CN109708595A - 井下套管破损检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种井下套管破损检测方法及装置,井下套管破损检测方法及装置包括以下步骤:步骤10、在井下采油管柱外壁上安装套损检测装置;步骤20、将套损检测装置随井下采油管柱下入井下设定位置,在下井过程中通过套损检测装置对周边套管进行实时检测;步骤30、在套损检测装置下入至设定位置后,通过套损检测装置对设定位置处的套管段进行实时连续监测;步骤40、当油气井检泵时,将套损检测装置随采油管柱起出至地面,在起出过程中通过套损检测装置对周边套管进行实时检测;步骤50、对比步骤40和步骤20中的实时检测数据并确定套管变形及破损程度。本发明能够完成套损检测装置安装位置以上套管破损情况检测,还能实现对该位置套管的长期在线检测。

Description

井下套管破损检测方法及装置
技术领域
本发明涉及油气田开发工程领域,具体涉及一种井下套管破损检测方法及装置。
背景技术
油气井生产时通常会面临一系列不利因素:高温、震动、压力、腐蚀性介质、对套管的力学作用等,这导致套管的腐蚀损坏成为油气田开发面临的主要井下故障之一,本身难以测量及预防。目前,油气田套管损坏检测主要依靠声波测厚及探伤、电磁探伤、多臂井径测量等测井手段实现,但是这类测井作业要求中断油气生产并起出采油管柱,人力、时间、设备成本较高。
发明内容
本发明提供了一种井下套管破损检测方法及装置,以解决现有套管探伤技术人力、时间、设备成本高,无法长期原位在线检测等实际工程应用问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种井下套管破损检测方法,包括以下步骤:步骤10、在井下采油管柱外壁上安装套损检测装置;步骤20、将套损检测装置随井下采油管柱下入井下设定位置,在下井过程中通过套损检测装置对周边套管进行实时检测;步骤30、在套损检测装置下入至设定位置后,通过套损检测装置对设定位置处的套管段进行实时连续监测;步骤40、当油气井检泵时,将套损检测装置随采油管柱起出至地面,在起出过程中通过套损检测装置对周边套管进行实时检测;步骤50、对比步骤40和步骤20中的实时检测数据并确定套管变形及破损程度。
进一步地,设定位置包括第一测量点,第一测量点的测深为MA,第一测量点的方位角为αA,第一测量点的井斜角为βA,步骤30包括步骤31:确定第一测量点的坐标A(a1,a2,a3),其中,a1=MA·sinαA·cosβA,a2=MA·sinαA·sinβA,a3=MA·cosαA
进一步地,设定位置还包括第二测量点,沿竖直方向设置在第一测量点下方,第二测量点的测深为MB,第一测量点的方位角为αB,第一测量点的井斜角为βB,步骤30包括步骤32:确定第二测量点的坐标B(b1,b2,b3),其中,b1=(MB-MA)·sinαB·cosβB+a1,b2=(MB-MA)·sinαB·sinβB+a2,b3=(MB-MA)·cosαB+a3
进一步地,步骤30包括步骤33:确定井眼轨迹在第二测量点的法平面为
进一步地,套损检测装置包括四个探头,四个探头沿井下采油管柱的周向间隔均布,在第二测量点处对应具有第一测臂点、第二测臂点、第三测臂点和第四测臂点,第一测臂点的方位角为αB1,第一测臂点和第三测臂点方向井径测量数据为LB1B3,步骤30包括步骤34:将第二测量点处的井径所在椭圆旋转至第二测量点的法平面上,则椭圆绕X轴的旋转矩阵为
进一步地,步骤30包括步骤35:将第二测量点处的井径所在椭圆旋转至第二测量点的法平面上,则椭圆绕Y轴的旋转矩阵为
进一步地,步骤30包括步骤36:根据步骤34和步骤35确定第一测臂点的坐标为(b11,b12,b13),其中,b13=a3
进一步地,步骤30还包括步骤37:重复步骤34至步骤36并依次确定第二测臂点的坐标、第三测臂点的坐标和第四测臂点的坐标;根据第一测臂点的坐标、第二测臂点的坐标、第三测臂点的坐标和第四测臂点的坐标绘制对应测试段套管的空间结构;将套管的空间结构与步骤30中实时连续监测所形成的检测曲线进行对比,确认套管的破损程度。
本发明还提供了一种井下套管破损检测装置,包括多组检测组件,多组检测组件能够沿井下采油管柱外壁间隔设置,每组检测组件均设置有声波测厚及探伤单元、电磁探伤单元和多臂井径测量单元。
本发明的有益效果是,安装于井下采油管柱上的套损检测装置一方面可在油气井检泵的同时完成套损检测装置安装位置以上套管破损情况检测,另外可将套损检测装置安装于井下目标深度,实现对该位置套管的长期在线检测。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例的流程示意图;
图2为周向套管还原方法示意图;
图3为套损检测装置安装位置示意图。
图中附图标记:1、检测组件;2、井下采油管柱;3、套管。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示,本发明实施例提供了一种井下套管破损检测方法,包括以下步骤:
步骤10、在井下采油管柱外壁上安装套损检测装置;
步骤20、将套损检测装置随井下采油管柱下入井下设定位置,在下井过程中通过套损检测装置对周边套管进行实时检测;
步骤30、在套损检测装置下入至设定位置后,通过套损检测装置对设定位置处的套管段进行实时连续监测;
步骤40、当油气井检泵时,将套损检测装置随采油管柱起出至地面,在起出过程中通过套损检测装置对周边套管进行实时检测;
步骤50、对比步骤40和步骤20中的实时检测数据并确定套管变形及破损程度。
安装于井下采油管柱上的套损检测装置一方面可在油气井检泵的同时完成套损检测装置安装位置以上套管破损情况检测,另外可将套损检测装置安装于井下目标深度,实现对该位置套管的长期在线检测。
为诊断套管是否存在变形、破损情况,可在该井首次下入井下采油管柱时安装套损检测装置,完成一次套管检测并记录测量数据;然后在检泵起出井下采油管柱时再进行一次套管检测,两次数据相对比从而评价套管变形、破损程度。
而当套损检测装置在井下目标位置长期监测时,可根据测试曲线实时评价该深度处套管的破损程度,从而指导是否以及何时需要进行防腐措施的补救。
步骤20包括:明确套损检测装置的目标下入井深,即设定位置,该设定位置可以为一个或多个。设定位置的设计原则是:根据受力分析及邻井经验,确定在该深度段套管易发生破损现象。然后将套损检测装置安装至井下采油管上,进行井下采油管下井作业。
需要说明的是,在套损检测装置下井过程中,根据不同套损检测装置的技术原理,在向下运动过程中实时采集周边套管的壁厚、表面裂缝、内径等信息,所述的不同技术原理包括超声波测厚采集套管壁厚信息,声波测量采集套管表面孔洞、断开、椭圆度等信息,电磁探伤技术采集的套管厚度、裂缝、变形、错断、内外壁腐蚀及射孔质量等信息,以及多臂井径测量采集的宏观套管内径数据等。在进行数据采集时,声波测厚装置采用脉冲反射法,超声波垂直入射套管内表面,利用被测套管表面波和底面反射波的位置和大小计算管壁厚度。声波测量技术采用一个围绕仪器中心旋转的超声波收发装置,把一个脉冲声波通过井眼内流体传送出去,然后检测反射波的传播时间及幅值探测套管表面信息。电磁探伤技术采用瞬变电磁法,利用不接地回线通以脉冲电流而在套管内建立起一次脉冲磁场,并观测二次涡流场曲线来反演套管的电磁特性和厚度变化。多臂井径测量技术直接通过测量套管内径的方式检测套管纵向、横向变形情况。
由于井下套损检测装置尺寸、安装方位、测量时间等诸多因素的限制,无法实现无间隙测量某一井深处周向360°套管信息,本发明实施例的步骤30可以还原周向套管数据。假设在同一套管检测装置的两个垂直方向上安装了4个探头,即在周向上可以探测相邻90°的四个方向上的套损情况。如图2所示,沿竖直方向向下依次设置有井口、第一测量点和第二测量点。井口的坐标为O(0,0,0),第一测量点的坐标为A(a1,a2,a3),第二测量点的坐标为B(b1,b2,b3)。
第一测量点的测深为MA,第一测量点的方位角为αA,第一测量点的井斜角为βA,第二测量点的测深为MB,第一测量点的方位角为αB,第一测量点的井斜角为βB,步骤30包括:
步骤31:确定第一测量点的坐标A(a1,a2,a3),其中,a1=MA·sinαA·cosβA,a2=MA·sinαA·sinβA,a3=MA·cosαA
步骤32:确定第二测量点的坐标B(b1,b2,b3),其中,b1=(MB-MA)·sinαB·cosβB+a1,b2=(MB-MA)·sinαB·sinβB+a2,b3=(MB-MA)·cosαB+a3
如此便可以确定空间上两个第一测量点和第二测量点的三维坐标,接下来需要计算各测量方位上的套管内壁三维坐标。以第二测量点为例,令第二测量点处的四个测臂点(第一测臂点、第二测臂点、第三测臂点和第四测臂点)的坐标分别为B1(b11,b12,b13)、B2(b21,b22,b23)、B3(b31,b32,b33)、B4(b41,b42,b43)。已求得B点坐标,步骤30还包括:
步骤33:确定井眼轨迹在第二测量点的法平面为
井下套损测量装置至少需给出一个测量方位的方位角数据,其余测量方位便可以简单推导得到。第一测臂点的方位角为αB1,第一测臂点和第三测臂点方向井径测量数据为LB1B3。为了求B1点坐标,这里采用了旋转坐标系的方法,即步骤30还包括:
步骤34:将第二测量点处的井径所在椭圆旋转至第二测量点的法平面上,则椭圆绕X轴的旋转矩阵为
步骤35:将第二测量点处的井径所在椭圆旋转至第二测量点的法平面上,则椭圆绕Y轴的旋转矩阵为
进一步地,通过坐标旋转即可得到第一测臂点的坐标,即步骤30包括步骤36:根据步骤34和步骤35确定第一测臂点的坐标为(b11,b12,b13),其中,
同理可求得B2、B3、B4的三维空间坐标,它们的方位角与B1依次相差90°、180°和270°。
具体地,步骤30还包括步骤37:
重复步骤34至步骤36并依次确定第二测臂点的坐标、第三测臂点的坐标和第四测臂点的坐标;
根据第一测臂点的坐标、第二测臂点的坐标、第三测臂点的坐标和第四测臂点的坐标绘制对应测试段套管的空间结构;
将套管的空间结构与步骤30中实时连续监测所形成的检测曲线进行对比,确认套管的破损程度。
需要说明的是,要绘制三维套管图形,需要有光滑的周向套管数据,需要在两个测量方位之间插值,这里每1°插一个值,使三维套管椭圆曲面平滑的同时向数据库中记录360°各方位的井径数据。需要指出的是,这里所述的坐标均指套管内径坐标,若所测数据是套管壁厚,则可还原套管内外壁的空间形态。以此类推可以根据测深、方位角、井斜角三个数据画出整个测试段套管空间结构。
所述步骤40包括对套损检测装置进行必要的维护及检修。
如图3所示,本发明实施例还提供了一种井下套管破损检测装置,包括多组检测组件1,多组检测组件1能够沿井下采油管柱2的外壁间隔设置,每组检测组件1均设置有声波测厚及探伤单元、电磁探伤单元和多臂井径测量单元。上述多组检测组件1和井下采油管柱2均设置在套管3内并与套管3间隔设置。
从以上的描述中,可以看出,本发明上述的实施例实现了如下技术效果:安装于井下采油管柱上的套损检测装置一方面可在油气井检泵的同时完成套损检测装置安装位置以上套管破损情况检测,另外可将套损检测装置安装于井下目标深度,实现对该位置套管的长期在线检测。
以上所述,仅为本发明的具体实施例,不能以其限定发明实施的范围,所以其等同组件的置换,或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰,都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外,本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (9)

1.一种井下套管破损检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤10、在井下采油管柱外壁上安装套损检测装置;
步骤20、将所述套损检测装置随所述井下采油管柱下入井下设定位置,在下井过程中通过所述套损检测装置对周边套管进行实时检测;
步骤30、在所述套损检测装置下入至所述设定位置后,通过所述套损检测装置对所述设定位置处的套管段进行实时连续监测;
步骤40、当油气井检泵时,将所述套损检测装置随所述采油管柱起出至地面,在起出过程中通过所述套损检测装置对周边所述套管进行实时检测;
步骤50、对比所述步骤40和所述步骤20中的实时检测数据并确定所述套管变形及破损程度。
2.根据权利要求1所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述设定位置包括第一测量点,所述第一测量点的测深为MA,所述第一测量点的方位角为αA,所述第一测量点的井斜角为βA,所述步骤30包括步骤31:确定所述第一测量点的坐标A(a1,a2,a3),其中,a1=MA·sinαA·cosβA,a2=MA·sinαA·sinβA,a3=MA·cosαA
3.根据权利要求2所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述设定位置还包括第二测量点,沿竖直方向设置在所述第一测量点下方,所述第二测量点的测深为MB,所述第一测量点的方位角为αB,所述第一测量点的井斜角为βB,所述步骤30包括步骤32:确定所述第二测量点的坐标B(b1,b2,b3),其中,b1=(MB-MA)·sinαB·cosβB+a1,b2=(MB-MA)·sinαB·sinβB+a2,b3=(MB-MA)·cosαB+a3
4.根据权利要求3所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述步骤30包括步骤33:确定井眼轨迹在所述第二测量点的法平面为
5.根据权利要求4所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述套损检测装置包括四个探头,四个所述探头沿所述井下采油管柱的周向间隔均布,在所述第二测量点处对应具有第一测臂点、第二测臂点、第三测臂点和第四测臂点,所述第一测臂点的方位角为αB1,所述第一测臂点和所述第三测臂点方向井径测量数据为LB1B3,所述步骤30包括步骤34:将所述第二测量点处的井径所在椭圆旋转至所述第二测量点的法平面上,则所述椭圆绕X轴的旋转矩阵为
6.根据权利要求5所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述步骤30包括步骤35:将所述第二测量点处的井径所在椭圆旋转至所述第二测量点的法平面上,则所述椭圆绕Y轴的旋转矩阵为
7.根据权利要求6所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述步骤30包括步骤36:根据所述步骤34和所述步骤35确定所述第一测臂点的坐标为(b11,b12,b13),其中,
8.根据权利要求7所述的井下套管破损检测方法,其特征在于,所述步骤30还包括步骤37:
重复所述步骤34至所述步骤36并依次确定所述第二测臂点的坐标、所述第三测臂点的坐标和所述第四测臂点的坐标;
根据所述第一测臂点的坐标、所述第二测臂点的坐标、所述第三测臂点的坐标和所述第四测臂点的坐标绘制对应测试段所述套管的空间结构;
将所述套管的空间结构与所述步骤30中实时连续监测所形成的检测曲线进行对比,确认所述套管的破损程度。
9.一种井下套管破损检测装置,其特征在于,包括多组检测组件,多组所述检测组件能够沿所述井下采油管柱外壁间隔设置,每组所述检测组件均设置有声波测厚及探伤单元、电磁探伤单元和多臂井径测量单元。
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