CN111608650A - 一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法 - Google Patents
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Description
技术领域
本发明属于油井油套管缺陷检测技术领域,具体涉及一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法。
背景技术
在油田开采过程中,特别是在开采的中后期,油套管(油管、套管)经常会因井下高温高压、存在腐蚀性流体等恶劣环境出现刺漏、错断、变形、腐蚀穿孔以及接箍脱扣等问题,轻则导致油井产量降低,重则危害油井的安全生产。因此,油套管是保证油井井筒完整性的重要环节之一,是保证油井高产、稳产的重要因素。
目前,油套管的缺陷检测主要有以下几种方法:多臂井径测井、电磁探伤测井、转子流量计、梯度井温测井、井下照相机、超声波测井、热中子衰减测井和噪声测井等。这些方法虽然能够在特定的条件下发挥作用,但是仍然存在以下三大问题,一、操作复杂;二、检测成本高;三、检测精度低。例如常规噪声测井只能在特定模式下测量油套管的泄漏点,容易受其他噪声源的影响进而使得测量结果不准确;井下照相机虽然可以检测出套管缺陷位置,但是其操作复杂,对井下的能见度具有较高的要求。泄漏量较小时,油套管内的温度、流量或压力变化不明显,进而超出了测量仪器的工作范围。因此目前常见的油套管缺陷检测方式并不能满足现有检测需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,该方法操作简便,测量结果精确、可靠,并降低了检测成本,因此本发明通过次声波检测油管、套管缺陷的方式能够满足现有检测需求,便于推广使用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,该方法包括以下步骤:
步骤一、设定声波测量步骤:利用次声波发生器从井口向井底产生次声波,井口仪表上的声波传感器接收次声波回波信号,次声波回波信号经用于检测油井油管和套管缺陷的控制器处理后得出次声波回波信号中的反射波信息,控制器记录反射波的信号幅值Mun并计算反射波的深度Hun;其中,u为次声波测量次数的序号,1≤u≤3,n为反射波深度的序号,n 为正整数且n≥1;
步骤二、声波的测量:
步骤201、第一次声波测量:将油管的压力设置为PY1,套管的压力设置为PT1,然后进行第一次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H11,H12,…,H1n,对应的信号幅值分别为M11,M12,…,M1n;
步骤202、第二次声波测量:将油管的压力增大至PY2,套管的压力PT1保持不变,然后进行第二次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H21,H22,…,H2n,对应的信号幅值分别为M21,M22,…,M2n;
步骤203、第三次声波测量:将油管的压力降低至PY1,套管的压力增大至PT2,然后进行第三次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H31,H32,…,H3n,对应的信号幅值分别为M31,M32,…,M3n;
步骤三、油管上固有点位置的排除:
所述固有点包括接箍、液面、变径和音标;
其中,1≤i≤n,g为固有点的信号幅值变化率的绝对值的阈值;
步骤四、油管缺陷、套管缺陷位置的确定;
其中,1≤q<n,1≤p<n,q≠i,p≠i;
其中,k为比例常数,t1为套管缺陷的信号幅值变化率的绝对值的阈值。
上述的一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,其特征在于:所述次声波发生器为高压气源罐,高压气源罐内设有高压气体。
上述的一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,其特征在于:所述0.04≤g≤0.06, 0.003≤y1≤0.007,0.04≤y2≤0.06,0.03≤t1≤0.06,k=x±0.1,x为正整数。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明提供的利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,通过预先设置的控制程序自动进行数据处理,该处理过程无需人工参与,因此减少了人为因素带来的误差,本发明的方法操作简便,提高了检测结果的准确性以及检测过程的效率。
2、通过三次不同油管压力和套管压力条件下的回波检测,经计算、对比来识别油管、套管缺陷点,这种方法易于操作,克服了常规方法存在小泄漏缺陷点信号幅值小无法识别,以及油管泄漏和套管泄漏无法区分的缺点,进一步使得测量结果精确、可靠,因此本发明通过次声波检测油套管缺陷的方式能够满足现有检测需求。
3、油井油管、套管缺陷检测装置由井口仪表和控制器两部分组成,实现了测量与计算控制装置的分离安置;测量时,只需要在控制器上进行操作,使得现场工作人员远离了油井井口和节流管汇等危险区域,降低了工作人员受到伤害的风险;次声波检测原理简单,提高了油套管泄漏检测的便利性,降低了检测成本。
综上所述,本发明的方法操作简便,测量结果精确、可靠,并降低了检测成本,因此本发明通过次声波检测油管、套管缺陷的方式能够满足现有检测需求,便于推广使用。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的油井油管、套管缺陷检测装置的结构示意图。
图2为本发明的方法流程框图。
附图标记说明:
1—井口仪表; 2—控制柜; 3—油井;
4—油管; 5—套管; 6—接箍;
7—液面; 8—变径; 9—音标;
10—油管缺陷; 11—套管缺陷; 12—油管压力传感器;
13—去油管。
具体实施方式
如图1所示,本发明采用的油井油管、套管缺陷检测装置包括通过连接管线相连接的井口仪表1和控制柜2,连接管线包括RS485线和气管线,RS485线为信号线,气管线为高压气体的输送管线。井口仪表1和控制柜2实现了测量与计算控制装置的分离安置,测量时,只需要在控制柜2上进行操作,使得现场工作人员远离了油井3井口和节流管汇的危险区域,降低了工作人员受到伤害的风险。
控制柜2内设有控制器、触控显示屏和次声波发生器。控制器为计算机主机;触控显示屏与控制器电性连接,现场的技术人员可以通过触控显示屏对该检测装置进行控制以及启动测量程序,同时还可以进行相关参数的设置、查看历史记录、数据导出等操作。
次声波发生器为高压气源罐,高压气源罐内设有高压气体。次声波发生器的声波输出端通过连接管线与油套环空管道连接。控制器控制高压气源罐的电磁阀释放高压气体,高压气体产生次声波用于油管缺陷10和套管缺陷11的检测。
井口仪表1包括设置在油管4管路上的流量调节电磁阀和油管压力传感器12、以及设置在油套环空管道内的声波传感器和套管压力传感器,油管4一端伸入油井3内,另一端与去油管13连接,流量调节电磁阀、高压气源罐的电磁阀、油管压力传感器12、套管压力传感器和声波传感器均与控制器电性连接。
通过流量调节电磁阀能够改变油管4内的流量,进而改变油管4和套管5的压力,通过油管压力传感器12能够及时掌握当前油管压力的数值,通过套管压力传感器能够及时掌握当前套管压力的数值。通过检测不同压力下的次声波回波信号,能够为后期的数据分析提供依据。声波传感器用于接收次声波的反射波信号,并转化成为电信号。
如图1和图2所示的一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,包括以下步骤:
步骤一、设定声波测量步骤:利用次声波发生器从井口向井底产生次声波,井口仪表1上的声波传感器接收次声波回波信号,次声波回波信号经用于检测油井3的油管缺陷10和套管缺陷11的处理后得出次声波回波信号中的反射波信息,记录反射波的信号幅值Mun并计算反射波的深度Hun;其中,u为次声波测量次数的序号,1≤u≤3,n为反射波深度的序号,n为正整数且n≥1;
次声波发生器产生次声波脉冲信号,次声波具有不容易衰减、不易被水和空气吸收等特点,因此可以在油套管环空中传播较远距离;产生的次声波沿油井3的油管4与套管5之间的环空传播,传播路径的横截面积增加会产生反射波(横截面积增加即扩径,例如遇到油管4上接箍6形成接箍的次声波回波信号),井口仪表1中的声波传感器接收次声波回波信号,并将其转化成为电信号,反射波的波形与原声波的极性相反,并且截面积变化越大,反射波的幅度越大;当次声波遇到油套管缺陷点时,油套管缺陷位置使得反射波的幅度发生突变;通过对反射波深度和信号幅值进行分析,并对比该井的油套管记录,能够分析和识别出油套管泄露时的缺陷点的类型,并确定其深度。
步骤二、声波的测量:
步骤201、第一次声波测量:通过流量调节电磁阀改变油管4内的流量,将油管的压力设置为PY1,套管的压力设置为PT1,然后进行第一次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H11,H12,…,H1n,对应的信号幅值分别为M11,M12,…,M1n;
步骤202、第二次声波测量:通过流量调节电磁阀改变油管4内的流量,将油管的压力增大至PY2,套管的压力PT1保持不变,然后进行第二次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H21,H22,…,H2n,对应的信号幅值分别为M21,M22,…,M2n;
步骤203、第三次声波测量:通过流量调节电磁阀改变油管4内的流量,将油管的压力降低至PY1,套管的压力增大至PT2,然后进行第三次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H31,H32,…,H3n,对应的信号幅值分别为M31,M32,…,M3n;
油管压力PY1和PY2,套管压力PT1和PT2单位均为:Pa。
测量时只需要改变油管压力和套管压力,就可以得到不同压力条件下的回波信号,进而便于后期的数据分析。
上述PY2、PT2均不超过油管4和套管5的压力承受极限。
对三次声波测量的结果进行统计中,H1n表示第1次测量时反射波的第n个深度值;H2n表示第2次测量时反射波的第n个深度值;H3n表示第3次测量时反射波的第n个深度值;M1n表示第1次测量时反射波的第n个深度值对应的信号幅值;M2n表示第2次测量时反射波的第n个深度值对应的信号幅值;M3n表示第3次测量时反射波的第n个深度值对应的信号幅值。
步骤三、油管4上的固有点位置的排除:
所述固有点包括接箍6、液面7、变径8和音标9;
其中,1≤i≤n,g为固有点的信号幅值变化率的绝对值的阈值;
单根油管4长度均为10m左右,且其上的固有点位置不发生变化;在三次不同油管压力和套管压力的条件下,接箍6的反射波信号反映在声波回波信号中的时间间隔基本相等,对应的信号幅值呈等比例变化,因此接箍6在声波回波信号的波形图上容易辨识,通过与接箍6的实际位置记录进行对比,能够准确判断接箍6的位置;以此类推,识别液面7反射波信号、变径8反射波信号和音标9反射波信号,由该特点可以从声波回波信号数据中排除相应深度的接箍6、液面7、变径8和音标9的声波回波信号。
在排除固有点的剩余声波回波信号数据中判断油管缺陷和套管缺陷的位置,由于声波回波信号中缺陷点的信号幅值变化较大,因此可根据油管缺陷10的信号幅值和套管缺陷11的信号幅值来识别油套管泄漏时的缺陷点的类型,并确定其深度。
步骤四、油管缺陷10和套管缺陷11位置的确定;
其中,1≤q<n,1≤p<n,q≠i,p≠i;
其中,,为第q个深度处第二次声波测量的信号幅值相较于第一次声波测量的信号幅值变化率与第二次声波测量相对于第一次声波测量的油管4压力的变化率差值的绝对值的阈值,为油管缺陷10的信号幅值变化率的绝对值的阈值;
在套管压力不变的情况下,增加油管压力,会使油管4缺陷量加重,液体在油套环空所形成的泄漏面也会增加;泄漏面反映在声波回波信号中就是异常点信号幅值的增加。在一定范围内,油管4内外压差越大,泄漏点处液体泄漏形成的横截面积变化越大,即压差与横截面积同比例变化;声波传播路径上的横截面积变化越大,所形成的反射波的信号幅值越大,所以横截面积与反射波的信号幅值为同比例变化。因此,油管4内外压差的变化会引起泄漏点横截面积发生变化,进而影响泄漏点的反射波幅值发生变化,所以油管压力的变化率和反射波的信号幅值的变化率近似相等。
其中,k为比例常数,t1为套管缺陷11的信号幅值变化率的绝对值的阈值。
在油管压力不变的情况下,增加套管压力,会使套管5的泄漏量减小,液体在油套环空所形成的泄漏面也会减小,泄漏面反映在声波回波信号中就是异常点信号幅值的减小。在一定范围内,套管5内外压差越大,泄漏点处液体泄漏形成的横截面积变化越大,即压差与横截面积同比例变化;声波传播路径上的横截面积变化越大,所形成的反射波的信号幅值越大,所以横截面积与反射波的信号幅值为同比例变化。因此,套管5内外压差的变化会引起泄漏点横截面积发生变化,进而影响泄漏点反射波幅值发生变化,所以套管压力的变化率和反射波的信号幅值的变化率近似相等。
泄漏量较小时,套管缺陷11的声波回波信号幅值较小,因此可以通过降低套管压力使泄漏量增加,进而使套管缺陷11的声波回波信号幅值相应增加;当油管缺陷10的声波回波信号幅值较小时,可以通过降低套管压力或增加油管压力使泄漏量增加,进而使油管缺陷10的声波回波信号幅值相应增加;通过这种可控的方式,就可以准确检测泄漏量较小时的缺陷点。
套管缺陷11和油管缺陷10不易区分时,可通过设置不同的套管压力和油管压力进行组合来判断泄漏点。例如,保持套管压力不变,增加油管压力,使得套管缺陷11的声波回波信号幅值保持不变,油管缺陷10的声波回波信号幅值增加;同理,保持油管压力不变,增加套管压力,使得套管缺陷11的声波回波信号幅值增加,油管缺陷10的声波回波信号幅值基本保持不变。这样就能够区分出套管缺陷11和油管缺陷10。
本实施例中,所述0.04≤g≤0.06, 0.003≤y1≤0.007,0.04≤y2≤0.06,0.03≤t1≤0.06,k=x±0.1,x为正整数。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、设定声波测量步骤:利用次声波发生器从井口向井底产生次声波,井口仪表(1)上的声波传感器接收次声波回波信号,次声波回波信号经用于检测油井(3)的油管缺陷(10)和套管缺陷(11)的控制器处理后得出次声波回波信号中的反射波信息,控制器记录反射波的信号幅值Mun并计算反射波的深度Hun;其中,u为次声波测量次数的序号,1≤u≤3,n为反射波深度的序号,n 为正整数且n≥1;
步骤二、声波的测量:
步骤201、第一次声波测量:将油管(4)的压力设置为PY1,套管(5)的压力设置为PT1,然后进行第一次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H11,H12,…,H1n,对应的信号幅值分别为M11,M12,…,M1n;
步骤202、第二次声波测量:将油管(4)的压力增大至PY2,套管(5)的压力PT1保持不变,然后进行第二次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H21,H22,…,H2n,对应的信号幅值分别为M21,M22,…,M2n;
步骤203、第三次声波测量:将油管(4)的压力降低至PY1,套管(5)的压力增大至PT2,然后进行第三次声波测量,得到的反射波深度从上到下依次为H31,H32,…,H3n,对应的信号幅值分别为M31,M32,…,M3n;
步骤三、油管(4)上固有点位置的排除:
所述固有点包括接箍(6)、液面(7)、变径(8)和音标(9);
其中,1≤i≤n,g为固有点的信号幅值变化率的绝对值的阈值;
步骤四、油管缺陷(10)、套管缺陷(11)位置的确定;
其中,1≤q<n,1≤p<n,q≠i,p≠i;
其中,,为第q个深度处第二次声波测量的信号幅值相较于第一次声波测量的信号幅值变化率与第二次声波测量相对于第一次声波测量的油管(4)压力的变化率差值的绝对值的阈值,为油管缺陷(10)的信号幅值变化率的绝对值的阈值;
其中,k为比例常数,t1为套管缺陷(11)的信号幅值变化率的绝对值的阈值。
2.按照权利要求1所述的一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,其特征在于:所述次声波发生器为高压气源罐,高压气源罐内设有高压气体。
4.按照权利要求1所述的一种利用次声波检测油井油管、套管缺陷的方法,其特征在于:步骤三中,0.04≤g≤0.06;步骤四中,0.003≤y1≤0.007,0.04≤y2≤0.06,0.03≤t1≤0.06,k=x±0.1,x为正整数。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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