一種套管檢測漏點裝置和方法與流程
2023-12-10 12:21:42 1
本發明涉及套管檢測技術領域，特別是一種套管檢測漏點裝置和方法。
背景技術：
井完整性是保證油氣井安全生產的前提，但是套管質量、操作規程、地層應力、增產作業過程中的機械力等諸多因素都將導致套管出現漏點，直接影響注採井網及油水井的正常生產和開發效果。快速準確找到漏失點顯得尤為重要。
鑽井現場常規套管找漏主要方法包括封隔器分段封堵試壓法。封隔器找漏是將封隔器下入井筒中被懷疑存在漏點的位置坐封后，井口擠水試壓觀察試壓井段壓力變化，如存在壓降說明井下存在漏點。該方法的優點是直觀明顯。缺點：①易受封隔器失效、井筒狀況等因素影響，導致漏失段誤判；②不適用有縮徑情況的井③施工工藝較為繁瑣，施工人員作業強度大。
調研國內外套管找漏的方法可知，常用的套管找漏測井工藝有同位素示蹤測井、流量計測井、井溫測井、噪聲測井、脈衝中子氧活化測井、多臂井徑測井及電磁探傷測井等技術。由於測量方法、使用的儀器外徑等不同，每種找漏方法具有不同的施工工藝，適合於不同的管柱測試，各方法原理及優缺點如下所示；
（1）同位素示蹤測井方法：該方法用探測器連續測量示蹤劑的走向，以確定水的流向。對於未固井井段以及表層套管漏失的井，無法採用該工藝判斷。
（2）流量計測井方法：該方法是在注水量恆定的前提下對射孔段頂部至井口井段進行連續或定點測量，排除儀器和管柱內徑變化因素，流量變化較大處即為漏失點。
（3）井溫測井方法：在井溫曲線上就會出現異常，從而判斷注入井套管漏失井段。井溫測井法找漏只能將漏點確定在較大的區間內，漏點位置誤差較大。
（4）噪聲測井方法：由於井內流體的流動要產生噪聲，流體在產出口、洩漏口、竄槽或縮徑處，噪聲測井曲線將出現不同頻率的峰值。點測噪聲時選點需要根據溫度異常部位或借鑑其他參考資料，且憑經驗進行選擇，因此該方法有一定的局限性。
（5）多臂井徑成像測井方法：多臂井徑成像測井儀是一種接觸式測量儀器，通過井徑測井可以準確地發現套管直徑擴大或縮小情況，從而找出套管穿孔點。由於各測量臂之間存在夾角，在測量臂接觸不到的地方會漏測，就說明不了任何問題，準確性不高。
（6）電磁探傷測井方法：該方法能在油管內檢測油套管的壁厚變化（腐蝕）及破損情況，也能在單套管井中對套管腐蝕、破裂、變形等損壞情況進行精確的分析，為損壞井的維修提供參考依據。由於儀器精度，不在測量範圍內的小孔反映不出來，因此該方法也有一定的局限性。
申請號為號：200410036230.x的中國發明專利公開一種利用存儲式超聲波流量計檢測套管漏失點的方法,包括測試車、存儲式超聲波流量計及檢測方法，其特徵在於是將存儲式超聲波流量計連接在測試車滾筒的鋼絲上，將其下到油水井射孔段上部，用穩定流量向井內注水,再將存儲式超聲波流量計按一定的間隔距離和一定的停留時間逐序上提，直至井口。利用存儲式超聲波流量計具有測取套管截面流量功能，檢測全井筒的流量變化，將存儲式超聲波流量計提出井口，與計算機連接，回放測試數據，根據流量變化確定套管漏失點，但是該專利也需要進行多次重複檢測，才能鎖定套管漏失點，工作量大，過程繁瑣，測量速度較慢，準確率不高。
技術實現要素：
針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種套管檢測漏點裝置和方法，採用超聲波測量，同時利用連續油管的連續性，依靠井口封隔器的密封作用和扶正器的居中特性實現不同深度點的不間斷測量，提高測量速度和準確性。超聲波能量具有極強的穿透性，而且與相同能量的聲頻聲波相比，超聲波傳播的距離相對較短，超聲波在井眼中通常傳播距離短，檢測到的信號會非常靠近洩漏源，從而保證精確的洩漏檢測。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種套管檢測漏點裝置，包括井口封隔器、連續油管扶正器和數據測量儀，井口封隔器與井口套管連接，連續油管扶正器下端和數據測量儀均固定在連續油管上，所述井口封隔器包括封隔器本體，封隔器本體內設有密封裝置，所述連續油管扶正器包括上固定環和下固定環，上固定環和下固定環通過彈性部件連接，數據測量儀包括第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀，第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀均通過保護裝置進行固定。
優選的是，所述密封裝置包括上部密封裝置和下部密封裝置，上部密封裝置包括密封膠圈，密封膠圈上設有頂板和密封蓋板。
上述任一方案優選的是，所述密封膠圈呈錐形。
上述任一方案優選的是，所述下部密封裝置包括閘板和右側密封構件，手部轉盤通過聯動螺杆控制閘板的開啟。
上述任一方案優選的是，所述封隔器本體下部還設有公扣。
上述任一方案優選的是，所述彈性部件為彈簧。
上述任一方案優選的是，所述下固定環固定在連續油管外壁上，隨連續油管上下移動。
上述任一方案優選的是，所述上固定環和下固定環之間還連接有鋼條。
上述任一方案優選的是，所述鋼條的數量為四根，在彈簧的收縮作用下，鋼條垂向呈外拋狀。
上述任一方案優選的是，所述第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀對稱設置。
上述任一方案優選的是，所述保護裝置為環形且為空心設置，連續油管穿過保護裝置的空心環進行固定。
上述任一方案優選的是，所述第一超聲波數據測量儀包括第一超聲波接收探頭，第二超聲波數據測量儀包括第二超聲波接收探頭。
上述任一方案優選的是，所述第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀還包括壓電傳感器、數位訊號處理單元、信號放大器、數據存儲單元、超聲波信號接收探頭。
上述任一方案優選的是，所述第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀上下間隔5米設置。
上述任一方案優選的是，所述連續油管扶正器的數量為兩個，兩個連續油管扶正器上下靠近超聲波數據測量儀。
本發明還提供一種套管檢測漏點裝置的檢測方法，包括以下步驟：
步驟（1）.裝置入井前，檢查超聲波數據測量儀連接是否正常、信息傳輸是否通暢，以及井口密封裝置是否完好，將超聲波數據測量儀下放到指定深度；
步驟（2）.啟動井口封隔器，將密封膠圈上面的密封蓋板擰緊，同時手動閉合下部密封裝置，確保井口密封；
步驟（3）.通過連續油管向套管內注水，保障在整個測量過程中套管井口壓力穩定在20mpa。
步驟（4）.啟動數據測量儀，同時監測所在深度點的超聲波信號，當取得穩定超聲波數據信號後，軟體系統自動識別確定該點數據，提示該點測量完成；
步驟（5）.將下部密封裝置打開，將連續油管上提10米，再次將下部密封裝置密封，開始下一點的測量，當取得穩定超聲波數據信號後開始下一點的測量，依次類推完成全井筒的測量；
步驟（6）.洩壓，取出井內的套管檢測漏點裝置；
步驟（7）.將超聲波數據測量儀的數據存儲單元與計算器連接，讀取測量的深度、超聲波信號數據。上述任一方案優選的是，手動閉合下部密封裝置通過順時針旋轉手動轉盤，帶動聯動螺杆旋轉，從而使閘板閉合。
本發明的超聲波測量原理：超聲波數據測量儀主要包括壓電傳感器、超聲信號接收探頭、信號放大器、數位訊號處理單元、數據存儲單元。超聲波信號接收探頭安裝在保護裝置外部，其他各部件以集成的方式安裝在保護裝置的環形結構內部。壓電傳感器產生非常低的電壓，與漏點處所形成的聲波產生的信號強度成正比。為提取出我們想要的頻率。小的壓電模擬信號被信號放大器放大並通過數位訊號處理單元。數位訊號處理單元從所獲得的經放大的信號中提取穩定的信號源，並將聲頻信號轉變成數位化信號。以頻率大小的形式存儲在數據存儲單元中。將數據存儲單元與計算器連接，讀取測量的深度、超聲波信號數據，繪製二維垂向剖面圖，判斷套管漏點。
有益效果：
本發明的有益效果是：
本發明提供一種套管檢測漏點裝置和方法，包括井口封隔器、連續油管扶正器和數據測量儀，井口封隔器與井口套管連接，連續油管扶正器和數據測量儀均固定在連續油管上，所述井口封隔器包括封隔器本體，封隔器本體內設有密封裝置，所述連續油管扶正器包括上固定環和下固定環，上固定環和下固定環通過彈性部件連接，數據測量儀包括第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀，第一超聲波數據測量儀和第二超聲波數據測量儀均通過保護裝置進行固定。採用超聲波原理進行測量，精確的判斷漏點深度是快速處理事故的前提，本發明提供的一種套管檢測漏點裝置和方法，借用連續油管的連續性極大的提升測量的速度。連續油管扶正器使數據測量儀適用於變徑套管的測量，克服以往不足。同時超聲波水動態效應具有異常敏感性，測量的高效快速、數據測量儀的廣泛適用性以及測試原理的可靠性，使得檢測漏點的操作更加簡便、有效。
（1）超聲波與聲頻一樣具有很強穿透性，但是與相同能量的聲頻的聲波相比，超聲波傳播的距離相對較短，當檢測到超聲波信號時，說明檢測接近儀漏點，提高精準度。
（2）在井口封隔器既能密封又保證連續油管上提的基礎上，借用連續油管長度特徵，實現在高壓狀態下，數據的連續測量，保證數據的完整性，提高作業效率；
（3）數據測量儀在隨連續油管上提下放過程中，受擺動的影響容易與套管內壁碰撞，多次的撞擊摩擦將會使數據測量儀表面受損，或者導致內部儀器長期振動失效。在測量過程中，數據測量儀與套管的內壁接觸產生擾動將影響超聲波信號的正常接收。在高壓水環境下極易導致水進入數據測量儀環形保護裝置內部，造成數據測量儀電路短路、儀器失效。因此本發明提供了一種可變徑的連續油管扶扶正器，應對在測量過程中套管內徑發生改變時，依靠彈簧的收縮和韌性鋼條舒張作用，保持連續油管扶扶正器上下段的數據測量儀處於套管中間位置。例如當連續油管扶扶正器由內徑較小的套管進入內徑較大的套管時，彈簧在收縮作用下使鋼條向外擴張，直至與套管內壁接觸，當彈簧的收縮力與套管壁對鋼條的擠壓達到平衡時，扶正器保持穩定。因此在整個連續油管上提下放過程中，連續油管扶扶正器上下段端的數據測量儀都處於套管中間位置，有效避免與套管壁接觸。
（4）部分套管漏點普遍偏小，水流通過的空間非常狹窄，肉眼難以察覺，加上套管外部水泥環的封堵、包裹作用，使得部分漏點必須在套管內部加壓的情況下才能有水滲流到地層，產生套管憋壓失效的結果。因此每次數據測量必須在注水加壓的密閉空間中進行。傳統的裝置每次測量前注水加壓，測量後洩壓上提管柱，這樣不僅大大增加了工作量，而且反覆的增壓、洩壓加速密封設備的勞損，加速老化，造成作業風險。本發明的井口密封器有效解決了套管密封和管柱上提的問題，上部的錐形密封膠圈起主要密封作用，錐形密封膠圈將連續油管緊緊包裹，因為連續油管表面光滑的特性使得連續油管能在套管憋壓的情況下順利上提，從而避免反覆洩壓，拆裝設備。當測量數據時將下部的手動閘板密封裝置關閉，保障密封的可靠性。
附圖說明
圖1為本發明的套管檢測漏點裝置的一優選實施例的外部整體結構示意圖；
圖2為圖1的a-a向剖視圖；
圖3為圖1的一局部結構示意圖；
圖4為圖3的a-a向剖視圖；
圖5為圖2的一局部結構示意圖；
圖6為圖5的側視圖；
圖7為圖2的另一局部結構示意圖；
圖8為圖7的側視圖；
圖9為按照本發明的套管檢測漏點方法測量結果所形成的二維垂向剖面圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
實施例1
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：
如圖1-圖8所示，一種套管檢測漏點裝置，包括井口封隔器１、連續油管扶正器２和數據測量儀３，井口封隔器１與井口套管14連接，連續油管扶正器２的下端和數據測量儀均固定在連續油管４上。
井口封隔器１包括上部密封裝置和下部密封裝置，上部密封裝置包括密封膠圈５，密封膠圈５上設有頂板６和密封蓋板７，其中密封膠圈５為錐形，密封膠圈５起主要密封功能。錐形密封膠圈５受上部密封蓋板７下壓作用力的擠壓，導致錐形密封膠圈７向下壓縮，整體向中間連續油管４靠攏，緊緊包裹連續油管４，保證連續油管４在上下移動的過程中，套管14的密封性。井口封隔器１的主要作用是保證能將套管14密封，同時連續油管４在套管帶壓情況下能上下移動。
下部密封裝置包括閘板８和右側密封構件９，手部轉盤１０通過聯動螺杆１１控制閘板８的開啟。下部密封裝置為輔助密封，需手動操作。在測量數據時兩側的閘板８閉合，確保測量過程中的密封效果，當連續油管４上提時，兩側的閘板８打開，減小連續油管４上提構成中的摩擦力，閘板８的主要目的是為保證密封的可靠性及安全性。
連續油管扶正器2呈上下對稱結構。連續油管扶正器2整體呈燈籠狀，包括上固定環15和下固定環16，下固定環16固定在連續油管4外壁，隨連續油管4上下移動，上固定環15未固定在連續油管4外壁上。上固定環15和下固定環16通過彈簧12連接，上固定環15和下固定環16的內徑容連續油管4通過，此外上固定環15和下固定環16還由多根韌性較強的鋼條13連接，在彈簧12的收縮作用下，鋼條13垂向呈外拋狀。
連續油管扶正器2通過彈簧12伸縮與鋼條13擠壓伸長，使連續油管4處於居中位置，進而使數據測量儀在經過不同內徑的套管14時保持居中位置。連續油管扶正器2的設置，一方面能夠避免數據測量儀在隨連續油管上提下放的過程中長期摩擦和劇烈震動導致裝置密封失效及內部零件受損。另一方面防止在測量過程中超聲波數據測量儀與套管內壁接觸產生擾動影響超聲波信號的接受，造成測量誤差。
超聲波數據測量儀在隨連續油管上提下放過程中，受擺動的影響容易與套管14內壁碰撞，多次的撞擊摩擦將會使數據測量儀表面受損，或者導致內部儀器長期振動失效。在測量過程中，數據測量儀與套管的內壁接觸產生擾動將影響超聲波信號的正常接收。在高壓水環境下極易導致水進入數據測量儀環形保護裝置內部，造成數據測量儀電路短路、儀器失效。因此本發明提供了一種可變徑的連續油管扶扶正器2，應對在測量過程中套管14內徑發生改變時，依靠彈簧12的收縮和韌性鋼條13的舒張作用，保持連續油管扶扶正器2上下段的數據測量儀處於套管14中間位置，有效避免與套管壁接觸。超聲波數據測量儀的主要作用是採集測量深度處的超聲波信號。為確保測量準確性，超聲波數據測量儀包括第一超聲波數據測量儀31和第二超聲波數據測量儀32兩套測量儀，第一超聲波數據測量儀31和第二超聲波數據測量儀32均配有連續油管扶正器2。為了確保檢測速度，連續油管4的上提區間為10米，但是套管14內漏點處出超聲波信號的傳播距離短，為避免因為連續油管4上提區間過大而錯過漏點處的超聲波信號覆蓋區域，從而設置兩套檢測裝置，即兩套連續油管扶正器2和兩套超聲波數據測量儀，其中兩個超聲波數據測量儀之間的距離固定為5米。隨著連續油管4上提10米進行測量，對應超聲波數據測量儀將每隔5米區間有單點測量數據，從而確保數據測量範圍完全覆蓋超聲波輻射區域。既保證了檢測的速度又提高了準確度。第一超聲波數據測量儀31和第二超聲波數據測量儀32均通過保護裝置17進行固定。第一超聲波數據測量儀31和第二超聲波數據測量儀32對稱設置。保護裝置17為環形且為空心設置。
第一超聲波數據測量儀31包括第一超聲波接收探頭18、壓電傳感器、數位訊號處理單元、數據存儲單元，第二超聲波數據測量儀32包括第二超聲波接收探頭19、壓電傳感器、數位訊號處理單元、數據存儲單元，壓電傳感器、數位訊號處理裝置、數據存儲單元都在環形保護裝置17內部密封，避免高溫、高壓、水的侵蝕。
套管檢測漏點裝置的檢測方法：
步驟（1）.裝置入井前，檢查超聲波數據測量儀連接是否正常、信息傳輸是否通暢，以及井口密封裝置是否完好。待裝置連接完成後，將超聲波數據測量儀下放到指定深度。
步驟（2）.然後啟動井口封隔器裝置1，將錐形密封膠圈5上面的密封蓋板7擰緊，同時手動閉合下部密封裝置，即順時針旋轉手動轉盤10，帶動聯動螺杆11旋轉，從而使閘板8閉合，確保井口密封；
步驟（3）.確保井口密封后，連續油管4的另一端與注水車連接，通過連續油管4向套管14內注水，注水車實時跟蹤記錄井口壓力數據，當井口壓力下降時立即往井口注水，當達到20mpa壓力是立即停止注水，保障在整個測量過程中套管14井口壓力穩定在20mpa；
步驟（4）.此時啟動數據測量儀，同時監測所在深度點的超聲波信號，當取得穩定數據信號後，軟體系統自動識別確定該點數據，提示該點測量完成；
步驟（5）.然後通過逆時針旋轉手動轉盤10，將下部密封裝置打開，將連續油管4上提10米，再次順時針旋轉手動轉盤10將下部密封裝置密封，開始下一點的測量，當取得穩定數據後開始下一點的測量，依次類推完成全井筒的測量；
步驟（6）.之後洩壓，取出井內套管檢測漏點裝置；
步驟（7）.將超聲波數據測量儀的數據存儲單元與計算器連接，讀取測量的深度、超聲波信號數據，判斷套管漏點。
根據測量深度及對應超聲波信號數據，形成二維垂向剖面圖，其中縱坐標表示頻率響應係數，（頻率響應係數越高超聲波信號越強），橫坐標表示測量深度，從上到下井深依次增加。一方面因為漏點處產生的超聲波信號傳播距離比較短，另一方面信號的強弱與測量點至漏點的距離成正相關，所以根據剖面圖上的顯示，超聲波信號最強的點即可判斷為套管的漏點，如附圖1所示，從圖中可以看出1300米處超聲波信號最強，即套管的漏點處位於1300米處。本發明提供一種套管檢測漏點裝置和方法，採用超聲波原理進行測量。精確的判斷漏點深度是快速處理事故的前提，本發明提供的一種套管檢測漏點裝置和方法，借用連續油管4的連續性極大的提升測量的速度。連續油管扶正器2使數據測量儀適用於變徑套管14的測量，克服以往不足。同時超聲波水動態效應具有異常敏感性，測量的高效快速、數據測量儀的廣泛適用性以及測試原理的可靠性，使得檢測漏點的操作更加簡便、有效，具有以下有益效果：
（1）超聲波與聲頻一樣具有很強穿透性，但是與相同能量的聲頻的聲波相比，超聲波傳播的距離相對較短，當檢測到超聲波信號時，說明檢測接近儀漏點，提高精準度。
（2）在井口封隔器1既能密封又保證連續油管4上提的基礎上，借用連續油管4長度特徵，實現在高壓狀態下，數據的連續測量，保證數據的完整性，提高作業效率。
實施例2
和實施例1不同的是，套管檢測漏點裝置的檢測方法，包括以下步驟：
步驟（1）.裝置入井前，檢查超聲波數據測量儀連接是否正常、信息傳輸是否通暢，以及井口密封裝置是否完好。待裝置連接完成後，將超聲波數據測量儀下放到指定深度。
步驟（2）.然後啟動井口封隔器裝置1，將錐形密封膠圈5上面的密封蓋板7擰緊，同時手動閉合下部密封裝置，即順時針旋轉手動轉盤10，帶動聯動螺杆11旋轉，從而使閘板8閉合，確保井口密封；
步驟（3）.確保井口密封后，連續油管的另一端與注水車連接，通過連續油管4向套管14內注水，注水車實時跟蹤記錄井口壓力數據，當井口壓力下降時立即往井口注水，當達到20mpa壓力是立即停止注水，保障在整個測量過程中套管14井口壓力穩定在20mpa；
步驟（4）.此時啟動數據測量儀，同時監測所在深度點的超聲波信號，當取得穩定數據信號後，軟體系統自動識別確定該點數據，提示該點測量完成；
步驟（5）.然後通過逆時針旋轉手動轉盤10，將下部密封裝置打開，將連續油管4上提8米，再次順時針旋轉手動轉盤10將下部密封裝置密封，開始下一點的測量，當取得穩定數據後開始下一點的測量，依次類推完成全井筒的測量；
步驟（6）.之後洩壓，取出井內套管檢測漏點裝置，將超聲波數據測量儀的數據存儲單元與計算器連接，讀取測量的深度、超聲波信號數據。
實施例3
和實施例1不同的是，連續油管扶正器2的數量為多個，多個連續油管扶正器2上下間隔設置，連續油管扶正器2呈上下對稱結構。連續油管扶正器2整體呈燈籠狀，包括上固定環15和下固定環16，下固定環16固定在連續油管4外壁，隨連續油管4上下移動，上固定環15未固定在連續油管4外壁上。上固定環15和下固定環16通過彈簧12連接，上固定環15和下固定環16的內徑容連續油管4通過，此外上固定環15和下固定環16還由四根韌性較強的鋼條13連接，在彈簧12的收縮作用下，鋼條13垂向呈外拋狀。連續油管扶正器2通過彈簧12伸縮與鋼條13擠壓伸長，使連續油管4處於居中位置，進而使數據測量儀在經過不同內徑的套管14時保持居中位置，預先確定測量點在流場中的位置，為擬合漏點的位置提供依據。
實施例3
和實施例1不同的是，所述井口封隔器1包括封隔器本體，封隔器本體下部還設有公扣22，進一步保證井口封隔器１的穩定性。
實施例4
和實施例1不同的是，連續油管扶正器2整體呈燈籠狀，包括上固定環15和下固定環16，固定環15和下固定環16通過彈簧12連接，上固定環15和下固定環16還由四根韌性較強的鋼條13連接，四根鋼條13均勻間隔設置，在彈簧12的收縮作用下，鋼條13垂向呈外拋狀。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。