CN114216840B - 一种分布式套管腐蚀实时监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式套管腐蚀实时监测系统，包括：位于地面以下的井筒套管；安装在井筒套管上方地面的发射回线装置，作为发射源发射一次磁场；安装在钢缆上的探头，用于接收井筒套管产生的二次磁场响应信号；钢缆，用于探头的固定；绞车，用于钢缆的下放和回收；安装在钢缆上的数据传输线，用于传输探头接收到的二次磁场响应信号；安装于地面且位于发射回线装置附近的接收机，用于将数据传输线接收到的二次磁场响应信号处理汇总成二次电磁响应曲线。本发明提供的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，基于地‑井瞬变电磁法，能够实现对套管腐蚀的监测，具有高效化、实时化、高准确性等优点，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及套管腐蚀监测技术领域，具体涉及一种分布式套管腐蚀实时监测系统。
背景技术
近年来，随着经济水平的不断提升，全球范围内的石油能源需求量不断增加，为满足庞大的市场需求，一些腐蚀环境严酷的油气田也相继投入开发，在苛刻的服役环境下，井筒套管损坏的现象日趋明显，损坏数量呈逐年上升趋势，从而导致油气井报废停产，影响油气田后期开采效能，造成人力、物力和财产的巨大损失，严重制约了油气田发展及开发效益的提高。腐蚀是套管损失的主要诱因，也是影响套管正常工作的关键因素，如大港油田某区块套管腐蚀达34.4％，造成严重的套管损坏；大庆油田套管损坏严重的井服役仅36个月就发生腐蚀破坏，腐蚀速率高达2.60mm/a。这些事件表明，对套管的腐蚀情况进行监测、及时掌握套管的腐蚀信息是至关重要的。而传统的监测方法(现场挂片)周期长、效率低，局限性较大，已无法满足日益增长的腐蚀监测需求，因此需要开发新的腐蚀监测技术。
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method-TEM)，是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法，是利用不接地线(磁性源)或接地导线(电性源)向地下发送一次脉冲场，在一次场关断期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，以实现地下电性结构调查的方法，被广泛应用于金属矿、油气田、煤田、地下水等领域的探测。地-井瞬变电磁法是在传统瞬变电磁法的基础上加以改进的一种方法，其基本原理是地面发射回线中的交变电流产生垂直方向的一次磁场；一次磁场与地下导电体作用产生随时间变化的感应电流，即二次电场；随时间变化的二次电场又激发出随时间变化的二次磁场。与传统瞬变电磁法相比，地-井装置优点更明显，一方面，接收传感器放置井中靠近腐蚀区域，对腐蚀引起的电性异常反应更加灵敏；另一方面，井中环境排除了人为干扰，噪声小，探测精度会更高。基于此，本发明针对套管腐蚀监测问题，提出了一种基于地-井瞬变电磁法的监测系统。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提出一种分布式套管腐蚀实时监测系统，基于地-井瞬变电磁法，能够实现对套管腐蚀的监测，具有高效化、实时化、高准确性等优点，应用前景广阔。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种分布式套管腐蚀实时监测系统，包括：
位于地面以下的井筒套管；
安装在井筒套管上方地面的发射回线装置，作为发射源发射一次磁场；
安装在钢缆上的探头，用于接收井筒套管产生的二次磁场响应信号；
钢缆，用于探头的固定；
绞车，用于钢缆的下放和回收；
安装在钢缆上的数据传输线，用于传输探头接收到的二次磁场响应信号；
安装于地面且位于发射回线装置附近的接收机，用于将数据传输线接收到的二次磁场响应信号处理汇总成二次电磁响应曲线。
作为本发明技术方案的优选，所述发射回线装置为多方位发射回线装置或单发射回线装置中的一种或两种。
作为本发明技术方案的优选，发射机回线装置包括发射机和发射回线；其中，发射机的最大输出电压和最大输出电流分别为250V、30A；发射回线边长不小于200m，且发射回线与井筒套管的最大距离不大于2000m。
作为本发明技术方案的优选，所述接收机的型号为IGGETEM-40B。
作为本发明技术方案的优选，所述探头包括一个横向探头和一个纵向探头。
作为本发明技术方案的优选，所述探头为感应式磁传感器，包括磁芯、线圈系统、骨架、外壳、硅胶密封层，所述线圈系统包绕在所述磁芯上，所述骨架包覆磁芯和线圈系统，所述外壳包覆所述骨架，所述骨架外面涂覆有所述硅胶密封层。
作为本发明技术方案的优选，所述线圈系统为差分式结构，由分段绕制的两组线圈构成，每组线圈由0.24mm的铜漆包线绕制得到。
作为本发明技术方案的优选，所述磁芯的材质为钴基非晶合金。
作为本发明技术方案的优选，所述骨架的材质为酚醛树脂，所述外壳为金属圆筒。
作为本发明技术方案的优选，所述横向探头的两侧中部均连接有扶正器，所述纵向探头的两端均连接有扶正器，所述扶正器的另一端与钢缆连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)现有技术主要采用的是现场挂片试验技术监测套管腐蚀情况(即将处理后的试验挂片放入井筒套管中，一段时间后取出挂片，计算其腐蚀速率，观察腐蚀形貌，分析腐蚀产物，从而实现对井筒套管腐蚀情况的监测)，本发明提出了一种基于地-井瞬变电磁法的分布式套管腐蚀实时监测系统，以铺设在地面的发射回线为发射源，提供关断的双极性阶跃电流，然后将专用探头置于井筒套管中的不同位置，接收不同位置的瞬变响应，通过对响应的定性分析和处理，获取套管的腐蚀信息，从而实现对井筒套管的实时腐蚀监测。
(2)本发明提供的一种分布式套管腐蚀实时监测系统中，本发明基于电磁感应原理，套管腐蚀后电导率降低，从而使电磁信号发生相应的变化，通过电磁信号的改变来判断腐蚀情况，精确度较高；电磁信号可以实时传输，对传输的数据进行及时地分析和处理，获取腐蚀信息，从而能够实现对套管的实时监测。
(3)本发明提供的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，可以根据实际需要，方便快捷地对井场中的多个井筒实施同步监测，实现监测的高效化。
(4)本发明提供的一种分布式套管腐蚀实时监测系统中，通过设置横向探头和纵向探头，探测不同方向上的电磁信号，结合两个不同方向的数据，进一步增加了监测结果的可靠性；而对于探头的具体结构，两组线圈分段绕制，减小了总的分布电容值；磁芯的材质为钴基非晶合金，导磁率高，保证了监测效果；骨架采用稳定性好，线膨胀系数小的酚醛树脂，外壳采用耐高温高压并具有高机械强度的金属圆筒，提高了探头装置工作的性能，稳定性高；探头的外侧密封一层硅胶，用于减小与套管碰撞时产生的震动，并起到一定的防腐隔热作用，从而保护探头，避免外界环境干扰，进一步提高监测的准确性。
总之，本发明提供的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，基于地-井瞬变电磁法，能够实现对套管腐蚀的监测，具有高效化(同时监测多个井筒套管)、实时化、高准确性等优点，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明监测系统结构示意图；
图2为本发明横向探头结构示意图；
图3为本发明纵向探头结构示意图；
图4为本发明井筒套管腐蚀前后二次电磁响应曲线示意图。
其中，1、井筒套管；2、发射回线装置；21、发射机；22、发射回线；3、探头；31、横向探头；32、纵向探头；33、磁芯；34、线圈系统；35、外壳；36、硅胶密封层；37、扶正器；4、钢缆；5、绞车；6、接收机。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和发明优势更加清楚阐述，以下将结合说明书附图对本发明做进一步详细讲解。
实施例1
参见图1～图3所示，一种分布式套管腐蚀实时监测系统，包括：
位于地面以下的井筒套管1；
安装在井筒套管1上方地面的发射回线装置2，作为发射源发射一次磁场；
安装在钢缆4上的探头3，用于接收井筒套管产生的二次磁场响应信号；
钢缆4，用于探头3的固定；
绞车5，用于钢缆4的下放和回收；
安装在钢缆4上的数据传输线，用于传输探头3接收到的二次磁场响应信号；
安装于地面且位于发射回线装置2附近的接收机6，用于将数据传输线接收到的二次磁场响应信号处理汇总成二次电磁响应曲线。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述发射回线装置2为多方位发射回线装置或单发射回线装置中的一种或两种，可以需要实际需要选择。本实施例中使用的发射回线装置2为单发射回线装置。发射机回线装置2包括发射机21和发射回线22，考虑到井筒套管地下埋置深度较大，本实施例中选择较大功率的发射机；其中，发射机21的最大输出电压和最大输出电流分别为250V、30A，发射回线22边长不小于200m，且发射回线22与井筒套管1的最大距离不大于2000m，避免信号强度不够以及体积效应的影响，从而能够及时接收相应的信号，保证监测的精确性和实时性。本实施例的监测系统可对井场内的多个井筒套管进行同步监测，为保证最佳的监测效果，发射回线22应布设在可同时覆盖多个井筒套管的中心位置。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述接收机6的型号为IGGETEM-40B，动态范围±10V，模数变换频率为500KHz。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述探头3包括一个横向探头31和一个纵向探头32。纵向探头用于探测纵向上的异常，而横向探头用于探测横向的异常，结合两个不同方向的数据进一步增加监测的可靠性。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述横向探头31的两侧中部均连接有扶正器37，所述纵向探头32的两端均连接有扶正器37，所述钢缆4与扶正器37的另一端连接，如此设置，钢缆4与两个探头3上下两端的扶正器37相连，扶正器37可使探头3保持平衡，避免在上升或下降过程中剧烈晃动。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述探头3为感应式磁传感器，包括磁芯33、线圈系统34、骨架(图中未示意)、外壳35、硅胶密封层36，所述线圈系统34包绕在所述磁芯33上，所述骨架包覆磁芯33和线圈系统34(即骨架将磁芯和线圈封闭起来)，所述外壳35包覆所述骨架(即外壳将骨架封闭起来)，所述骨架外面涂覆有所述硅胶密封层36。通过设置硅胶密封层36，用于减小与套管碰撞时产生的震动，并起到一定的防腐隔热作用，从而保护探头，避免外界环境干扰，提高监测的准确性。需要特别说明的是，本发明中的扶正器37与外壳35采用螺丝或卡扣等方式连接，本实施例中并不对具体的连接方式做具体限定。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述探头3还包括屏蔽层和电路(图中均未示意)；其中，屏蔽层起到屏蔽线圈之间的相互干扰；电路起到信号放大的作用，上述结构和材料均为现有技术，本实施例中并不对其具体的结构和设置做具体限定。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述线圈系统34为差分式结构，由分段绕制的两组线圈构成，每组线圈由0.24mm的铜漆包线绕制得到。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述磁芯33的材质为钴基非晶合金，具有较高的磁导率。
作为本实施例技术方案的进一步优选，所述骨架的材质为酚醛树脂，稳定性好、线膨胀系数小；所述外壳35为金属圆筒，可以耐高温高压，本发明并不对具体的金属材质种类做限定。
本发明监测系统工作原理：参见图4所示，腐蚀前，井筒套管完整，无腐蚀产物；腐蚀后井筒套管表面出现碳酸亚铁和铁氧化物腐蚀层，电导率降低，从而影响电磁信号发生相应的变化；本发明提供的监测系统，利用通过地面发射回线中的交变电流产生垂直方向上的一次磁场，一次磁场与井筒套管作用后产生电场，电场随时间变化激发出二次磁场，通过探头接收二次磁场信号，再经过分析处理后得到相应的腐蚀信息，从而实现监测效果。本发明提供的监测系统，通过电磁信号的改变来判断腐蚀情况，精确度较高；电磁信号可以实时传输，对传输的数据进行及时地分析和处理，获取腐蚀信息，从而能够实现对套管的实时监测。此外，本发明可方便快捷地对井场中的多个井筒实施同步监测。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，包括：
位于地面以下的井筒套管(1)；
安装在井筒套管(1)上方地面的发射回线装置(2)，作为发射源发射一次磁场；
安装在钢缆(4)上的探头(3)，用于接收井筒套管产生的二次磁场响应信号；
钢缆(4)，用于探头(3)的固定；
绞车(5)，用于钢缆(4)的下放和回收；
安装在钢缆(4)上的数据传输线，用于传输探头(3)接收到的二次磁场响应信号；
安装于地面且位于发射回线装置(2)附近的接收机(6)，用于将数据传输线接收到的二次磁场响应信号处理汇总成二次电磁响应曲线；
其中，所述探头(3)包括一个横向探头(31)和一个纵向探头(32)；
其中，所述探头(3)为感应式磁传感器，包括磁芯(33)、线圈系统(34)、骨架、外壳(35)、硅胶密封层(36)，所述线圈系统(34)包绕在所述磁芯(33)上，所述骨架包覆磁芯(33)和线圈系统(34)，所述外壳(35)包覆所述骨架，所述骨架外面涂覆有所述硅胶密封层(36)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，所述发射回线装置(2)为多方位发射回线装置或单发射回线装置中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，发射机回线装置(2)包括发射机(21)和发射回线(22)；其中，发射机(21)的最大输出电压和最大输出电流分别为250V、30A；发射回线(22)边长不小于200m，且发射回线(22)与井筒套管(1)的最大距离不大于2000m。
4.根据权利要求1所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，所述接收机(6)的型号为IGGETEM-40B。
5.根据权利要求1所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，所述线圈系统(34)为差分式结构，由分段绕制的两组线圈构成，每组线圈由0.24mm的铜漆包线绕制得到。
6.根据权利要求5所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，所述磁芯(33)的材质为钴基非晶合金。
7.根据权利要求6所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，所述骨架的材质为酚醛树脂，所述外壳(35)为金属圆筒。
8.根据权利要求7所述的一种分布式套管腐蚀实时监测系统，其特征在于，所述横向探头(31)的两侧中部均连接有扶正器(37)，所述纵向探头(32)的两端均连接有扶正器(37)，所述扶正器(37)的另一端与钢缆(4)连接。
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