脈沖互感式接箍檢測(cè)器在污水處理流量計(jì)的應(yīng)用

摘要：在污水處理流量計(jì)測(cè)井中，套管的接箍曲線作為常規(guī)的測(cè)井資料進(jìn)行測(cè)量，用于測(cè)井曲線深度校正。由于污水處理流量計(jì)的測(cè)井工藝所限，使污水處理流量計(jì)中磁性定位器的測(cè)井效果一直不好，影響測(cè)井資料質(zhì)量。文章簡(jiǎn)述了磁性定位器和脈沖互感式接箍檢測(cè)器的測(cè)井原理，說明了傳統(tǒng)磁性定位器存在的弊端和脈沖互感式接箍檢測(cè)器的技術(shù)特點(diǎn)，并通過測(cè)井對(duì)比試驗(yàn)，展示了用脈沖互感式接箍檢測(cè)器取代污水處理流量計(jì)中磁性定位器的應(yīng)用效果。
污水處理流量計(jì)測(cè)井儀用于聚合物驅(qū)注入剖面測(cè)井，在油田生產(chǎn)開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。然而，在污水處理流量計(jì)測(cè)井中磁性定位器不能錄取到合格的磁性定位曲線，這個(gè)問題多年來一直是困擾在從事污水處理流量計(jì)測(cè)井的現(xiàn)場(chǎng)操作人員和從事污水處理流量計(jì)測(cè)井資料解釋人員的一個(gè)難題。為了解決這個(gè)難題，我們從磁性定位器的測(cè)井原理入手，找出磁性定位器在電磁流量測(cè)井工藝中所存在的弊端。傳統(tǒng)磁性定位器采用磁鋼加線圈的方法，通過儀器相對(duì)井壁移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在接箍位置檢測(cè)線圈中的磁場(chǎng)重新分布，被動(dòng)地使接收線圈產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，從而達(dá)到檢測(cè)接箍的目的，這種方法受測(cè)速和儀器居中等因素的影響而無法克服。脈沖互感式接箍檢測(cè)器采用主動(dòng)的脈沖磁激勵(lì)互感方法，達(dá)到檢測(cè)套管接箍的目的。這種方法受測(cè)速和居中的影響很小，不僅滿足一般測(cè)井的需要，也比較適用于電磁流量測(cè)井工藝中。
1、傳統(tǒng)磁性定位器測(cè)井原理
常規(guī)磁性定位器是由兩個(gè)永久磁鋼和一個(gè)檢測(cè)線圈組成，當(dāng)儀器沿井身移動(dòng)時(shí)，由于儀器周圍介質(zhì)的磁阻發(fā)生變化，使通過線圈的磁力線重新分布，磁通密度發(fā)生變化，使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，大小根據(jù)電磁感應(yīng)定律為：

即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁通量的時(shí)間變化率的負(fù)值，它的大小與介質(zhì)磁阻的變化、測(cè)速、磁場(chǎng)強(qiáng)度及線圈尺寸有關(guān)。
2、傳統(tǒng)磁性定位器存在弊端
2.1儀器居中的影響
當(dāng)測(cè)井工藝要求下井儀器居中測(cè)井時(shí)，儀器距井壁有一定的距離，在測(cè)井速度一定的情況下，儀器通過接箍時(shí)檢測(cè)線圈內(nèi)磁通量變化量要比貼靠井壁時(shí)的磁通量變化量小，線圈輸出感生電動(dòng)勢(shì)的幅度低，減小了信噪比，降低了磁性定位器對(duì)接箍的分辨率。
2.2管柱內(nèi)徑的影響
同樣是在居中和測(cè)井速度一定的情況下，在直徑大的管柱內(nèi)測(cè)井時(shí)，線圈中磁通量的變化量要比在直徑小的管柱內(nèi)小，線圈輸出的感生電動(dòng)勢(shì)幅度降低，輸出信號(hào)的信噪比小，接箍的分辨率差。
2.3測(cè)井速度的影響
不管是貼近井壁的測(cè)井工藝還是居中的測(cè)井工藝，如果測(cè)井速度快，磁性定位器通過接箍時(shí)，其線圈內(nèi)部磁通量變化率大，輸出感生電動(dòng)勢(shì)高；反之測(cè)井速度慢，磁通量變化率小，輸出感生電動(dòng)勢(shì)低。因此，測(cè)井速度不同、磁性定位器的分辨率也不同。
在測(cè)井過程中，當(dāng)管柱狀況、測(cè)井速度、靠近井壁和儀器居中等因素發(fā)生變化時(shí)，這種磁性定位器對(duì)接箍的分辨率也隨之發(fā)生變化，改變了信噪比，影響測(cè)井資料的質(zhì)量。這就是磁鋼加線圈檢測(cè)方法的弊端所在。
3、脈沖互感式接箍檢測(cè)器測(cè)井原理
脈沖互感式接箍檢測(cè)器的物理基礎(chǔ)是法拉*電磁感應(yīng)定律，其檢測(cè)方法是：給傳感器激勵(lì)線圈提供一個(gè)直流電脈沖，在脈沖維持期，激勵(lì)線圈周圍產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定磁場(chǎng)，當(dāng)直流脈沖停止后，這個(gè)穩(wěn)定磁場(chǎng)在油管和套管中便產(chǎn)生沿套管壁旋轉(zhuǎn)的環(huán)形感生電流，該感生電流在套管內(nèi)部產(chǎn)生次生磁場(chǎng)，這個(gè)次生磁場(chǎng)便使傳感器檢測(cè)線圈產(chǎn)生一個(gè)**間而衰減的感生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)激勵(lì)線圈的直流電流一定時(shí)，檢測(cè)線圈中感生電動(dòng)勢(shì)的大小和線圈周圍油管或套管的厚度、形狀、幾何位置以及磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率有關(guān)。當(dāng)管柱的幾何位置、磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率相對(duì)不變時(shí)，而在接箍位置管柱的形狀(厚度增加)有明顯的變化，降低了磁阻，增加了沿套管壁旋轉(zhuǎn)的環(huán)形感生電流強(qiáng)度，由感生電流產(chǎn)生的次生磁場(chǎng)強(qiáng)度加強(qiáng)，提高了檢測(cè)線圈中感生電動(dòng)勢(shì)的幅度，因此對(duì)檢測(cè)線圈感生電動(dòng)勢(shì)的處理和記錄，便可獲得接箍曲線。
4、脈沖互感式接箍檢測(cè)器技術(shù)特點(diǎn)
(1)在儀器居中和測(cè)井速度比較慢(50m/h～100m/h)的條件下，該儀器對(duì)油套管接箍具有較好的分辨率，因此，可應(yīng)用到低速居中的測(cè)井工藝中。
(2)該儀器能夠?qū)苤苌頎顩r進(jìn)行檢查，能夠定性地給出管柱的變形、腐蝕、裂縫、管壁厚度和內(nèi)徑變化等信息。(3)適應(yīng)于范圍較寬的測(cè)井速度(50m/h～1200m/h)。
(4)適應(yīng)于管柱直徑:50mm～320mm。
(5)適應(yīng)于管壁厚度:3mm～12mm。
5、測(cè)井對(duì)比試驗(yàn)
為了能充分說明脈沖互感式接箍檢測(cè)器在污水處理流量計(jì)中的應(yīng)用效果，我們分別在三種不同管柱類型的井中進(jìn)行了測(cè)井對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)過程是先用帶有磁性定位器的污水處理流量計(jì)進(jìn)行測(cè)井，磁性定位器用模擬量輸出；然后用脈沖互感式接箍檢測(cè)器替換污水處理流量計(jì)計(jì)中的磁性定位器，檢測(cè)器用正脈沖輸出，分別以100m/h、500m/h、800m/h和1200m/h的測(cè)速進(jìn)行測(cè)井，錄取多條曲線。從測(cè)井結(jié)果看，脈沖互感式接箍檢測(cè)器分辨率比較高，曲線重復(fù)性比較好。
5.1在套管井中測(cè)井對(duì)比試驗(yàn)
圖1是在拉15-丙XXX套管井中的測(cè)井曲線對(duì)比圖。

測(cè)井條件是套管內(nèi)徑124.6mm，平均測(cè)速90m/h，儀器居中測(cè)井。圖1中右側(cè)是原磁性定位器測(cè)井曲線，左側(cè)是用脈沖互感式接箍檢測(cè)器替換污水處理流量計(jì)中磁性定位器后的測(cè)井曲線。左側(cè)曲線套管接箍顯示清楚，管外扶正器也從曲線中顯示出來，在799m～803m之間是個(gè)套管短接。右側(cè)曲線有干擾，接箍多處丟失，如果沒有對(duì)比是很難確定曲線上哪個(gè)是接箍。
5.2在配注中測(cè)井對(duì)比試驗(yàn)
圖2是在中40-PXX配注井中的測(cè)井曲線。測(cè)試條件是儀器在油管和配注工具內(nèi)居中測(cè)井。左側(cè)是原磁性定位曲線，測(cè)井速度90m/h，曲線干擾嚴(yán)重，無法辨別出接箍和工具的設(shè)置情況。右側(cè)是更換后的接箍曲線，測(cè)井速度1200m/h，在 997m以上是油管段，各接箍位置清楚，在997m以下是工具段，各工具顯示清楚。在1006m～1007m和1032m～1034m兩處是Φ114mm封堵器；在1016m～1018m和1043m～1045m兩處分別是Φ54mm和Φ56mm的配水器短接，因其內(nèi)徑小而幅度高；1018m～1023m是5個(gè)配接短接。

5.3在籠統(tǒng)聚驅(qū)井中測(cè)井對(duì)比試驗(yàn)
圖3是在中31- PXX籠統(tǒng)聚驅(qū)井中的測(cè)井曲線。測(cè)試條件是井內(nèi)既有油管又有套管。在1124m以上是內(nèi)徑為62mm油管段 ，以下是內(nèi)徑為124.6mm的套管段，儀器居中測(cè)井。左側(cè)是原磁性定位曲線，在油管段測(cè)速是900m/h，曲線有部分干擾；在套管段測(cè)速是90m/h，接箍曲線幅度低，部分接箍不能確定其具體位置。右側(cè)是更換后的接箍曲線，測(cè)井速度 100m/h，在油管段由于管柱內(nèi)徑小，曲線整體幅度高，接箍顯示清楚，1113m～1115m之間是封堵器，1124m處是油管喇叭口；在套管段由于管柱內(nèi)徑大，曲線整體幅度低，接箍顯示清楚。圖中不僅清楚地顯示出油管和套管的接箍位置，而且還能通過管柱內(nèi)徑的變化反映出不同的管柱結(jié)構(gòu)。

6、結(jié)束語
傳統(tǒng)磁性定位器和脈沖互感式接箍檢測(cè)器的物理基礎(chǔ)都是法拉*電磁感應(yīng)定律，但二者的檢測(cè)方式不同。前者通過儀器和井壁的相對(duì)移動(dòng)，使線圈中的磁通量發(fā)生變化來產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)；后者是通過激勵(lì)線圈在管柱周身產(chǎn)生感生電流，再由感生電流產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)在檢測(cè)線圈中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。前者是被動(dòng)的檢測(cè)方式，后者是主動(dòng)的檢測(cè)方式。測(cè)速和居中等影響前者分辨率的因素，對(duì)后者幾乎沒有影響。通過上述測(cè)井對(duì)比實(shí)驗(yàn)，說明脈沖互感式接箍檢測(cè)器有效地克服了傳統(tǒng)磁性定位器存在的弊端，并在污水處理流量計(jì)測(cè)井儀中得到了很好的應(yīng)用，是傳統(tǒng)磁性定位器的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

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