本發(fā)明涉及油氣開(kāi)采中的鉆完井固井，尤其涉及一種井筒完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、石油套管是油氣田井筒管柱的重要組成部分,在傳統(tǒng)的油氣田井筒管柱工程中主要作用是固定井壁、防治井壁坍塌,是油氣資源從井底輸送至地面通道中最重要的實(shí)體屏障。目前，我國(guó)在油氣田勘探開(kāi)采中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，由于地質(zhì)條件不同，井下受力狀態(tài)復(fù)雜，拉、壓、彎、扭綜合作用于套管體，這對(duì)套管本身的質(zhì)量和完整性提出了較高的要求。套管柱完整性主要體現(xiàn)在密封性和截面形狀規(guī)則兩方面，由于長(zhǎng)期采用注水開(kāi)發(fā)的方式開(kāi)采油田，加劇了地層深處的地質(zhì)活動(dòng)，許多因素如酸化壓裂改造、重復(fù)多次的井下作業(yè)和腐蝕等，都可以導(dǎo)致套管發(fā)生不同程度的變形(包括套管縮徑、套管一處或多處彎曲、套管擠扁、嚴(yán)重彎曲變形、套管破裂及錯(cuò)斷等)，在一些易垮塌地層或者固井質(zhì)量差的地層，套管形變尤為嚴(yán)重，一旦套管本身由于某種原因發(fā)生變形或損壞，便可能導(dǎo)致整口井的減產(chǎn)甚至報(bào)廢，嚴(yán)重影響油氣田的安全和效益，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。所以，套管形變損壞問(wèn)題在世界各國(guó)的石油及天然氣開(kāi)發(fā)中已引起了人們的高度重視。若能對(duì)壓裂施工過(guò)程中的套管形變情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，及時(shí)準(zhǔn)確獲取井下套管形變位置、變形程度和地層參數(shù)等信息，第一時(shí)間采取防治措施保證井筒完整性，指導(dǎo)后續(xù)作業(yè)、修井、射孔、壓裂等措施實(shí)施，將對(duì)油氣藏的長(zhǎng)效開(kāi)發(fā)具有重大的積極意義。

2、目前，油氣開(kāi)采過(guò)程中套管形變常用的檢測(cè)方法主要有機(jī)械式多臂井徑儀測(cè)井、聲波成像測(cè)井、電磁探傷測(cè)井、井下視像檢測(cè)等，通過(guò)測(cè)井的手段把套管形變物理信息直接或間接傳回地面，利用測(cè)井解釋信息指導(dǎo)修復(fù)措施?，F(xiàn)有的套管形變檢測(cè)技術(shù)都不能實(shí)現(xiàn)井下套管形變情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，需要將儀器下入井內(nèi)一定深度后才開(kāi)始工作，在檢測(cè)時(shí)需要關(guān)井，造成生產(chǎn)被迫停止，既影響了油氣開(kāi)采進(jìn)度和生產(chǎn)效率，又對(duì)儀器和被測(cè)井構(gòu)成破壞風(fēng)險(xiǎn)，存在檢測(cè)步驟繁雜，且下入井下的儀器容易遇阻、遇卡或掉落等問(wèn)題。

3、專(zhuān)利號(hào)為cn202991012u的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了多臂井徑成像儀，包括電纜密封頭、上扶正器、控制件、成像臂傳感器、下扶正器和配重接頭,電纜密封頭連接在上扶正器的一端,上扶正器的另一端通過(guò)伸縮臂與控制件連接,控制件與成像臂傳感器連接,成像臂傳感器連接在下扶正器的一端，下扶正器的另一端通過(guò)伸縮臂與配重接頭連接,成像臂傳感器的四周設(shè)有多個(gè)監(jiān)測(cè)臂。將工具下放到井內(nèi)，通過(guò)監(jiān)測(cè)臂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)套管內(nèi)徑、套管接箍、井溫從而推斷出套管的損壞情況，在工具下放監(jiān)測(cè)期間油氣開(kāi)采停止作業(yè)，影響了油氣開(kāi)采進(jìn)度和生產(chǎn)效率。

4、專(zhuān)利號(hào)為cn109708595a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了井下套管破損檢測(cè)方法及裝置，其將套損檢測(cè)裝置隨井下采油管柱下入井下設(shè)定位置,在下井過(guò)程中通過(guò)套損檢測(cè)裝置對(duì)周邊套管進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，套損檢測(cè)裝置下入至設(shè)定位置后,通過(guò)套損檢測(cè)裝置對(duì)設(shè)定位置處的套管段進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)油氣井檢泵時(shí)將套損檢測(cè)裝置隨所述采油管柱起出至地面,在起出過(guò)程中通過(guò)所述套損檢測(cè)裝置對(duì)周邊所述套管進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，該方法通過(guò)將工具安裝在油管上，避免了油氣開(kāi)采停止作業(yè)，但是只給出了一種方法，具體可行性還有待研究。

5、專(zhuān)利號(hào)為cn111594138a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種全面測(cè)試套管工作參數(shù)的裝置，在現(xiàn)有石油套管內(nèi)部開(kāi)設(shè)環(huán)狀?yuàn)A層，在環(huán)狀?yuàn)A層內(nèi)部固定設(shè)置需要測(cè)試參數(shù)對(duì)應(yīng)的敏感元件，敏感元件的設(shè)置類(lèi)型和數(shù)量能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，以測(cè)量相關(guān)參數(shù)，敏感元件通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至數(shù)據(jù)處理端，該裝置集成了電池、傳輸、檢測(cè)一體，在現(xiàn)有設(shè)備的體積下集成在套管管壁內(nèi)，使得管套壁厚太大，不利于固井。

6、針對(duì)當(dāng)前儲(chǔ)層壓裂改造誘發(fā)的套管形變不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的問(wèn)題，專(zhuān)利號(hào)為cn112282730a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種儲(chǔ)層壓裂改造誘發(fā)井下套管形變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法，該方法采用水平井泵送坐橋塞射孔與套管磁性定位測(cè)量聯(lián)作方式，利用磁性定位儀器實(shí)時(shí)測(cè)量套管接箍和套管磁性異常，通過(guò)建立的套管形變磁性異常測(cè)井響應(yīng)模式和分析套管磁性異常特征，對(duì)井下套管形變程度及發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。該方法能根據(jù)射孔壓裂前后套管因受力產(chǎn)生的壓磁效應(yīng)推斷套管形變狀態(tài)，但所測(cè)磁性異常容易受其它力作用如泵送阻卡、井斜拉張的外界干擾，不能有效排除測(cè)井解釋多解性，所建立的磁性異常與套管形變關(guān)聯(lián)模型以實(shí)際水平井套變多臂井徑測(cè)井檢測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，不能保證模型的準(zhǔn)確性，且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程只針對(duì)于射孔壓裂前和壓裂中階段，沒(méi)有充分考慮壓裂后儲(chǔ)層壓力的后續(xù)變化可能帶來(lái)的套管形變問(wèn)題，無(wú)論在精確性和實(shí)用性上都有一定局限。

7、專(zhuān)利號(hào)為cn202210073242.8的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種固井、壓裂、生產(chǎn)過(guò)程套管變形無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括井下套管變形無(wú)線監(jiān)測(cè)器、傳輸信道、信號(hào)中繼裝置和地面接收系統(tǒng)，主要原理為利用井下套管變形無(wú)線監(jiān)測(cè)器內(nèi)的環(huán)形應(yīng)力應(yīng)變片檢測(cè)所貼合套管的變形情況，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)降孛?，在地面獲取井下套管變形位置、變形程度和套變點(diǎn)數(shù)量等信息，但通過(guò)內(nèi)置鋰電池的無(wú)線傳輸其電量有限無(wú)法保證長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過(guò)單一環(huán)形應(yīng)力應(yīng)變片檢測(cè)，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估地層套管的損壞信息。

8、目前的技術(shù)能在一定程度上解決部分油氣井中井筒完整性的問(wèn)題，即套管形變損壞問(wèn)題，但井筒完整性的評(píng)估需要考慮套管形變、密封性等各種問(wèn)題。所以急需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，提出綜合性較強(qiáng)的井筒完整性檢測(cè)/監(jiān)測(cè)技術(shù)，以更好解決固井、油氣藏開(kāi)采中套管異常變形頻發(fā)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種井筒完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，采用與套管直接連接隨套管下放的套管外監(jiān)測(cè)短接，內(nèi)部含有檢測(cè)系統(tǒng)便于檢測(cè)套管的損傷變形及地層溫壓參數(shù)，并將信號(hào)經(jīng)臍帶電纜傳輸回地面工作系統(tǒng)。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)在固井、油氣藏開(kāi)采過(guò)程中的套管損傷變形和地層溫壓參數(shù)，評(píng)估井筒完整性。有利于分析預(yù)測(cè)井下套管的受力狀態(tài)，地層溫度和壓力的變化，對(duì)油氣藏的長(zhǎng)效開(kāi)發(fā)具有重大的積極意義。

2、本發(fā)明提供了一種井筒完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括地面工作系統(tǒng)、有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)、套管主體機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)；

3、所述地面工作系統(tǒng)連接所述有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)，所述有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)、所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和所述檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在所述井筒內(nèi)；所述有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和所述檢測(cè)系統(tǒng)均連接；

4、所述地面工作系統(tǒng)設(shè)置在地面，所述套管主體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置在井筒內(nèi)；

5、所述檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)所述套管主體機(jī)械結(jié)構(gòu)中套管的位移和形變，并將該檢測(cè)信息通過(guò)有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸至所述地面工作系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將檢測(cè)信息處理為數(shù)字信號(hào)，所述地面工作系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)信息進(jìn)行顯示；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將處理后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)所述有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸至地面工作系統(tǒng)。

6、優(yōu)選地，所述地面工作系統(tǒng)包括：信號(hào)接收模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊，所述信號(hào)接收模塊用于接收有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后通過(guò)顯示模塊直觀展示；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能讀取的信號(hào)并能將井下復(fù)雜的測(cè)量數(shù)據(jù)處理為想要的結(jié)果；所述顯示模塊用于顯示井下套管和地層的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。

7、優(yōu)選地，所述有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的信號(hào)并且傳輸給所述地面工作系統(tǒng)，有線信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸方式為臍帶電纜傳輸。

8、優(yōu)選地，所述套管主體機(jī)械結(jié)構(gòu)包括套管上接頭、通線孔、套管密封外壁、空心夾層、套管內(nèi)壁、套管下接頭和加強(qiáng)肋板，套管上接頭和套管下接頭分別與套管可拆卸連接，所述通線孔設(shè)置在所述套管上，所述空心夾層設(shè)置于所述套管密封外壁和所述套管內(nèi)壁之間，所述加強(qiáng)肋板設(shè)置在所述套管密封外壁和所述套管內(nèi)壁之間。

9、優(yōu)選地，所述通線孔設(shè)置在所述套管密封外壁上，所述加強(qiáng)肋板上還設(shè)置電線孔。

10、優(yōu)選地，檢測(cè)系統(tǒng)包括應(yīng)變傳感器、位移傳感器、溫度傳感器、地層壓力傳感器和超聲波傳感器。

11、優(yōu)選地，應(yīng)變傳感器包括引線、蓋片、敏感柵和基底，所述敏感柵設(shè)置于所述基底上，所述蓋片覆蓋與所述敏感柵上，所述引線與所述蓋片連接。

12、優(yōu)選地，所述敏感柵由直徑為0.01-0.05mm的絲彎曲而成柵狀，所述敏感柵用粘合劑將其固定在所述基底上。

13、優(yōu)選地，每四塊應(yīng)變傳感器組成環(huán)形感測(cè)應(yīng)變傳感器組，在套管主體機(jī)械結(jié)構(gòu)的空心夾層內(nèi)，每組環(huán)形感測(cè)應(yīng)變傳感器組呈90°夾角均勻分布，設(shè)置兩組環(huán)形感測(cè)應(yīng)變傳感器組，其中一組檢測(cè)套管周向應(yīng)變，測(cè)量套管的擠壓變形，另外一組檢測(cè)套管軸向應(yīng)變，對(duì)應(yīng)測(cè)量套管彎曲變形。

14、優(yōu)選地，溫度傳感器和地層壓力傳感器固定在空心夾層內(nèi)，測(cè)量套管短節(jié)所在位置的地層溫度以及壓力，通過(guò)連續(xù)測(cè)量地層溫度和壓力評(píng)估井筒密封性以及流體流動(dòng)規(guī)律，為井筒的壽命預(yù)測(cè)以及油氣藏的合理開(kāi)采和動(dòng)態(tài)評(píng)估提供直接數(shù)據(jù)；超聲波傳感器固定在空心夾層內(nèi)。

15、優(yōu)選地，空心夾層共有四個(gè)腔室，位移傳感器和溫度傳感器分別安裝在不同腔室；位移傳感器按照空心夾層的形狀進(jìn)行包裝并且固定；溫度傳感器感溫元件與套管密封外壁貼合；地層壓力傳感器固定在空心夾層內(nèi)，其受力面能夠與套管密封外壁貼合；超聲波傳感器分為聲波發(fā)生裝置和聲波接收裝置，分別安裝在兩個(gè)腔室，中間用導(dǎo)線連接。

16、優(yōu)選地，地層壓力傳感器包括傳力上蓋、壓電片、電極、電極引出插頭、絕緣塊和底座，兩個(gè)絕緣塊設(shè)置在底座上，一個(gè)絕緣塊的一端伸出底座的一端，另一個(gè)絕緣塊位于底座另一端的內(nèi)側(cè)，電極安裝在兩個(gè)絕緣塊之間，電極的一端伸出絕緣塊的一端并與電極引出插頭連接，壓電片包裹在所述電極外部并與電極貼合，所述傳力上蓋安裝在與所述底座相對(duì)的所述壓電片的上方，當(dāng)傳力上蓋受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，壓電片受傳力上蓋擠壓產(chǎn)生形變，使壓電片的阻值發(fā)生改變，使加在壓電片上的電壓發(fā)生變化，通過(guò)電極引出插頭將電壓傳遞到儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出壓力的數(shù)值。

17、優(yōu)選地，在水平面上安裝兩個(gè)超聲波傳感器，呈180°夾角，檢測(cè)方向?yàn)檩S向，檢測(cè)套管內(nèi)徑，根據(jù)聲波的反射時(shí)長(zhǎng)檢測(cè)套管橢圓度情況。

18、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括傳感器數(shù)據(jù)處理組件和電路微處理器接口，傳感器數(shù)據(jù)處理組件由信號(hào)處理微芯片組成。

19、優(yōu)選地，電路微處理器接口包括：電源接口、信號(hào)輸入接口、芯片重置接口、接地接口和多個(gè)信號(hào)輸出接口，電源接口與電源連接；信號(hào)輸入接口對(duì)電路微處理器輸入信號(hào)；當(dāng)信號(hào)輸入到電路微處理器后檢測(cè)系統(tǒng)沒(méi)有工作，此時(shí)通過(guò)芯片重置接口系統(tǒng)自動(dòng)重啟芯片；多個(gè)信號(hào)輸出接口分別連接不同工作傳感器，對(duì)其連接的工作傳感器進(jìn)行控制。

20、本發(fā)明提供了一種井筒完整性評(píng)價(jià)方法，用于上述的任一井筒完整性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括如下步驟：

21、使用應(yīng)變傳感器對(duì)套管軸向應(yīng)變和周向應(yīng)變進(jìn)行局部測(cè)量；

22、位移傳感器確定套管在地層運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的位移量；

23、溫度傳感器和地層壓力傳感器測(cè)量套管短節(jié)所在位置的地層溫度和壓力；

24、超聲波傳感器判斷套管的表面孔洞和橢圓度信息；

25、利用以上傳感器監(jiān)測(cè)套管形變位置、變形程度、套管形變數(shù)量以及地層溫度和壓力參數(shù)，對(duì)井筒的損傷、破壞和密封性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比，本發(fā)明的有益效果如下：

27、1.本發(fā)明采用有線傳輸方式，傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)也為井下傳感器提供電能。能夠長(zhǎng)期實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)井下套管變形、地層溫壓。

28、2.本發(fā)明的微型位移傳感器在套管固定后開(kāi)始記錄初始位置信息且將信息傳輸給地面工作系統(tǒng)，建立初始油氣井坐標(biāo)系，當(dāng)套管發(fā)射變形或者位移時(shí)，微型位移傳感器會(huì)計(jì)算自身位移量并將位移量傳輸給地面工作系統(tǒng)，此時(shí)地面系統(tǒng)根據(jù)位移量計(jì)算新的位置信息。根據(jù)新坐標(biāo)與初始坐標(biāo)對(duì)比可以直觀的看到套管的位移信息，從而可以評(píng)估套管的變形量和損壞程度。

29、3.本發(fā)明增加了溫度和壓力傳感器，各種傳感器相互協(xié)作可以準(zhǔn)確獲得井下相應(yīng)套管位置、變形情況，地層溫度和壓力。綜合評(píng)價(jià)井筒完整性，對(duì)指導(dǎo)井筒修復(fù)、重復(fù)壓裂優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)有重要意義。

30、4.本發(fā)明采用超聲波傳感器可以檢測(cè)套管橢圓度信息，后期可以根據(jù)不同短套管的橢圓度信息綜合評(píng)判套管的使用壽命以及為后期套管修復(fù)提供基礎(chǔ)信息；

31、5.本發(fā)明連續(xù)測(cè)量套管外監(jiān)測(cè)短接所在位置的地層溫度和壓力評(píng)估井下流體規(guī)律，為油氣藏的合理開(kāi)采和動(dòng)態(tài)評(píng)估提供直接數(shù)據(jù)。

32、6.本發(fā)明無(wú)需下入其它測(cè)井工具，避免了井下儀器遇阻、遇卡或掉落等問(wèn)題，無(wú)需關(guān)井，檢測(cè)流程獨(dú)立而簡(jiǎn)單，不影響其它施工作業(yè)，降低了風(fēng)險(xiǎn)，保證了油氣井的開(kāi)采進(jìn)度和生產(chǎn)效率。