金属套管腐蚀检测方法与技术研究

摘要

金属套管在石油行业有大量应用，受地层应力改变、温度变化、腐蚀性液/气体等各种因素的长期影响，套管腐蚀成为一种不可避免的现象。套损井已经成为油田开采中的棘手问题，不但影响油水井的使用寿命、油气产量和注水效果，而且会导致各种油井质量事故的发生，并造成巨大的经济损失。及时对套管腐蚀状况进行监测，可有效避免这类油井质量事故的发生，减少财产损失，因此，套管腐蚀检测技术在油田生产中有着极大的应用空间和实用价值。
　　本文将场分布扫描法应用于套管腐蚀检测领域。首先，分析研究了场分布扫描法检测套管腐蚀的原理及检测步骤，介绍了稳定电流场理论和有限元方法，利用COMSOL有限元分析软件完成了均匀腐蚀、穿孑L、裂缝等缺陷套管模型的建立计算。其次，完成了直流激励模型的仿真求解，在大量仿真实验的基础上，给出了电极系的结构参数。在电流场中直流激励下，分析了套管管壁电流密度、电位分布的异常变化，借此差异来定性评估套管腐蚀情况。最后，在电场和磁场模式下，仿真计算了均匀腐蚀和盲孔腐蚀模型，结合趋肤效应原理，详细阐述了如何分辨内外壁腐蚀的问题。同时，以混合腐蚀模型为例，采用多频激励、阵列测量、阵列信号合成处理等技术，借助MATLAB将测量结果解释为2D图像，更加直观准确的反应了套管腐蚀的类型及方位。结合仿真实验的结果，本文还设计了电极系的排列方式、分布结构以及信号采集系统的总体方案。
　　论文提出了一种基于场分布扫描的套管腐蚀检测方法，为现有的套管腐蚀检测技术提供了一种新的思路，所得仿真结果在工程应用中具有指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 超声检测法

1．2．2 机械井径法

1．2．3 电磁法

1．3 主要研究内容及章节安排

第二章 基于场分布扫描的金属套管腐蚀检测方法研究

2．1 场分布扫描法简述

2．1．1 场分布扫描法原理

2．1．2 场分布扫描技术的应用

2．2 基于场分布扫描的金属套管腐蚀检测原理

2．2．1 基本原理

2．2．2 检测步骤

2．3 稳定电流场理论

2．3．1 稳定电流场的基本性质

2．3．2 稳定电流场的电位的定解问题

2．3．3 稳定电流场的边界条件

2．4 小结

第三章 套管腐蚀检测方法的数值仿真

3．1 有限元方法

3．2 COMSOL有限元软件概述

3．2．1 COMSOL应用领域及优点

3．2．2 低频电磁场模块AC／DC

3．3 套管腐蚀的有限元求解过程

3．3．1 COMSOL几何建模

3．3．2 网格剖分

3．3．3 加载激励、约束及边界条件

3．3．4 选择求解器类型

3．3．5 可视化后处理

3．4 小结

第四章 直流激励下套管腐蚀模型电场响应特性分析

4．1 理想套管模型电场特性分析

4．2 电极参数选择

4．2．1 激励电极对的选择

4．2．2 测量电极选择

4．3 直流激励下套管腐蚀模型电场响应特性

4．3．1 均匀外壁腐蚀模型

4．3．2 穿孔腐蚀模型

4．3．3 裂缝腐蚀模型

4．3．4 混合腐蚀模型

4．4 小结

第五章 交流激励下套管腐蚀模型电场响应特性分析

5．1 趋肤效应

5．2 交流激励下套管内阻抗的解析解

5．3 交流激励下套管腐蚀模型电场响应特性

5．3．1 均匀腐蚀模型

5．3．2 盲孔腐蚀模型

5．4 激励频率的选择

5．5 小结

第六章 实验装置设计

6．1 推靠器选择

6．2 电极排列

6．3 相应电路结构设计

6．3．1 方案选择

6．3．2 电路结构设计

6．4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文