脉冲互感式接箍检测器在污水处理流量计的应用

摘要：在污水处理流量计测井中，套管的接箍曲线作为常规的测井资料进行测量，用于测井曲线深度校正。由于污水处理流量计的测井工艺所限，使污水处理流量计中磁性定位器的测井效果一直不好，影响测井资料质量。文章简述了磁性定位器和脉冲互感式接箍检测器的测井原理，说明了传统磁性定位器存在的弊端和脉冲互感式接箍检测器的技术特点，并通过测井对比试验，展示了用脉冲互感式接箍检测器取代污水处理流量计中磁性定位器的应用效果。
污水处理流量计测井仪用于聚合物驱注入剖面测井，在油田生产开发中发挥着重要作用。然而，在污水处理流量计测井中磁性定位器不能录取到合格的磁性定位曲线，这个问题多年来一直是困扰在从事污水处理流量计测井的现场操作人员和从事污水处理流量计测井资料解释人员的一个难题。为了解决这个难题，我们从磁性定位器的测井原理入手，找出磁性定位器在电磁流量测井工艺中所存在的弊端。传统磁性定位器采用磁钢加线圈的方法，通过仪器相对井壁移动，实现在接箍位置检测线圈中的磁场重新分布，被动地使接收线圈产生感生电动势，从而达到检测接箍的目的，这种方法受测速和仪器居中等因素的影响而无法克服。脉冲互感式接箍检测器采用主动的脉冲磁激励互感方法，达到检测套管接箍的目的。这种方法受测速和居中的影响很小，不仅满足一般测井的需要，也比较适用于电磁流量测井工艺中。
1、传统磁性定位器测井原理
常规磁性定位器是由两个永久磁钢和一个检测线圈组成，当仪器沿井身移动时，由于仪器周围介质的磁阻发生变化，使通过线圈的磁力线重新分布，磁通密度发生变化，使线圈中产生感应电动势，大小根据电磁感应定律为：

即感应电动势等于磁通量的时间变化率的负值，它的大小与介质磁阻的变化、测速、磁场强度及线圈尺寸有关。
2、传统磁性定位器存在弊端
2.1仪器居中的影响
当测井工艺要求下井仪器居中测井时，仪器距井壁有一定的距离，在测井速度一定的情况下，仪器通过接箍时检测线圈内磁通量变化量要比贴靠井壁时的磁通量变化量小，线圈输出感生电动势的幅度低，减小了信噪比，降低了磁性定位器对接箍的分辨率。
2.2管柱内径的影响
同样是在居中和测井速度一定的情况下，在直径大的管柱内测井时，线圈中磁通量的变化量要比在直径小的管柱内小，线圈输出的感生电动势幅度降低，输出信号的信噪比小，接箍的分辨率差。
2.3测井速度的影响
不管是贴近井壁的测井工艺还是居中的测井工艺，如果测井速度快，磁性定位器通过接箍时，其线圈内部磁通量变化率大，输出感生电动势高；反之测井速度慢，磁通量变化率小，输出感生电动势低。因此，测井速度不同、磁性定位器的分辨率也不同。
在测井过程中，当管柱状况、测井速度、靠近井壁和仪器居中等因素发生变化时，这种磁性定位器对接箍的分辨率也随之发生变化，改变了信噪比，影响测井资料的质量。这就是磁钢加线圈检测方法的弊端所在。
3、脉冲互感式接箍检测器测井原理
脉冲互感式接箍检测器的物理基础是法拉第电磁感应定律，其检测方法是：给传感器激励线圈提供一个直流电脉冲，在脉冲维持期，激励线圈周围产生一个稳定磁场，当直流脉冲停止后，这个稳定磁场在油管和套管中便产生沿套管壁旋转的环形感生电流，该感生电流在套管内部产生次生磁场，这个次生磁场便使传感器检测线圈产生一个随时间而衰减的感生电动势。当激励线圈的直流电流一定时，检测线圈中感生电动势的大小和线圈周围油管或套管的厚度、形状、几何位置以及磁导率、电导率有关。当管柱的几何位置、磁导率、电导率相对不变时，而在接箍位置管柱的形状(厚度增加)有明显的变化，降低了磁阻，增加了沿套管壁旋转的环形感生电流强度，由感生电流产生的次生磁场强度加强，提高了检测线圈中感生电动势的幅度，因此对检测线圈感生电动势的处理和记录，便可获得接箍曲线。
4、脉冲互感式接箍检测器技术特点
(1)在仪器居中和测井速度比较慢(50m/h～100m/h)的条件下，该仪器对油套管接箍具有较好的分辨率，因此，可应用到低速居中的测井工艺中。
(2)该仪器能够对管柱周身状况进行检查，能够定性地给出管柱的变形、腐蚀、裂缝、管壁厚度和内径变化等信息。(3)适应于范围较宽的测井速度(50m/h～1200m/h)。
(4)适应于管柱直径:50mm～320mm。
(5)适应于管壁厚度:3mm～12mm。
5、测井对比试验
为了能充分说明脉冲互感式接箍检测器在污水处理流量计中的应用效果，我们分别在三种不同管柱类型的井中进行了测井对比试验。试验过程是先用带有磁性定位器的污水处理流量计进行测井，磁性定位器用模拟量输出；然后用脉冲互感式接箍检测器替换污水处理流量计计中的磁性定位器，检测器用正脉冲输出，分别以100m/h、500m/h、800m/h和1200m/h的测速进行测井，录取多条曲线。从测井结果看，脉冲互感式接箍检测器分辨率比较高，曲线重复性比较好。
5.1在套管井中测井对比试验
图1是在拉15-丙XXX套管井中的测井曲线对比图。

测井条件是套管内径124.6mm，平均测速90m/h，仪器居中测井。图1中右侧是原磁性定位器测井曲线，左侧是用脉冲互感式接箍检测器替换污水处理流量计中磁性定位器后的测井曲线。左侧曲线套管接箍显示清楚，管外扶正器也从曲线中显示出来，在799m～803m之间是个套管短接。右侧曲线有干扰，接箍多处丢失，如果没有对比是很难确定曲线上哪个是接箍。
5.2在配注中测井对比试验
图2是在中40-PXX配注井中的测井曲线。测试条件是仪器在油管和配注工具内居中测井。左侧是原磁性定位曲线，测井速度90m/h，曲线干扰严重，无法辨别出接箍和工具的设置情况。右侧是更换后的接箍曲线，测井速度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，各工具显示清楚。在1006m～1007m和1032m～1034m两处是Φ114mm封堵器；在1016m～1018m和1043m～1045m两处分别是Φ54mm和Φ56mm的配水器短接，因其内径小而幅度高；1018m～1023m是5个配接短接。

5.3在笼统聚驱井中测井对比试验
图3是在中31- PXX笼统聚驱井中的测井曲线。测试条件是井内既有油管又有套管。在1124m以上是内径为62mm油管段 ，以下是内径为124.6mm的套管段，仪器居中测井。左侧是原磁性定位曲线，在油管段测速是900m/h，曲线有部分干扰；在套管段测速是90m/h，接箍曲线幅度低，部分接箍不能确定其具体位置。右侧是更换后的接箍曲线，测井速度 100m/h，在油管段由于管柱内径小，曲线整体幅度高，接箍显示清楚，1113m～1115m之间是封堵器，1124m处是油管喇叭口；在套管段由于管柱内径大，曲线整体幅度低，接箍显示清楚。图中不仅清楚地显示出油管和套管的接箍位置，而且还能通过管柱内径的变化反映出不同的管柱结构。

6、结束语
传统磁性定位器和脉冲互感式接箍检测器的物理基础都是法拉第电磁感应定律，但二者的检测方式不同。前者通过仪器和井壁的相对移动，使线圈中的磁通量发生变化来产生感生电动势；后者是通过激励线圈在管柱周身产生感生电流，再由感生电流产生的二次磁场在检测线圈中产生感生电动势。前者是被动的检测方式，后者是主动的检测方式。测速和居中等影响前者分辨率的因素，对后者几乎没有影响。通过上述测井对比实验，说明脉冲互感式接箍检测器有效地克服了传统磁性定位器存在的弊端，并在污水处理流量计测井仪中得到了很好的应用，是传统磁性定位器的更新换代产品。

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