1、一、概一、概 述述 1 1、油田套损的现状、油田套损的现状 油水井套损及防控问题一直是困扰油田生产的难题之一，油水井套损及防控问题一直是困扰油田生产的难题之一，其根本出路是解决套损预防的问题，而套损预报预防的前其根本出路是解决套损预防的问题，而套损预报预防的前提是能否给出套管局部的应力变化情况。套管应力检测技提是能否给出套管局部的应力变化情况。套管应力检测技术就是一种直接检测套管内部应力变化的方法和检测仪器，术就是一种直接检测套管内部应力变化的方法和检测仪器，它能为套损检测和预防提供最直接的客观信息，使套管在它能为套损检测和预防提供最直接的客观信息，使套管在发生塑性形变之前就能给出明确指示。矿
2、场技术人员可以发生塑性形变之前就能给出明确指示。矿场技术人员可以根据它来判断套损趋势、预测套损，进而采取预防措施。根据它来判断套损趋势、预测套损，进而采取预防措施。 2 2、解决问题的思路、解决问题的思路 套损预报预防的前提是能否给出局部的应力变化套损预报预防的前提是能否给出局部的应力变化情况，我们这项研究工作的目的就是寻找一种直情况，我们这项研究工作的目的就是寻找一种直接检测套管内部应力变化的方法和检测仪器，使接检测套管内部应力变化的方法和检测仪器，使其在发生塑性型变之前就能给出指示，真正实现其在发生塑性型变之前就能给出指示，真正实现预测预报的目标。我们不是反复去研究井径的测预测预报的目标。
3、我们不是反复去研究井径的测量精度问题，而是更进一步的去研究套管的应力量精度问题，而是更进一步的去研究套管的应力变化。变化。 从套损事故的从套损事故的“被动检查被动检查”到套管应力检测这到套管应力检测这是一种跨越式的研究思路。是一种跨越式的研究思路。3、目的意义、目的意义 大多数套损事故的直接诱因是地层应力和孔隙压力等不平大多数套损事故的直接诱因是地层应力和孔隙压力等不平衡造成的，外力的变化引起套管内应力的变化，从而引发套衡造成的，外力的变化引起套管内应力的变化，从而引发套损。损。 磁测应力技术实现了套管井下受力状况的直接测量，为油磁测应力技术实现了套管井下受力状况的直接测量，为油井套损监测预防
4、提供有效手段。它不仅为了解套管受力状况井套损监测预防提供有效手段。它不仅为了解套管受力状况提供了有效的检测方法，也为油水井套管大修效果评价、油提供了有效的检测方法，也为油水井套管大修效果评价、油田开发措施安全界限确定等方面提供了重要技术信息。这必田开发措施安全界限确定等方面提供了重要技术信息。这必将大大提高套损预防和治理措施效果，有效降低生产成本，将大大提高套损预防和治理措施效果，有效降低生产成本，有利于油田的持续高效发展，其经济效益和社会效益将是非有利于油田的持续高效发展，其经济效益和社会效益将是非常可观的。常可观的。 大庆测井公司套管应力检测技术介绍大庆测井公司套管应力检测技术介绍 1、研
5、究历程回顾、研究历程回顾 大庆测井一公司从大庆测井一公司从1999年前后开始跟踪研究此年前后开始跟踪研究此技术，在过去的十年里，我们先后开展了技术，在过去的十年里，我们先后开展了“可行可行性研究性研究” （19992001）、“套管应力监测技术研套管应力监测技术研究究”（20022005）和和“油田套损预测及应力检测油田套损预测及应力检测仪器研制仪器研制”（20072009）工作。工作。 两次作为局重大项目的开题、立项使我们不论两次作为局重大项目的开题、立项使我们不论从资金还是技术方面都得到了各方面的巨大支持，从资金还是技术方面都得到了各方面的巨大支持，为该技术在油田的应用打下了坚实的基础。为
6、该技术在油田的应用打下了坚实的基础。 在该项技术中，我们获得两项国家发明专利。在该项技术中，我们获得两项国家发明专利。获得局科技进步一等奖一项。获得局科技进步一等奖一项。 主要优势与特点主要优势与特点 套管应力测井技术是根据磁测应力原理研发的一套管应力测井技术是根据磁测应力原理研发的一种新测井方法与仪器，主要用于检测油井钢套管种新测井方法与仪器，主要用于检测油井钢套管在发生宏观变形之前的应力、应变情况，用以判在发生宏观变形之前的应力、应变情况，用以判断发生套损的趋势和危险程度。仪器系统带有断发生套损的趋势和危险程度。仪器系统带有6个应力测量极板，按个应力测量极板，按60度间隔等分布置，并带有度
7、间隔等分布置，并带有陀螺方位测井仪器。陀螺方位测井仪器。 该测井方法的优势主要有：该测井方法的优势主要有：1、能够给出套管应、能够给出套管应力分布的状况及相对大小；力分布的状况及相对大小；2、可以判断挤压套、可以判断挤压套管的方式；管的方式；3、给出套管受挤压力的方位；、给出套管受挤压力的方位；4、可、可以结合其它资料判断油、水井套损趋势。以结合其它资料判断油、水井套损趋势。二、二、 MST-检测仪器原理与仪器结构检测仪器原理与仪器结构1 1、方法原理、方法原理 套管应力检测技术的物理基础是基于铁磁材料套管应力检测技术的物理基础是基于铁磁材料受外部机械力作用时（包括环境温度影响），其受外部机械
8、力作用时（包括环境温度影响），其内部应力内部应力变化能引起导磁系统磁导率变化能引起导磁系统磁导率 变化的特变化的特性，通过测量导磁系统的磁导率变化量性，通过测量导磁系统的磁导率变化量 ，进而，进而检测铁磁体内部应力变化。磁导率的变化量检测铁磁体内部应力变化。磁导率的变化量 与与内应力内应力之间有下列线性关系之间有下列线性关系： / / 0 0 0 0外力外力F F 信号输出信号输出2、井下应力检测仪器组成、井下应力检测仪器组成1、控制与传输短节；、控制与传输短节；2、自然伽马短节；、自然伽马短节；3、方位测量短节；、方位测量短节；4、多臂井径测量短节、多臂井径测量短节5、支撑臂短节；、支撑臂短
9、节；6、磁测应力短节；、磁测应力短节；等六节组成。等六节组成。 数传与主控应力传感器支 撑 卡 瓦16臂井径仪扶 正 器方位仪器3、研究的主要内容、研究的主要内容 全部研究工作包括十几个部分组成，它全部研究工作包括十几个部分组成，它们是们是“磁测应力的基础研究、应力信号提磁测应力的基础研究、应力信号提取、传感器与极板研制、检测仪器系统总取、传感器与极板研制、检测仪器系统总体方案、井下仪器结构设计、系统总线设体方案、井下仪器结构设计、系统总线设计、电路设计、测控软件设计、辅助测试计、电路设计、测控软件设计、辅助测试设备开发、钢套管受力分析、套损机理分设备开发、钢套管受力分析、套损机理分析和解释预
10、报方法研究析和解释预报方法研究”等。等。4、技术水平、技术水平 去年研制成功的去年研制成功的MST-套管应力检测仪器套管应力检测仪器已经成功用于现场工程测井。经过已经成功用于现场工程测井。经过8口井的现口井的现场试验证明它场试验证明它完全达到了工程应用水平完全达到了工程应用水平。 它实现了真正意义的套管应力测量。它实现了真正意义的套管应力测量。主要技术指标：主要技术指标：（1）应力测量重复误差小于）应力测量重复误差小于8.3 ；（2）井下仪器外径）井下仪器外径90mm（极板外径（极板外径96mm） ；（3）仪器耐压大于）仪器耐压大于32MPa；耐温；耐温85；（4）应力仪器测量速度大于）应力仪
11、器测量速度大于120m/h； 4 4、研究的主要内容、研究的主要内容基础研究与可行性研究仪器研制力学分析与室内试验油井套损机理分析工程实施管材结构的有限元分析与实验管材结构的有限元分析与实验传感器、极板、结构设计、电路设计传感器、极板、结构设计、电路设计RMSRMS效应实验、应力信号提取效应实验、应力信号提取总结学习、理论分析总结学习、理论分析实际资料的采集、初步分析实际资料的采集、初步分析应力资料解释基础实验、井径、基础实验、井径、MACMAC资料对比资料对比5 5、突破的关键技术、突破的关键技术 （1）完成了磁测应力信号的提取，实现了套管应力分布状况）完成了磁测应力信号的提取，实现了套管应
12、力分布状况的直接测量；的直接测量； （2）研制了实用的）研制了实用的RMS-应力传感器和新型应力传感器和新型RMSP-极板；极板； （3）完成了油井钢套管受力分析和检测规律研究；）完成了油井钢套管受力分析和检测规律研究； （4）完成了套损机理研究、单井应力分布的解释技术研究；）完成了套损机理研究、单井应力分布的解释技术研究； （5）研制出应力仪器的刻度检验系统和）研制出应力仪器的刻度检验系统和RMS传感器测试同步采传感器测试同步采集记录系统等专用设备的开发，为传感器和仪器的测试与标集记录系统等专用设备的开发，为传感器和仪器的测试与标定提供了技术支持；定提供了技术支持；（6）研制出的）研制出的“
13、MST-套管应力检测仪器套管应力检测仪器”系统，具有性能可系统，具有性能可靠、操作简便、抗干扰能力强、检测结果直观等特点。靠、操作简便、抗干扰能力强、检测结果直观等特点。（7）实现了磁测应力技术成功应用于石油测井行业，使其达到）实现了磁测应力技术成功应用于石油测井行业，使其达到了工程应用的水平，填补了该领域的一项空白。了工程应用的水平，填补了该领域的一项空白。形成的技术成果形成的技术成果MST-应力检测仪应力检测仪形成的技术成果形成的技术成果井下仪器故障诊断系统井下仪器故障诊断系统 开展了物理与数学模型建模及有限元计算，完开展了物理与数学模型建模及有限元计算，完成了两种管材的成了两种管材的24
14、种加载方式的理论计算和实验种加载方式的理论计算和实验数据校核；建立不同载荷条件下的应力数据校核；建立不同载荷条件下的应力-应变静态应变静态数据库。数据库。 这部分工作主要目的是研究探讨钢套管在非均匀这部分工作主要目的是研究探讨钢套管在非均匀受力下有限元建模的合理性，以便确定其计算结受力下有限元建模的合理性，以便确定其计算结果的准确性和其做为果的准确性和其做为“理论刻度理论刻度”标准的可信度。标准的可信度。 1 1、钢套管受力分析与实验研究、钢套管受力分析与实验研究建模与计算方案设计建模与计算方案设计套管计算模型及坐标示意图套管计算模型及坐标示意图 有限元计算结果MPa944.92MPa917.
15、82选择线分布载荷、圆柱作用线分布载荷、圆柱作用两种施加载荷方式载荷方式。 压力为压力为5MPa5MPa时时1000mm1000mm长套管沿长套管沿x x轴方向的应力分布轴方向的应力分布三、技术优势与地质效果三、技术优势与地质效果 套管应力测井技术是根据磁测应力原理研发的一种新测井方法与仪器，主要用于检测油井钢套管在发生宏观变形之前的应力、应变情况，用以判断发生套损的趋势和危险程度。仪器系统带有6个应力测量极板，按60度间隔等分布置，并带有陀螺方位测井仪器。该测井方法的优势主要有：1、能够给出套管应力分布的状况及相对大小；2、可以判断挤压套管的方式；3、给出套管受挤压力的方位；4、可以结合其它
16、资料判断油、水井套损趋势。资料处理解释给出的解释方式 根据测井资料和相关信息提交的测井解释报告包括： 1、常规测井曲线； 2、重点层段数据表； 3、重点层段力园分析图； 4、重点层段分析结论等仪器的灵敏度特点仪器的灵敏度特点 这点从南这点从南121P27的的784789米米井段的资料明显反井段的资料明显反映出它的优势，在映出它的优势，在该段对应的井径曲该段对应的井径曲线无反映，但是线无反映，但是6个应力臂反映明显，个应力臂反映明显，同时它的邻层同时它的邻层780附近发生套损，此附近发生套损，此段应是中度危险段。段应是中度危险段。 使用证明这是其它使用证明这是其它方法无法比拟的。方法无法比拟的。
17、“南121P27井784789米段” 灵敏度对比图 地质资料的方向特征地质资料的方向特征该方法不但能显示套损程该方法不但能显示套损程度，还能显示套损方位。度，还能显示套损方位。 ，如南如南1-22-221井井749.0753.0m测量井段，磁测应测量井段，磁测应力曲线异常幅度较大，其力曲线异常幅度较大，其中中2号极板的应力曲线异常号极板的应力曲线异常幅度最大，而幅度最大，而4号极板采集号极板采集的应力曲线变化幅度最大，的应力曲线变化幅度最大，其中其中1、2、3、号极板应力、号极板应力曲线由负异常变为正异常，曲线由负异常变为正异常，说明套管内壁受力由压应说明套管内壁受力由压应力变为拉应力即剪切应
18、变力变为拉应力即剪切应变特征。根据特征。根据0号极板方位号极板方位330度计算，本测量井段套度计算，本测量井段套管受力为东向挤压力。本管受力为东向挤压力。本井段套管发生整体变形。井段套管发生整体变形。 南1-22-221井套管应力曲线与井径曲线对比 高高167-143167-143井套管应力解释成果表井套管应力解释成果表序号序号顶深顶深底深底深厚度厚度应力异常情况描述应力异常情况描述1782784 2 南北受力大于东西向受力，该段套管有南北受力大于东西向受力，该段套管有变形危险变形危险2791 792 1该段套管有西北该段套管有西北东南方向的外力作用，东南方向的外力作用，有剪切变形危险有剪切变形危险3838 839 1 受到西北受到西北东南方向的外力作用，有接东南方向的外力作用，有接箍套损危险，剪切变形箍套损危险，剪切变形475776710与水泥胶结曲线与水泥胶结曲线BI对比也反映了固井质对比也反映了固井质量对磁测应力的影响量对磁测应力的影响5798.5 808.5 10 受到残余磁化影响，测量结果不能反映受到残余磁化影响，测量结果不能反映真实问题真实问题6891 90110 受到残余磁化影响，测量结果不能反映受到残余磁化影响，测量结果不能反映真实问题真实问题高高167167143143井几个重点危险层段力圆图井几个重点危险层段力圆图
