套管损坏及井下落物的检测技术研究.doc

辽河石油勘探局 科技项目立项建议书 项目名称：采油工艺技术研究 课题名称：井下落物及套管损坏超声成像探查技术研究 项目建议人：高歌军 申报单位：高升工程技术处 主要协作单位：中国科学院声学研究所 起止时间： 2007年1月1日至2008年12月31日 辽河石油勘探局科技发展部编制 2007年1月 5日填 项目概要 每年高升油田大修、小修队伍处理井下落物及破损管材油井近20口左右，对于井下落物部位的准确打捞施工是一大难题，打捞前我们需要对井下落物的形状进行分析和判断，常采用打铅印的方法，通过铅印上的印记判断落物鱼顶的状况，但落物的形状难以真实判断，这种方法很不直观，采用专用工具打捞不能够一次成功甚至容易出现了二次责任事故。对于套管损坏井及出水层位的找漏施工每年工作量在25口井左右，我们需要对套管井的漏点准确部位进行查找，需要提供出套管井的裂缝和穿孔位置、套管腐蚀情况等信息。目前，常规的套管漏点检测方法都难以给出较好的检测效果，检测结果的分辨率比较低，误差比较大。 针对目前套管损坏井及落物描述检测的实际困难，我们提出开展井下落物及套管损坏超声成像探查技术研究课题，采用超声相控阵换能器探头发射和接收信号，换能器探头由具有多个阵元的压电材料组成，每一个阵元可以单独发射和接收声信号。利用电子发射和接收电路，通过控制每一阵元发射脉冲的时延，能对套管井周围进行逐点查扫，利用聚焦接收和波束合成等信号处理技术，不仅能分辨出套管腐蚀和套管内外壁的变化情况，而且能对套管裂缝、微孔、螺纹、套管壁厚、射孔位置等进行定量检测，能快速地呈现出整个套管内的扫描图像，对探测井下落物，在仪器前方再安置一个相控阵探头，通过向井前方辐射相控声场，同样也能快速呈现出正前方的扫描检测图像，能迅速确定井下落物的形状、位置，大大缩短修井作业工期，从而提高目前修井作业生产时效。 立项的必要性及意义 套管井下落物形状描述及漏点查找是一个十分重要的问题，目前的检测技术（如井下电视及井下声波成像等）在辽河油田都难以给出满意的结果。辽河油田是以稠油开采为主的特种油田，井内介质非常复杂，多为油污、杂质和泥浆等成分构成的混合物，具有很大的声波衰减特性，这些原因使得井下电视等检测仪器检测效果很不理想，不能得到较高分辨率的检测图像，对于比较小的裂缝和微孔等缺陷常常检测不到。由于井下落物形状比较复杂通过常规的打铅印无法准确判断其形状，使大修井施工周期较长并且容易造成二次井下事故。而超声相控阵检测技术是采用电子手段进行聚焦发射和聚焦接收的新型探测技术，能方便地控制声束的形状和方向，对整个套管周围及正前方进行逐点查扫和成像，极大地提高信号信噪比和图像分辨率。 鉴于目前套管找漏及井下落物形状描述方法，常规检测不能满足生产需要，而相控阵检测技术具有其独特优势，因此开展本项目研究是非常必要的。相控阵探测技术在其它领域都取得了许多成功的应用，相控阵技术在修井工艺技术中的应用随着计算机技术的快速发展必将成为可能。本项目的研究成功将大大地提高井下探测技术，能方便快速地对井下套管及井下落物进行检测，具有重要的科学意义和极大的经济价值，对辽河油田的稳产开发具有十分重要的意义。 国内外技术现状及市场需求分析 目前国际上的井下电视和井下声波成像的换能器探头都是平面活塞和凹面的压电陶瓷结构，这种探头具有两个缺陷：第一，虽然能逐点扫描，但不能控制焦点的位置，即焦点的位置是固定的，不能随着井壁或套管壁的变化来调整焦点，不能对声束进行控制，不能实现动态聚焦，从而不能很好地使声场能量聚焦在需要查扫的地方。对于井壁变化比较大的井眼，测试的效果不理想，对于大小不同的井眼，需要更换换能器探头，使用起来很不方便；第二，对接收信号不能进行相控叠加，不能实现聚焦接收和波束合成等技术，从而得到的信号信噪比很低。而环形相控阵技术不存在这两个问题，第一，环形相控阵探头的焦点通过每一阵元的时延进行任意控制，能很方便地控制声束的形状和方向，总能使声场能量聚焦在指定的地点，对于井壁变化比较大的井眼和不同半径的井眼都能适用，第二，环形相控阵采用聚焦接收和波束合成等信号处理技术，能极大地提高信号信噪比及图像分辨率。 国内常规井下超声扫描成像仪器有几种，如USI、UBI、UCI、CAST、CBIL等，这些仪器的探头为不聚焦的换能器，多为平面结构，USI就是一种不聚焦探头，这种换能器的辐射声场没有聚焦特性，因而探测图像的分辨率比较低，一般只能适用于大范围内的探测，不能进行小范围内的精细分析。由于泥浆和原油中的声波衰减系数比较大，声波频率不能过高，但频率过低会导致图像分辨率下降，因此，无论是不聚焦的还是聚焦的换能器探头在井下探测中都存在低信噪比的问题，而且分辨率也有待进一步提高，很多情况下不能满足实