一、概述

1、油田套損的現(xiàn)狀油水井套損及防控問題一直是困擾油田生產的難題之一，其根本出路是解決套損預防的問題，而套損預報預防的前提是能否給出套管局部的應力變化情況。套管應力檢測技術就是一種直接檢測套管內部應力變化的方法和檢測儀器，它能為套損檢測和預防提供最直接的客觀信息，使套管在發(fā)生塑性形變之前就能給出明確指示。礦場技術人員可以根據(jù)它來判斷套損趨勢、預測套損，進而采取預防措施。

2、解決問題的思路套損預報預防的前提是能否給出局部的應力變化情況，我們這項研究工作的目的就是尋找一種直接檢測套管內部應力變化的方法和檢測儀器，使其在發(fā)生塑性型變之前就能給出指示，真正實現(xiàn)預測預報的目標。我們不是反復去研究井徑的測量精度問題，而是更進一步的去研究套管的應力變化。從套損事故的“被動檢查”到套管應力檢測這是一種跨越式的研究思路。3、目的意義

大多數(shù)套損事故的直接誘因是地層應力和孔隙壓力等不平衡造成的，外力的變化引起套管內應力的變化，從而引發(fā)套損。磁測應力技術實現(xiàn)了套管井下受力狀況的直接測量，為油井套損監(jiān)測預防提供有效手段。它不僅為了解套管受力狀況提供了有效的檢測方法，也為油水井套管大修效果評價、油田開發(fā)措施安全界限確定等方面提供了重要技術信息。這必將大大提高套損預防和治理措施效果，有效降低生產成本，有利于油田的持續(xù)高效發(fā)展，其經濟效益和社會效益將是非常可觀的。大慶測井公司套管應力檢測技術介紹1、研究歷程回顧大慶測井一公司從1999年前后開始跟蹤研究此技術，在過去的十年里，我們先后開展了“可行性研究”（1999－2001）、“套管應力監(jiān)測技術研究”（2002－2005）和“油田套損預測及應力檢測儀器研制”（2007－2009）工作。

兩次作為局重大項目的開題、立項使我們不論從資金還是技術方面都得到了各方面的巨大支持，為該技術在油田的應用打下了堅實的基礎。在該項技術中，我們獲得兩項國家發(fā)明專利。獲得局科技進步一等獎一項。

主要優(yōu)勢與特點套管應力測井技術是根據(jù)磁測應力原理研發(fā)的一種新測井方法與儀器，主要用于檢測油井鋼套管在發(fā)生宏觀變形之前的應力、應變情況，用以判斷發(fā)生套損的趨勢和危險程度。儀器系統(tǒng)帶有6個應力測量極板，按60度間隔等分布置，并帶有陀螺方位測井儀器。該測井方法的優(yōu)勢主要有：1、能夠給出套管應力分布的狀況及相對大??；2、可以判斷擠壓套管的方式；3、給出套管受擠壓力的方位；4、可以結合其它資料判斷油、水井套損趨勢。二、

MST-Ⅱ檢測儀器原理與儀器結構1、方法原理

套管應力檢測技術的物理基礎是基于鐵磁材料受外部機械力作用時（包括環(huán)境溫度影響），其內部應力σ變化能引起導磁系統(tǒng)磁導率變化的特性，通過測量導磁系統(tǒng)的磁導率變化量Δ，進而檢測鐵磁體內部應力變化。磁導率的變化量Δ與內應力σ之間有下列線性關系：

Δ/

∝00σ外力FσΔ信號輸出2、井下應力檢測儀器組成1、控制與傳輸短節(jié)；2、自然伽馬短節(jié)；3、方位測量短節(jié)；4、多臂井徑測量短節(jié)5、支撐臂短節(jié)；6、磁測應力短節(jié)；等六節(jié)組成。

數(shù)傳與主控應力傳感器支撐卡瓦16臂井徑儀扶正器方位儀器井下儀器結構圖3、研究的主要內容

全部研究工作包括十幾個部分組成，它們是“磁測應力的基礎研究、應力信號提取、傳感器與極板研制、檢測儀器系統(tǒng)總體方案、井下儀器結構設計、系統(tǒng)總線設計、電路設計、測控軟件設計、輔助測試設備開發(fā)、鋼套管受力分析、套損機理分析和解釋預報方法研究”等。4、技術水平去年研制成功的MST-Ⅱ套管應力檢測儀器已經成功用于現(xiàn)場工程測井。經過8口井的現(xiàn)場試驗證明它完全達到了工程應用水平。

它實現(xiàn)了真正意義的套管應力測量。主要技術指標：（1）應力測量重復誤差小于8.3％；（2）井下儀器外徑90mm（極板外徑96mm）；（3）儀器耐壓大于32MPa；耐溫85℃；（4）應力儀器測量速度大于120m/h；4、研究的主要內容基礎研究與可行性研究儀器研制力學分析與室內試驗油井套損機理分析工程實施管材結構的有限元分析與實驗傳感器、極板、結構設計、電路設計RMS效應實驗、應力信號提取總結學習、理論分析實際資料的采集、初步分析應力資料解釋基礎實驗、井徑、MAC資料對比5、突破的關鍵技術（1）完成了磁測應力信號的提取，實現(xiàn)了套管應力分布狀況的直接測量；（2）研制了實用的RMS-Ⅲ應力傳感器和新型RMSP-Ⅳ極板；（3）完成了油井鋼套管受力分析和檢測規(guī)律研究；（4）完成了套損機理研究、單井應力分布的解釋技術研究；（5）研制出應力儀器的刻度檢驗系統(tǒng)和RMS傳感器測試同步采集記錄系統(tǒng)等專用設備的開發(fā)，為傳感器和儀器的測試與標定提供了技術支持；（6）研制出的“MST-Ⅱ套管應力檢測儀器”系統(tǒng)，具有性能可靠、操作簡便、抗干擾能力強、檢測結果直觀等特點。（7）實現(xiàn)了磁測應力技術成功應用于石油測井行業(yè)，使其達到了工程應用的水平，填補了該領域的一項空白。形成的技術成果－MST-Ⅱ應力檢測儀形成的技術成果－井下儀器故障診斷系統(tǒng)

開展了物理與數(shù)學模型建模及有限元計算，完成了兩種管材的24種加載方式的理論計算和實驗數(shù)據(jù)校核；建立不同載荷條件下的應力-應變靜態(tài)數(shù)據(jù)庫。這部分工作主要目的是研究探討鋼套管在非均勻受力下有限元建模的合理性，以便確定其計算結果的準確性和其做為“理論刻度”標準的可信度。

1、鋼套管受力分析與實驗研究建模與計算方案設計套管計算模型及坐標示意圖

有限元計算結果選擇線分布載荷、圓柱作用兩種施加載荷方式。

壓力為5MPa時1000mm長套管沿x軸方向的應力分布三、技術優(yōu)勢與地質效果套管應力測井技術是根據(jù)磁測應力原理研發(fā)的一種新測井方法與儀器，主要用于檢測油井鋼套管在發(fā)生宏觀變形之前的應力、應變情況，用以判斷發(fā)生套損的趨勢和危險程度。儀器系統(tǒng)帶有6個應力測量極板，按60度間隔等分布置，并帶有陀螺方位測井儀器。該測井方法的優(yōu)勢主要有：1、能夠給出套管應力分布的狀況及相對大小；2、可以判斷擠壓套管的方式；3、給出套管受擠壓力的方位；4、可以結合其它資料判斷油、水井套損趨勢。資料處理解釋給出的解釋方式根據(jù)測井資料和相關信息提交的測井解釋報告包括：1、常規(guī)測井曲線；2、重點層段數(shù)據(jù)表；3、重點層段力園分析圖；4、重點層段分析結論等儀器的靈敏度特點

這點從南1－21－P27的784—789米井段的資料明顯反映出它的優(yōu)勢，在該段對應的井徑曲線無反映，但是6個應力臂反映明顯，同時它的鄰層780附近發(fā)生套損，此段應是中度危險段。使用證明這是其它方法無法比擬的?！澳?－21－P27井784—789米段”靈敏度對比圖

地質資料的方向特征該方法不但能顯示套損程度，還能顯示套損方位。，如南1-22-221井749.0－753.0m測量井段，磁測應力曲線異常幅度較大，其中2號極板的應力曲線異常幅度最大，而4號極板采集的應力曲線變化幅度最大，其中1、2、3、號極板應力曲線由負異常變?yōu)檎惓?，說明套管內壁受力由壓應力變?yōu)槔瓚醇羟袘兲卣?。根?jù)0號極板方位330度計算，本測量井段套管受力為東向擠壓力。本井段套管發(fā)生整體變形。南1-22-221井套管應力曲線與井徑曲線對比

高167-143井套管應力解釋成果表序號頂深底深厚度應力異常情況描述17827842南北受力大于東西向受力，該段套管有變形危險27917921該段套管有西北—東南方向的外力作用，有剪切變形危險3838