng)力檢測(cè)儀器組成1、控制與傳輸短節(jié)；2、自然伽馬短節(jié)；3、方位測(cè)量短節(jié)；4、多臂井徑測(cè)量短節(jié)5、支撐臂短節(jié)；6、磁測(cè)應(yīng)力短節(jié)；等六節(jié)組成。

數(shù)傳與主控應(yīng)力傳感器支撐卡瓦16臂井徑儀扶正器方位儀器井下儀器結(jié)構(gòu)圖3、研究的主要內(nèi)容

全部研究工作包括十幾個(gè)部分組成，它們是“磁測(cè)應(yīng)力的基礎(chǔ)研究、應(yīng)力信號(hào)提取、傳感器與極板研制、檢測(cè)儀器系統(tǒng)總體方案、井下儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)總線設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、測(cè)控軟件設(shè)計(jì)、輔助測(cè)試設(shè)備開發(fā)、鋼套管受力分析、套損機(jī)理分析和解釋預(yù)報(bào)方法研究”等。4、技術(shù)水平去年研制成功的MST-Ⅱ套管應(yīng)力檢測(cè)儀器已經(jīng)成功用于現(xiàn)場(chǎng)工程測(cè)井。經(jīng)過(guò)8口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明它完全達(dá)到了工程應(yīng)用水平。

它實(shí)現(xiàn)了真正意義的套管應(yīng)力測(cè)量。主要技術(shù)指標(biāo)：（1）應(yīng)力測(cè)量重復(fù)誤差小于8.3％；（2）井下儀器外徑90mm（極板外徑96mm）；（3）儀器耐壓大于32MPa；耐溫85℃；（4）應(yīng)力儀器測(cè)量速度大于120m/h；4、研究的主要內(nèi)容基礎(chǔ)研究與可行性研究?jī)x器研制力學(xué)分析與室內(nèi)試驗(yàn)油井套損機(jī)理分析工程實(shí)施管材結(jié)構(gòu)的有限元分析與實(shí)驗(yàn)傳感器、極板、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)RMS效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)力信號(hào)提取總結(jié)學(xué)習(xí)、理論分析實(shí)際資料的采集、初步分析應(yīng)力資料解釋基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、井徑、MAC資料對(duì)比5、突破的關(guān)鍵技術(shù)（1）完成了磁測(cè)應(yīng)力信號(hào)的提取，實(shí)現(xiàn)了套管應(yīng)力分布狀況的直接測(cè)量；（2）研制了實(shí)用的RMS-Ⅲ應(yīng)力傳感器和新型RMSP-Ⅳ極板；（3）完成了油井鋼套管受力分析和檢測(cè)規(guī)律研究；（4）完成了套損機(jī)理研究、單井應(yīng)力分布的解釋技術(shù)研究；（5）研制出應(yīng)力儀器的刻度檢驗(yàn)系統(tǒng)和RMS傳感器測(cè)試同步采集記錄系統(tǒng)等專用設(shè)備的開發(fā)，為傳感器和儀器的測(cè)試與標(biāo)定提供了技術(shù)支持；（6）研制出的“MST-Ⅱ套管應(yīng)力檢測(cè)儀器”系統(tǒng)，具有性能可靠、操作簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)結(jié)果直觀等特點(diǎn)。（7）實(shí)現(xiàn)了磁測(cè)應(yīng)力技術(shù)成功應(yīng)用于石油測(cè)井行業(yè)，使其達(dá)到了工程應(yīng)用的水平，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。形成的技術(shù)成果－MST-Ⅱ應(yīng)力檢測(cè)儀形成的技術(shù)成果－井下儀器故障診斷系統(tǒng)

開展了物理與數(shù)學(xué)模型建模及有限元計(jì)算，完成了兩種管材的24種加載方式的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校核；建立不同載荷條件下的應(yīng)力-應(yīng)變靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。這部分工作主要目的是研究探討鋼套管在非均勻受力下有限元建模的合理性，以便確定其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和其做為“理論刻度”標(biāo)準(zhǔn)的可信度。

1、鋼套管受力分析與實(shí)驗(yàn)研究建模與計(jì)算方案設(shè)計(jì)套管計(jì)算模型及坐標(biāo)示意圖

有限元計(jì)算結(jié)果選擇線分布載荷、圓柱作用兩種施加載荷方式。

壓力為5MPa時(shí)1000mm長(zhǎng)套管沿x軸方向的應(yīng)力分布三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與地質(zhì)效果套管應(yīng)力測(cè)井技術(shù)是根據(jù)磁測(cè)應(yīng)力原理研發(fā)的一種新測(cè)井方法與儀器，主要用于檢測(cè)油井鋼套管在發(fā)生宏觀變形之前的應(yīng)力、應(yīng)變情況，用以判斷發(fā)生套損的趨勢(shì)和危險(xiǎn)程度。儀器系統(tǒng)帶有6個(gè)應(yīng)力測(cè)量極板，按60度間隔等分布置，并帶有陀螺方位測(cè)井儀器。該測(cè)井方法的優(yōu)勢(shì)主要有：1、能夠給出套管應(yīng)力分布的狀況及相對(duì)大??；2、可以判斷擠壓套管的方式；3、給出套管受擠壓力的方位；4、可以結(jié)合其它資料判斷油、水井套損趨勢(shì)。資料處理解釋給出的解釋方式根據(jù)測(cè)井資料和相關(guān)信息提交的測(cè)井解釋報(bào)告包括：1、常規(guī)測(cè)井曲線；2、重點(diǎn)層段數(shù)據(jù)表；3、重點(diǎn)層段力園分析圖；4、重點(diǎn)層段分析結(jié)論等儀器的靈敏度特點(diǎn)

這點(diǎn)從南1－21－P27的784—789米井段的資料明顯反映出它的優(yōu)勢(shì)，在該段對(duì)應(yīng)的井徑曲線無(wú)反映，但是6個(gè)應(yīng)力臂反映明顯，同時(shí)它的鄰層780附近發(fā)生套損，此段應(yīng)是中度危險(xiǎn)段。使用證明這是其它方法無(wú)法比擬的?！澳?－21－P27井784—789米段”靈敏度對(duì)比圖

地質(zhì)資料的方向特征該方法不但能顯示套損程度，還能顯示套損方位。，如南1-22-221井749.0－753.0m測(cè)量井段，磁測(cè)應(yīng)力曲線異常幅度較大，其中2號(hào)極板的應(yīng)力曲線異常幅度最大，而4號(hào)極板采集的應(yīng)力曲線變化幅度最大，其中1、2、3、號(hào)極板應(yīng)力曲線由負(fù)異常變?yōu)檎惓?，說(shuō)明套管內(nèi)壁受力由壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力即剪切應(yīng)變特征。根據(jù)0號(hào)極板方位330度計(jì)算，本測(cè)量井段套管受力為東向擠壓力。本井段套管發(fā)生整體變形。南1-22-221井套管應(yīng)力曲線與井徑曲線對(duì)比

高167-143井套管應(yīng)力解釋成果表序號(hào)頂深底深厚度應(yīng)力異常情況描述17827842南北受力大于東西向受力，該段套管有變形危險(xiǎn)27917921該段套管有西北—東南方向的外力作用，有剪切變形危險(xiǎn)3838