油田套管状况测井及套管应力检测方法研究

论文摘要

为了满足全国各油田套损监测、检测及预测工作的需要,以及为了促进生产测井技术及方法的发展,本文研制了具有高速数传速率(640Kbit/s)的耐高温高压的遥测工程测井组合仪,而且在国内外率先开展了用于套损预测的金属磁记忆检测套管应力方法的研究工作。该遥测工程测井组合仪中的常挂短接为磁性定位器及遥测短接;功能短接为方位仪、声波井径仪及井壁超声成像仪。遥测短接为该系统的组织管理核心,为各功能短接提供数据采集、处理及传输等所必需的软硬件支持;超声成像仪可直观显示套管内壁或井壁的自然状况,声波井径仪可快速定量检测套管内壁或井壁的状况;方位仪为超声成像仪及声波井径仪提供所需的套损方位。研究并应用了预编码、相关编码、QAM调制、匹配均衡放大接收及同步解调等技术,实现了遥测短接640Kbit/s的数传速率。根据超声波的基本特性和油田井下介质的特点,研究了超声成像的原理和规律,建立了具有带通特性的对数放大器数学模型,合理设计了前置放大器和对数放大器等关键电气单元,成功研制了新型超声成像仪—声波井径仪。依据磁畴理论,铁磁构件在外应力和地磁场的共同作用下,在构件的应力集中区磁畴组织沿地磁场发生定向且不可逆的重新取向,并在应力撤除后保留这种磁状态的不可逆变化,以微弱的漏磁场的形式在构件表面出现,形成金属的磁记忆特性;在金属磁记忆检测机理研究工作中,建立了带磁偶极子等效模型,推导出磁记忆信号的检测物理量计算方法,同时通过微观条形磁铁的方法物理模拟了磁记忆检测原理;依据铁磁材料的磁致伸缩方程,推导出磁记忆方程,进一步解释了磁记忆效应,探讨了应力与地磁场的作用;根据小波分析的基本理论及性质,从磁记忆信号的基本特征着手,研究出了用于消除磁记忆信号中噪声的Db4小波滤波消噪方法,并用实例验证了Db4小波滤波消噪方法能够有效地消除各种噪声的影响,处理后的磁记忆梯度曲线能够准确确定应力集中区域;通过大量的套管加力及检测实验研究,发现了套管所受应力与磁记忆检测信息间具有良好的对应关系,磁记忆检测方法可以分级评价套管的应力状况。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 选题目的与意义
• 1.2 本论文的主要研究内容及主要创新点
• 1.2.1 遥测方位井壁超声成像测井技术研究内容
• 1.2.2 井下金属套管应力检测方法实验研究内容
• 1.2.3 主要创新点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 井下遥测传输技术现状
• 1.3.2 井下套损检测技术现状
• 1.3.3 应力检测技术现状
• 2 遥测工程测井组合仪基本结构及遥测技术研究
• 2.1 遥测工程测井组合仪的基本结构设计
• 2.1.1 组合仪井下电气基本结构设计
• 2.1.2 组合仪地面系统基本结构设计
• 2.2 遥测仪的设计及其基本原理
• 2.2.1 遥测系统总体方案设计
• 2.2.2 遥测系统基本工作原理
• 2.3 遥测工程测井组合仪采集数据量计算
• 2.4 预编码及相关编码技术研究
• 2.5 QAM 调制及解调技术研究
• 2.5.1 QAM 调制技术研究
• 2.5.2 地面 QAM 解调技术研究
• 2.6 均衡放大技术研究
• 2.7 小结
• 3 井壁超声成像测井技术
• 3.1 超声波的基本特性
• 3.1.1 多层介质中超声波的反射和折射
• 3.1.2 超声波的衍射
• 3.1.3 超声波的衰减、吸收和散射
• 3.1.4 超声波的扩散
• 3.2 超声换能器温度压力特性分析
• 3.2.1 超声换能器温度特性分析
• 3.2.2 超声换能器耐压性能检测
• 3.3 井下超声成像规律
• 3.4 超声成像测井仪基本工作原理
• 3.5 各功能单元的设计与实现
• 3.5.1 前置放大器单元的设计与实现
• 3.5.2 对数放大器数学模型的建立与实现
• 3.5.3 回波幅度检测器的设计与实现
• 3.5.4 回波时间检测器的设计与实现
• 3.5.5 发射电路的设计与实现
• 3.5.6 井下仪器设计的技术参数
• 4 遥测工程测井组合仪现场试验
• 4.1 仪器的可靠性
• 4.2 仪器的稳定性
• 4.3 仪器的重复性
• 4.4 仪器的一致性
• 4.5 现场试验资料解释及分析
• 4.6 现场试验小结
• 5 金属磁记忆形成及检测机理研究
• 5.1 金属磁记忆的基本概念
• 5.2 金属磁记忆形成的磁畴理论
• 5.3 地磁场及应力对金属磁记忆的影响
• 5.3.1 磁致伸缩方程
• 5.3.2 磁记忆方程与磁记忆磁场
• 5.4 带磁偶极子等效模型的建立
• 5.5 磁记忆检测原理的物理模拟
• 6 磁记忆信号处理方法研究
• 6.1 信号分析和特征量提取技术简介
• 6.2 小波分析的基本理论及性质
• 6.2.1 小波分析的基本理论
• 6.2.2 小波分析的基本性质
• 6.3 磁记忆信号的 Db4 小波滤波消噪方法研究
• 6.3.1 磁记忆信号的基本特征
• 6.3.2 磁记忆信号的小波滤波原理
• 6.3.3 磁记忆信号的 Db4 小波滤波消噪方法
• 6.4 磁记忆信号的 Db4 小波滤波消噪的应用
• 7 金属套管受力状况与磁记忆信号分布关系实验研究
• 7.1 金属套管加力实验设计
• 7.1.1 套管加压设施模型设计
• 7.1.2 套管加力实验装置及方法
• 7.2 磁记忆信号检测样机及检测装置研制
• 7.2.1 磁记忆检测样机研制
• 7.2.2 磁记忆检测实验装置
• 7.3 用俄罗斯引进仪表进行的对比实验研究
• 7.4 用自行研制的检测装置进行的实验研究
• 7.5 实验研究结果
• 8 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录