套管检测

在深井钻探过程中，由于钻杆柱在套管内的长时间旋转运动，钻杆接头等部位与套管内壁研磨，导致套管存在不同程度的磨损。钻井时间越长，钻杆作用在套管上的侧向力就越大，由此引起的套管和钻柱摩擦与磨损问题就越来越突出；同时化学腐蚀也越来越严重。所以对套管质量和使用中套管质量的检测对超深井钻探来说是非常重要的。

套管检测包括：套管质量地面检测和套管磨损井内检测。

4.1.1 套管质量检测

国内外的统计资料表明，尽管套管生产厂在套管出厂前进行过在线检测，但由于种种原因，还有约3.5%～5.5%有缺陷的套管出厂。因此，在超深井钻探施工中，必须采用先进的检测手段对所用套管进行可靠的缺陷检测。套管质量检测需采用无损伤检测方法。

（1）超声波探伤方法

超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。

超声波探伤常用的仪器设备是中国科学院武汉物理研究所科声技术公司研制生产的多通道数字式超声波探伤仪，它能满足从多个探伤面同时进行多种缺陷的全面检测的需要，并能实现自动扫描、数字化控制和数据采集，从而提高了探伤的速度和超声波探伤的可靠性，可实现对被检测件的自动探伤。

应用多通道数字式超声波自动探伤技术进行原油套管的自动化检测，应从如下3个方面考虑：①具有满足石油套管进行自动探伤的超声波自动探伤仪；②为石油套管自动探伤设计合理的超声波探伤方法；③具有满足自动探伤技术要求并配套的机械设备。目前，除螺纹和接箍部分的探伤需要进行试验研究以外，其他部分均为较成熟的或可以实现的技术。

科声公司生产的多通道数字式超声波探伤仪具有5个特点，是应用超声波自动检测必须具备的条件：①仪器具有较高的重复频率，能保证实现较高的检测速度和探伤密度；②各个通道性能一致，确保读数精确、可靠。在检测过程中，对同样的缺陷在不同的通道检测时，应有同样的结果，这样就不会漏检和误检，以便于缺陷的定量和设立探伤工艺标准；③适应能力强，在实际应用中往往要求使用不同的工作频率、不同的量程范围和不同的灵敏度，探伤仪能适应这些场合的探伤工作；④能自动进行伤波识别和报警，在自动探伤场合探伤人员监测伤波是不可取的，所以探伤仪的功能已经从对超声回波的拾取、显现，引申到了自动读数、自动补偿、自动定量、自动识别、自动报警；⑤抗干扰能力强，在工业现场往往有行车、电机等的存在，自动探伤机受电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度变化的影响。自动探伤仪能在这种环境下连续工作，排除杂波干扰，能减少误判和漏检，进行自动探伤。

（2）漏磁探伤方法

漏磁探伤方法是继超声波后新发展起来的一种探伤技术，探伤的基本原理是通过外加强大的磁场对铁磁性材料进行磁化，当被磁化的铁磁材料存在缺陷时，即在材料表面形成漏磁场，通过检测线圈或霍尔元件检测到的漏磁场电流或电压大小，反映出缺陷的大小和位置。其中直流局部磁化方法应用较多。

国外20世纪70年代中期开始研制实用的漏磁探伤设备，以后推出了多种漏磁探伤仪，比较有名的厂家是德国的Forster公司和美国的Tupboscope公司。目前国内使用漏磁探伤仪的厂家有上海宝山钢管厂和成都无缝钢管厂。分别使用Forster公司和Tupboscope公司的产品。

宝钢套管、油管检测是在其两端未加工螺纹和未装接箍之前的光管上进行的，检测速度为3根/min，用漏磁检测套管两端不可检测的盲区为10mm，然后用专用的磁粉探伤设备再检测套管两端350mm的部分。磁粉探伤5根管子同时进行，在1min内完成，然后用人工观察缺陷。宝钢的漏磁探伤设备有两种类型，一种是探头固定不动，管子直线通过；另一种是探头直线运动，管子原地旋转。宝钢用漏磁探伤套管、油管时，严格执行API SPE 5CT标准，对各种规格、钢级的套管、油管都按标准做出人工标准伤样管，当被检管子的规格和钢级发生变化时，就要用样管对仪器和探头校准。宝钢的漏磁探伤采用直流周向磁化的方法对套管、油管进行磁化，能检测到管体内外表面及内部的纵向缺陷，如果发现表面有划伤等缺陷时，要进行表面修磨，然后再进入检测线检测，如果剩余壁厚大于87.5%t（t为套管壁厚），可以作为合格管出厂，否则报废。

中国有色金属工业总公司无损检测中心开发研制了旋转式漏磁探伤设备，并用于旧油管和旧钻杆的检测。这套检测设备在胜利油田滨南采油厂投产并通过鉴定。这套自动探伤系统的特点是：①检测速度10m/min，每2min检测一根管；②分两组探头，一组检测接箍，一组检测管体，管体部分由8个探头组成，管体旋转速度和探头移动速度合理匹配，保证覆盖管体全表面；③磁化方法采用直流周向磁化，能检测到内外壁的纵向缺陷；④对于旧油管、钻杆，由于没有统一的检测标准，滨南采油厂暂定为剩余壁厚小于70%t时判废，并以此标准制作人工伤样管；⑤设备具有声光自动报警、波形记录、对缺陷处自动作标记并具有数据统计、打印报表等功能；⑥采用变频调速装置及可编程控制作为整个机械设备的动力和控制手段；⑦磁化装置至少连续工作10h不发热，经退磁后，被检测管子可以吸不住M3的螺母。

（3）涡流探伤方法

涡流探伤是用一个高频振荡器供给激磁线圈激磁电流，并在被检测件周围形成激磁磁场，该磁场在被检测件中感应出涡状电流。涡流又产生自己的磁场，涡流磁场的作用抵消激磁磁场的变化。由于涡流磁场中包含着套管状况不等的各种信息（如钢管材料中存在的各种缺陷），仪器通过检测线圈把涡流信号检出，进行滤波、鉴相、放大等处理，并抑制非缺陷的各种噪声信号（如材料性能的差异、运动不平稳等），以此来判别套管中缺陷的存在。涡流探伤有点探头式和穿过式两种基本方法。

涡流探伤应用于套管自动检测生产线主要应考虑这样几个问题：①由于套管壁厚一般大于7mm（各种规格套管的壁厚不等），而涡流探伤的灵敏度是随着缺陷的埋藏深度的增加而降低的，因此，要采用磁饱和技术提高涡流检测的穿透深度，实现对整个套管壁厚的检测；②由于涡流检测对许多因素都很敏感，其中有些是由加工工艺造成的，如电导率、化学成分、磁导率以及几何形状等的变化；而另一些则是与管材无关的测试因素，如耦合状况的改变，探头与管子之间的振动等，因此，涡流探伤的信号处理和分析技术与漏磁技术相比要复杂一些，特别是对于像套管这样大直径的钢管更是如此。

国内有很多单位，如上海有色金属研究所、北京有色金属研究设计院、厦门涡流检测技术研究所等，相继研究成功多种规格的涡流探伤仪，这些设备的技术性能都能满足常规的探伤要求，某些先进设备的技术性能已达到国外20世纪80年代的水平。

4.1.2 套管磨损检测

在井内的套管不可避免地受到不同方式、不同程度的伤害，甚至是损坏，一般包括机械损伤和化学损伤两种。套管的机械磨损是由与套管内壁相接触摩擦的其他物体引起的，主要是钻杆、钻杆接头、底部钻具组合、钢缆及尾管等，而旋转引起的磨损程度远远大于滑动导致的磨损；井内泥浆和地层流体会对套管造成一定的化学损伤，随泥浆的化学成分和地层流体特性，对套管的腐蚀程度不同。随着钻井周期的延长，套管磨损程度加剧，如不采取措施，则会出现套管先期损坏的现象，严重的会使井报废。套管损伤对井内安全影响很大，因此，超深井套管损伤的检测显得十分重要。

工程测井很多仪器都有套管质量和固井质量检测功能，其性能和功能见表4.1。国外测井仪器耐温、耐压指标都较高，耐温指标多为175℃。相比而言，国内仪器耐温、耐压指标较低，应注重研发耐温超过150℃的仪器。

（1）MID-K测井仪

MID-K测井仪器是俄罗斯生产的进行多层套管伤害探测的测井设备，MID-K测井仪器共有3个测量探头，包括1个纵向探头和2个横向探头（图4.1）。纵向探头是对套管沿轴向的伤害进行测量；横向探头对套管横切面上的损伤进行测量。测量的信息是感生电动势的衰减谱，对衰减谱进行采样得到多条不同时刻记录的曲线，不同时间与管柱的径向位置相对应。该测井仪根据不同位置管柱对应的不同衰减时间段对衰减谱进行放大，从而达到对不同位置管柱的探测，以3层管柱为例，可分为远区、中区和近区，分别对应外层、中间和内层管柱。

表4.1 工程测井仪器一览表

图4.1 MID-K仪器结构示意图

MID-K测井仪共记录了5个不同区间和方向的感应电动势时间衰减谱，包括3个不同时间区间的纵向探测器探测的感应电动势衰减谱以及2个横向探测器探测的感应电动势衰减谱，由270条感生电动势曲线组成，曲线间的采样间隔为2.5ms（图4.2）。

（2）PIT套管检测仪

PIT（Pipe Inspection Tool，套管检测仪）是一种磁法测井仪器，采用多个推靠式极板，用同时测量漏磁通和涡流的方法检测套管内外壁的缺损（漏磁通法测量套管壁总的缺损，涡流法检测内壁缺损），解释腐蚀和穿孔状况。由于采用极板，PIT仪器分3种规格，以适应不同的套管直径。适应5in套管的仪器有8个极板，可分辨5mm孔眼，耐温175℃，耐压104MPa，长4.7m，质量160kg，最小通径110mm，推荐测速1100m/h。PIT仪器的前身技术产品是国内早已引进的斯仑贝谢公司20世纪70年代仪器PAT。PAT仪器使用上下两套极板组，对每个极板组只记录两个数据，即涡流量和漏磁通量。与PAT仪器的不同在于PIT对每个极板都记录涡流量和漏磁通量，能显示井周方向上套管腐蚀和穿孔的细节。仪器对套管变形不敏感。

图4.2 MID-K测井解释成果图

（3）MIT多臂井径成像仪

MIT（Multifinger Imaging Tool，多臂井径成像仪）是英国Sondex公司生产并由哈里伯顿公司代理的40独立臂井径仪，采用相互独立的机械测量臂带动40个LVDT（线性变化差动变压器）传感器分别测量套管内径。仪器质量28kg，长1.6m，耐温150℃，耐压104MPa，外径70mm，测量范围76～190mm，半径测量精度和分辨率为0.76mm和0.08mm，推荐测速540m/h，纵向分辨率2.5mm。与老式多臂井径仪器不同，MIT对每一个测量臂分别给出测量结果，同时输出40条半径曲线以及***、最小、平均半径。仪器还有测量斜传感器，测量精度为4°。

（4）CAST-V井周声波扫描仪

CAST-V（Circumferential Acoustic Scanning Tool-Visualization，井周声波扫描仪）采用脉冲超声回波方法对井壁进行扫描，可用于裸眼井和套管井，在套管井中可同时检测套管和评价水泥胶结质量。CAST的旋转探头旋转速度10周/s，每转1周发射和接收200次超声波，回波到达时间和幅度用于套管内壁成像，回波共振频率用于计算套管壁厚，回波共振衰减时间用于评价套管-水泥环界面（I界面）胶结状况。仪器长5.5m，外径92mm，质量143kg，耐温177℃，耐压138MPa，可用于114～330mm井眼，垂向分辨率7.6mm，推荐测速360m/h（图4.3，图4.4）。

（5）DHV井下可见光电视

DHV（Down Hole Video，井下可见光电视）的工作原理与常规摄像头相同，采用光学聚焦系统和CCD传感器把可见光图像转换成电信号，并通过电缆传送到地面；井下仪器还携带了照明光源。近年来DHV技术发展较快，镜头焦距可调，采用不沾油涂层和光源后置技术使图像更清晰，广角镜头在水中视角可达55°，信号传输由光缆改为普通单芯电缆，仪器耐温、耐压指标提高到了177℃、104MPa，外径仍然为43mm。

图4.3 超声成像套管测井解释

图4.4 套管片状腐蚀与点状腐蚀的超声波成像

DHV相当于在井下仪器上安装了人的眼睛。在井下流体透明度比较好的情况下，可以清楚地见到井下落物的鱼顶、套管射孔孔眼及有无石油或天然气产出。如果有石油产出，可以见到油泡在射孔孔眼处断断续续地冒出；如果有天然气产出，可以见到断断续续的白色泡状产出物，如泉眼里冒出的气泡一样；如果套管有破裂或错断，还可以见到破裂或错断口，甚至可以见到破裂口或错断口处流体进入情况（图4.5）。

图4.5 套管破裂井下电视照片

（6）数字化套管探伤仪

DVRT可以确定套管是内伤还是外伤，损伤穿透深度，损坏点准确位置等。对孔洞直径为9.5mm，相对穿透深度为30%以上的损伤均能做出正确判断。

DVRT套管探伤仪（图4.6）是由美国Atlas Wireline Services最新研制生产的数字化套管探伤仪，它由一个安装在心轴保护箱内的电磁铁和探测器及三部分电子线路组成。其中两个电子线路部分（分为上下两部分）也安装在心轴保护箱内，另一个控制器部分电子线路安装在一个单独的保护箱内，并与心轴的顶端相连，电子线路部分是经过特殊设计，可适用于4种不同心轴尺寸的DVRT仪器。

DVRT仪器的心轴由许多独立的极板组成，并以两个一组相互搭接的方式排列，以保证对套管四周进行全方位探测，每个极板上装有两个直流通量泄漏测试器及两个涡流测量线圈（EC）。

数字化套管探伤仪通过测量直流通量的泄漏来确定套管损伤的穿透程度。为了保证能对套管四周的腐蚀损伤程度进行全面而完整的测量，DVRT采用了很高的采样速率，可同时记录12道或24道测量数据。测量时根据仪器心轴的大小可进行12道或24道涡流（EC）测量，用来确定直流通量泄漏是发生在套管的内表面还是外表面，从而进一步确定套管是内伤还是外伤。其中114mm和140mm两种心轴同时记录12道FL（直流通量泄漏）和12道EC，而178mm和219mm两种心轴记录24道FL和24道EC。每一道波形记录都被完整地保存下来。所有波形均在井下数字化后传至地面，再经测井分析专用软件进行现场分析或后处理，在提供高质量显示结果的解释报告同时，可帮助现场进行决策，明显提高了工作效率。

（7）数传工程测井组合仪

数传工程测井组合仪由仪器头、磁性定位器、扶正器、方位仪、遥测仪、井壁超声成像测井仪及声波井径仪几个部分组成。

图4.6 DVRT测井仪器

仪器的主要技术指标：外径Φ90mm；工作环境温度-35～150℃；耐压75MPa；方向角范围及精度为0°～360°、±6°/h；声波井径精度±1.5mm；声波井径范围90～180mm；孔眼分辨能力≥8mm；纵向裂缝的分辨能力≥2mm；适用介质为油、水、泥浆（密度≤1.4g/cm3）。

数传工程测井组合仪进行多参数组合，能准确地指示出井身状况及套损方向，更直观、形象、具体地检测出各种程度和各种类型的套损及其方位，可为油水井套损机理、预防、修井、报废等提供详实可靠的资料。

　井下电视

14.5.1　基本原理

井下电视（Borehole TV）检测原理是基于普通电视摄像系统的基础上，考虑到孔内特殊环境因素而设计的。将彩色摄像头和带有自动调节光圈的广角镜头装进防水摄像探头，放入需监测的孔内，将拍摄到的孔壁四周及下部的全景图像通过电缆传送到地面彩色监视器显示，监测人员就可实时观看到孔壁四周的彩色图像，同时由录像机记录下整个检测过程的图像，或根据需要记录部分图像。井下电视根据图像有黑白电视检测和彩色电视检测之分。

14.5.2　观测方法

摄像机将孔壁四周的信号拍摄下来，经电缆、电子传输设备传输到主机。电子传输设备由孔口滑轮、绞车构成，孔口滑轮上安装有光电编码器，输出的光电脉冲送到主机，主机将视频信号和计数脉冲合成，并输出合成信号。录像机将合成信号记录在磁带上，监视器屏幕上显示图像信号和深度。井下电视的观测原理见图14-8。

观测系统由探头、电缆、电子计数绞车、深度计数视频叠加控制器及录像机和监视器、图像采集编辑组成。

14.5.3　技术要求

（1）探头下井时，速度要缓慢、均匀。

（2）探头进入井孔后应仔细观察井壁形态和井内落物及变径处，并作好记录。

图14-8　井下电视观测原理图

（3）在测试时，井下彩色电视探头一定要从井口向井底测试，不要相反，否则会使井水产生搅动而变混，从而带来不必要的处理程序。

（4）在浑水中测试：①将钻孔中的浑水置换出来，其方法有两种：一是将钻孔中的混水用泵抽出来；二是向钻孔中注入清水，到钻孔口部返出清水为止。②采用净水剂净化浑水。③将井下电视探头加上侧视功能，可使摄像头与井壁之间的距离相对近些。

（5）无水孔测试：对于水平孔、俯角＜30°倾斜孔的井下电视探测需采用专用水平推进装置。

14.5.4　成果的表达形式

（1）综合解释柱状图。

（2）钻孔录像带（或光盘）。

14.5.5　资料解释原则

14.5.5.1　图像识别方法

（1）岩性界面识别：根据图像观察，结合地质情况确定岩性后，从深度记录通道读出界面存在的位置。根据颜色变化、空间形态等确定界面上是否有裂缝或其他物质薄膜存在，还可根据上下层岩石中矿物的排列形式，确定岩石面的接触关系。

（2）构造界面识别：判识的依据是空间位置、几何形态、物质成分等。裂隙的产生形式、是否张开、是否充填、充填物质以及它们的产状等都要做出判断。断层性质主要根据观察断层形态、构造痕迹、特殊物质等判断，由于图像观察面积较小，全貌的反映需要跟踪调查。观测中要细致查找界面痕迹，如挤压破碎岩块、角砾岩、断层泥、擦痕、特殊矿物质等。断层面上都有小的不平整，井孔范围有限，在确定断层的产状时，要注意识别真正的构造面。

（3）地下水活动观察：井孔中的地下水总是携带有岩粉等漂浮物式气泡，可通过观察其运动来判断地下水的活动情况，它们的运动方向代表了地下水的流向，根据其运动速度可大致估计流速。留心查找漂浮物运动的起始点和终止点，即可找到出水点或漏水位置，分析出地下水的性质及补给关系。

（4）检查混凝土结构状况来确定浇筑质量：通过观察混凝土结构状况来确定浇筑质量的好坏，如砂浆、骨架分布均匀与否，结构是否密实，有无明显浇筑缝，是否有蜂窝、孔洞、堆积架空现象等。灌浆效果检查主要是检查是否充填浆液，充填是否均匀，充填后是否胶结良好。质量评价主要根据颜色、结构及孔壁完整程度、光滑程度来辨别。

14.5.5.2　图像资料分析

（1）岩性划分：进行岩性分层，确定分层界面位置，计算厚度和产状，划分出软弱泥化夹层，描述其产生形式、状态等。

（2）统计各种地质信息特征：岩性种类及分布状况；裂隙分类、分组、分布状况，计算产状，分析空间展布；断层破碎带的数量、产生形式、泥化软化状况，分析相关因素；特殊信息、矿物如岩石中所含石膏、方解石、石英、钙质集合体等的分布、状态等统计；灌浆结石的分布、数量等统计。

（3）分析地下水流速、补排关系，分析有关因素。

（4）综合分析：结合综合测井、声波测井及各种试验资料综合分析，如分层界面的修正，分层物理、力学参数，各种地质构造与参数特征，参数异常与地层结构关系等。

（5）图件绘制及综合解释：钻孔综合测试分析图的绘制及解释描述，钻孔电视图像与综合解释成果等。

14.5.6　仪器设备

井下电视仪器设备见表14-2。

表14-2　井下电视仪器一览表

参考文献

曹先玉.1994.井下电视.岩土工程试验监测手册.辽宁科学技术出版社

崔霖沛，吴其斌.环境地球物理方法及其应用.北京：地质出版社

杜奉屏.油矿地球物理测井.北京：地质出版社

石油测井情报协作组.测井新技术应用.北京：石油工业出版社

水文地球物理测井工作规范.北京：地质出版社

王惠濂.综合地球物理测井.北京：地质出版社

中国矿业学院等.煤田地球物理测井.北京：煤炭工业出版社

D.W.希尔契.现代测井解释.北京：石油工业出版社

求在自己家里有一口井，井下有宝藏的那步电视剧？

《暗宅之迷》是由李小平执导，房斌 苏廷石，梁爱琪 宫景华主演的一部电影。

主要讲述了多年前北京城流传的一个悠久而神秘的传说，由于战乱不断、运动不断，人们对于这个传说的的记忆逐渐淡忘并探寻的故事。

剧情简介：

多年以前的北京城曾经流传着一个悠久而神秘的传说：1900年八国联军攻打北京时，慈禧太后在仓皇西逃前夕曾将紫***城里的八大马车金银珠宝坚壁在宫外太监暗宅的一口古井里。日后由于战乱不断、运动不断，人们对于这个传说的的记忆逐渐淡忘。

百年后一所面临拆迁的老式四合院里，一辈子梦想发财，可一烧香灶王爷就调***的倒霉蛋王一斗日夜为“金条烫手”的美梦所困惑，坐卧不宁。

东屋王一斗家与西屋枝子妈家住对门，虽是儿女亲家，可对门成了对头，亲家成了冤家。原因是枝子妈至今攥着户口簿，不让枝子和满囤办理结婚手续，王家人将因此而丢掉一套本可到手的安置房。

妹妹叶子在满囤的哀求下偷出了户口簿，可怎么也没有想到枝子却把户口簿还给了母亲。性格倔强的枝子一方面和蛮横的母亲针锋相对，另一方面却对丈夫和公婆三番五次向他妈求情的做法很是不满。

恰在此时，做了一辈子发财梦的王一斗突然发现了一口藏在自家房子里的古井，初探的感觉让他坚信梦中的情形就要变为现实，他就要发了。不吐不快却又不能声张的感觉差点把他憋死，他拉上儿子满囤开始了他们的秘密行动。

根本不信“天上掉馅饼”的满囤一面在父亲的鼓动下黑白颠倒地下洞挖井，一面还要在枝子的逼迫的下苦练嘴皮工夫，好去卖保险，这使他筋疲力尽，痛苦不堪。王家父子的种种反常举动引起了院里人的好奇，也引起了枝子的怀疑。

测井和物探的区别是什么？

测井就是以前所提起的矿场地球物理勘探，也是物探的一种，他是把传统的地面物探方法运用到钻孔中去（所以也称钻孔地球物理勘探），用来对钻孔进行地层的划分，岩性的识别（主要是运用放射性测井方法），已经岩层的产状和钻孔的偏移度（即钻孔是否按照预定方向定向钻探）等的一种物探方法，准确的说，测井是物探的一个分支！

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