脈沖互感式接箍檢測器在污水處理流量計的應用
點擊次數：2606 發布時間：2020-08-10 07:58:55
摘要：在污水處理流量計測井中，套管的接箍曲線作為常規的測井資料進行測量，用于測井曲線深度校正。由于污水處理流量計的測井工藝所限，使污水處理流量計中磁性定位器的測井效果一直不好，影響測井資料質量。文章簡述了磁性定位器和脈沖互感式接箍檢測器的測井原理，說明了傳統磁性定位器存在的弊端和脈沖互感式接箍檢測器的技術特點，并通過測井對比試驗，展示了用脈沖互感式接箍檢測器取代污水處理流量計中磁性定位器的應用效果。
污水處理流量計測井儀用于聚合物驅注入剖面測井，在油田生產開發中發揮著重要作用。然而，在污水處理流量計測井中磁性定位器不能錄取到合格的磁性定位曲線，這個問題多年來一直是困擾在從事污水處理流量計測井的現場操作人員和從事污水處理流量計測井資料解釋人員的一個難題。為了解決這個難題，我們從磁性定位器的測井原理入手，找出磁性定位器在電磁流量測井工藝中所存在的弊端。傳統磁性定位器采用磁鋼加線圈的方法，通過儀器相對井壁移動，實現在接箍位置檢測線圈中的磁場重新分布，被動地使接收線圈產生感生電動勢，從而達到檢測接箍的目的，這種方法受測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器采用主動的脈沖磁激勵互感方法，達到檢測套管接箍的目的。這種方法受測速和居中的影響很小，不僅滿足一般測井的需要，也比較適用于電磁流量測井工藝中。
1、傳統磁性定位器測井原理
常規磁性定位器是由兩個永久磁鋼和一個檢測線圈組成，當儀器沿井身移動時，由于儀器周圍介質的磁阻發生變化，使通過線圈的磁力線重新分布，磁通密度發生變化，使線圈中產生感應電動勢，大小根據電磁感應定律為：
即感應電動勢等于磁通量的時間變化率的負值，它的大小與介質磁阻的變化、測速、磁場強度及線圈尺寸有關。
2、傳統磁性定位器存在弊端
2.1儀器居中的影響
當測井工藝要求下井儀器居中測井時，儀器距井壁有一定的距離，在測井速度一定的情況下，儀器通過接箍時檢測線圈內磁通量變化量要比貼靠井壁時的磁通量變化量小，線圈輸出感生電動勢的幅度低，減小了信噪比，降低了磁性定位器對接箍的分辨率。
2.2管柱內徑的影響
同樣是在居中和測井速度一定的情況下，在直徑大的管柱內測井時，線圈中磁通量的變化量要比在直徑小的管柱內小，線圈輸出的感生電動勢幅度降低，輸出信號的信噪比小，接箍的分辨率差。
2.3測井速度的影響
不管是貼近井壁的測井工藝還是居中的測井工藝，如果測井速度快，磁性定位器通過接箍時，其線圈內部磁通量變化率大，輸出感生電動勢高；反之測井速度慢，磁通量變化率小，輸出感生電動勢低。因此，測井速度不同、磁性定位器的分辨率也不同。
在測井過程中，當管柱狀況、測井速度、靠近井壁和儀器居中等因素發生變化時，這種磁性定位器對接箍的分辨率也隨之發生變化，改變了信噪比，影響測井資料的質量。這就是磁鋼加線圈檢測方法的弊端所在。
3、脈沖互感式接箍檢測器測井原理
脈沖互感式接箍檢測器的物理基礎是法拉*電磁感應定律，其檢測方法是：給傳感器激勵線圈提供一個直流電脈沖，在脈沖維持期，激勵線圈周圍產生一個穩定磁場，當直流脈沖停止后，這個穩定磁場在油管和套管中便產生沿套管壁旋轉的環形感生電流，該感生電流在套管內部產生次生磁場，這個次生磁場便使傳感器檢測線圈產生一個**間而衰減的感生電動勢。當激勵線圈的直流電流一定時，檢測線圈中感生電動勢的大小和線圈周圍油管或套管的厚度、形狀、幾何位置以及磁導率、電導率有關。當管柱的幾何位置、磁導率、電導率相對不變時，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的環形感生電流強度，由感生電流產生的次生磁場強度加強，提高了檢測線圈中感生電動勢的幅度，因此對檢測線圈感生電動勢的處理和記錄，便可獲得接箍曲線。
4、脈沖互感式接箍檢測器技術特點
(1)在儀器居中和測井速度比較慢(50m/h～100m/h)的條件下，該儀器對油套管接箍具有較好的分辨率，因此，可應用到低速居中的測井工藝中。
(2)該儀器能夠對管柱周身狀況進行檢查，能夠定性地給出管柱的變形、腐蝕、裂縫、管壁厚度和內徑變化等信息。(3)適應于范圍較寬的測井速度(50m/h～1200m/h)。
(4)適應于管柱直徑:50mm～320mm。
(5)適應于管壁厚度:3mm～12mm。
5、測井對比試驗
為了能充分說明脈沖互感式接箍檢測器在污水處理流量計中的應用效果，我們分別在三種不同管柱類型的井中進行了測井對比試驗。試驗過程是先用帶有磁性定位器的污水處理流量計進行測井，磁性定位器用模擬量輸出；然后用脈沖互感式接箍檢測器替換污水處理流量計計中的磁性定位器，檢測器用正脈沖輸出，分別以100m/h、500m/h、800m/h和1200m/h的測速進行測井，錄取多條曲線。從測井結果看，脈沖互感式接箍檢測器分辨率比較高，曲線重復性比較好。
5.1在套管井中測井對比試驗
圖1是在拉15-丙XXX套管井中的測井曲線對比圖。
測井條件是套管內徑124.6mm，平均測速90m/h，儀器居中測井。圖1中右側是原磁性定位器測井曲線，左側是用脈沖互感式接箍檢測器替換污水處理流量計中磁性定位器后的測井曲線。左側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之間是個套管短接。右側曲線有干擾，接箍多處丟失，如果沒有對比是很難確定曲線上哪個是接箍。
5.2在配注中測井對比試驗
圖2是在中40-PXX配注井中的測井曲線。測試條件是儀器在油管和配注工具內居中測井。左側是原磁性定位曲線，測井速度90m/h，曲線干擾嚴重，無法辨別出接箍和工具的設置情況。右側是更換后的接箍曲線，測井速度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，因其內徑小而幅度高；1018m～1023m是5個配接短接。
5.3在籠統聚驅井中測井對比試驗
圖3是在中31- PXX籠統聚驅井中的測井曲線。測試條件是井內既有油管又有套管。在1124m以上是內徑為62mm油管段 ，以下是內徑為124.6mm的套管段，儀器居中測井。左側是原磁性定位曲線，在油管段測速是900m/h，曲線有部分干擾；在套管段測速是90m/h，接箍曲線幅度低，部分接箍不能確定其具體位置。右側是更換后的接箍曲線，測井速度 100m/h，在油管段由于管柱內徑小，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徑的變化反映出不同的管柱結構。
6、結束語
傳統磁性定位器和脈沖互感式接箍檢測器的物理基礎都是法拉*電磁感應定律，但二者的檢測方式不同。前者通過儀器和井壁的相對移動，使線圈中的磁通量發生變化來產生感生電動勢；后者是通過激勵線圈在管柱周身產生感生電流，再由感生電流產生的二次磁場在檢測線圈中產生感生電動勢。前者是被動的檢測方式，后者是主動的檢測方式。測速和居中等影響前者分辨率的因素，對后者幾乎沒有影響。通過上述測井對比實驗，說明脈沖互感式接箍檢測器有效地克服了傳統磁性定位器存在的弊端，并在污水處理流量計測井儀中得到了很好的應用，是傳統磁性定位器的更新換代產品。
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污水處理流量計測井儀用于聚合物驅注入剖面測井，在油田生產開發中發揮著重要作用。然而，在污水處理流量計測井中磁性定位器不能錄取到合格的磁性定位曲線，這個問題多年來一直是困擾在從事污水處理流量計測井的現場操作人員和從事污水處理流量計測井資料解釋人員的一個難題。為了解決這個難題，我們從磁性定位器的測井原理入手，找出磁性定位器在電磁流量測井工藝中所存在的弊端。傳統磁性定位器采用磁鋼加線圈的方法，通過儀器相對井壁移動，實現在接箍位置檢測線圈中的磁場重新分布，被動地使接收線圈產生感生電動勢，從而達到檢測接箍的目的，這種方法受測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器采用主動的脈沖磁激勵互感方法，達到檢測套管接箍的目的。這種方法受測速和居中的影響很小，不僅滿足一般測井的需要，也比較適用于電磁流量測井工藝中。
1、傳統磁性定位器測井原理
常規磁性定位器是由兩個永久磁鋼和一個檢測線圈組成，當儀器沿井身移動時，由于儀器周圍介質的磁阻發生變化，使通過線圈的磁力線重新分布，磁通密度發生變化，使線圈中產生感應電動勢，大小根據電磁感應定律為：
即感應電動勢等于磁通量的時間變化率的負值，它的大小與介質磁阻的變化、測速、磁場強度及線圈尺寸有關。
2、傳統磁性定位器存在弊端
2.1儀器居中的影響
當測井工藝要求下井儀器居中測井時，儀器距井壁有一定的距離，在測井速度一定的情況下，儀器通過接箍時檢測線圈內磁通量變化量要比貼靠井壁時的磁通量變化量小，線圈輸出感生電動勢的幅度低，減小了信噪比，降低了磁性定位器對接箍的分辨率。
2.2管柱內徑的影響
同樣是在居中和測井速度一定的情況下，在直徑大的管柱內測井時，線圈中磁通量的變化量要比在直徑小的管柱內小，線圈輸出的感生電動勢幅度降低，輸出信號的信噪比小，接箍的分辨率差。
2.3測井速度的影響
不管是貼近井壁的測井工藝還是居中的測井工藝，如果測井速度快，磁性定位器通過接箍時，其線圈內部磁通量變化率大，輸出感生電動勢高；反之測井速度慢，磁通量變化率小，輸出感生電動勢低。因此，測井速度不同、磁性定位器的分辨率也不同。
在測井過程中，當管柱狀況、測井速度、靠近井壁和儀器居中等因素發生變化時，這種磁性定位器對接箍的分辨率也隨之發生變化，改變了信噪比，影響測井資料的質量。這就是磁鋼加線圈檢測方法的弊端所在。
3、脈沖互感式接箍檢測器測井原理
脈沖互感式接箍檢測器的物理基礎是法拉*電磁感應定律，其檢測方法是：給傳感器激勵線圈提供一個直流電脈沖，在脈沖維持期，激勵線圈周圍產生一個穩定磁場，當直流脈沖停止后，這個穩定磁場在油管和套管中便產生沿套管壁旋轉的環形感生電流，該感生電流在套管內部產生次生磁場，這個次生磁場便使傳感器檢測線圈產生一個**間而衰減的感生電動勢。當激勵線圈的直流電流一定時，檢測線圈中感生電動勢的大小和線圈周圍油管或套管的厚度、形狀、幾何位置以及磁導率、電導率有關。當管柱的幾何位置、磁導率、電導率相對不變時，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的環形感生電流強度，由感生電流產生的次生磁場強度加強，提高了檢測線圈中感生電動勢的幅度，因此對檢測線圈感生電動勢的處理和記錄，便可獲得接箍曲線。
4、脈沖互感式接箍檢測器技術特點
(1)在儀器居中和測井速度比較慢(50m/h～100m/h)的條件下，該儀器對油套管接箍具有較好的分辨率，因此，可應用到低速居中的測井工藝中。
(2)該儀器能夠對管柱周身狀況進行檢查，能夠定性地給出管柱的變形、腐蝕、裂縫、管壁厚度和內徑變化等信息。(3)適應于范圍較寬的測井速度(50m/h～1200m/h)。
(4)適應于管柱直徑:50mm～320mm。
(5)適應于管壁厚度:3mm～12mm。
5、測井對比試驗
為了能充分說明脈沖互感式接箍檢測器在污水處理流量計中的應用效果，我們分別在三種不同管柱類型的井中進行了測井對比試驗。試驗過程是先用帶有磁性定位器的污水處理流量計進行測井，磁性定位器用模擬量輸出；然后用脈沖互感式接箍檢測器替換污水處理流量計計中的磁性定位器，檢測器用正脈沖輸出，分別以100m/h、500m/h、800m/h和1200m/h的測速進行測井，錄取多條曲線。從測井結果看，脈沖互感式接箍檢測器分辨率比較高，曲線重復性比較好。
5.1在套管井中測井對比試驗
圖1是在拉15-丙XXX套管井中的測井曲線對比圖。
測井條件是套管內徑124.6mm，平均測速90m/h，儀器居中測井。圖1中右側是原磁性定位器測井曲線，左側是用脈沖互感式接箍檢測器替換污水處理流量計中磁性定位器后的測井曲線。左側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之間是個套管短接。右側曲線有干擾，接箍多處丟失，如果沒有對比是很難確定曲線上哪個是接箍。
5.2在配注中測井對比試驗
圖2是在中40-PXX配注井中的測井曲線。測試條件是儀器在油管和配注工具內居中測井。左側是原磁性定位曲線，測井速度90m/h，曲線干擾嚴重，無法辨別出接箍和工具的設置情況。右側是更換后的接箍曲線，測井速度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，因其內徑小而幅度高；1018m～1023m是5個配接短接。
5.3在籠統聚驅井中測井對比試驗
圖3是在中31- PXX籠統聚驅井中的測井曲線。測試條件是井內既有油管又有套管。在1124m以上是內徑為62mm油管段 ，以下是內徑為124.6mm的套管段，儀器居中測井。左側是原磁性定位曲線，在油管段測速是900m/h，曲線有部分干擾；在套管段測速是90m/h，接箍曲線幅度低，部分接箍不能確定其具體位置。右側是更換后的接箍曲線，測井速度 100m/h，在油管段由于管柱內徑小，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徑的變化反映出不同的管柱結構。
6、結束語
傳統磁性定位器和脈沖互感式接箍檢測器的物理基礎都是法拉*電磁感應定律，但二者的檢測方式不同。前者通過儀器和井壁的相對移動，使線圈中的磁通量發生變化來產生感生電動勢；后者是通過激勵線圈在管柱周身產生感生電流，再由感生電流產生的二次磁場在檢測線圈中產生感生電動勢。前者是被動的檢測方式，后者是主動的檢測方式。測速和居中等影響前者分辨率的因素，對后者幾乎沒有影響。通過上述測井對比實驗，說明脈沖互感式接箍檢測器有效地克服了傳統磁性定位器存在的弊端，并在污水處理流量計測井儀中得到了很好的應用，是傳統磁性定位器的更新換代產品。