相控声波测井技术（共4篇）
相控声波测井技术 篇1
摘要：叶片安装在转子上以后, 叶根大部分高应力区都无法应用标准的裂纹检测方法。因此, 开发了一种能够现场检查叶根高应力区的方法——相控阵超声波探伤法, 既无需拆除叶片检查, 又能在必保经济有效的同时, 提供可靠、可再现的检查结果。
关键词：汽轮机,叶根,超声波,探伤
1 引言
汽轮机叶片是汽轮机发电机组应力最高的部件之一。汽轮机的高转速 (3000r/min) 和叶片的自重使汽轮机末级叶片在运行期间承受巨大的离心力。末级叶片的叶根采用最现代的方法进行设计和计算, 使它们能适应这种高载荷。尤其是在瞬态承载条件下 (启停过程中) , 叶根和叶根槽的某些区域会承受高应力。在不利条件下, 汽轮机运行期间出现异常事件 (如丧失真空或超速) 可导致叶片损伤, 叶根高应力区可能会萌发裂纹, 并在随后的运行期间扩展。此外, 蒸汽纯度对汽轮机叶片也具有重要影响。如果蒸汽被氯化物所污染, 就会成为汽轮机叶片、叶根和叶根槽区域出现腐蚀疲劳的一个主要原因。
鉴于这些因素影响到汽轮机叶片的安全运行, 因此必须对其进行无损探伤, 以便及时检测出任何损伤并更换受损叶片。
2 汽轮机低压动叶叉形叶根的超声波检查
2.1 任务的提出
必须定期检查核电汽轮机低压叶片的叉形叶根上部锁孔区是否出现裂纹。这种叶根的可检查性主要受下列因素的影响:有无可达性;有无检测缺陷的最佳方向;叶根的几何特征。
我们知道:对于叉形叶根, 在某些条件下销孔区会出现初始裂纹。与枞树叶根 (其可能出现裂纹的方向已知) 相反。叉形叶根的检查很复杂, 因为其裂纹会沿着各种方向扩展, 从而对超声波的可检测性具有重大的影响。从前, 这种叶根检查主要采用传统的超声波探伤方法, 在裂纹的检测及其大小的估测方面具有相对较大的误差。
本文介绍的是能够检测叉形叶根的裂纹并估测其大小的相控阵超声波探伤方法的开发过程。该检查方法能够从±45°的角度范围内可靠检测汽轮机低压转子第4级和第5级叶片叉形叶根上部销孔内的初始裂纹, 并确定其尺寸。
2.2 相控阵超声波检查方法的开发
在研究了检查对象之后, 决定采用相控阵超声波检查来解决问题。利用模拟计算, 计算出超声波束的路径, 确定最佳扫查参数之后, 进行了实用测试。为适应具体检查任务, 需要制备大量标准试块, 这些试块具有汽轮机低压转子第4级和第5级叶根外侧叉的几何形状, 并在上部销孔区具有不同尺寸和方向的人为缺陷。为确保最有效的检查方法, 选择了具有64单元的相控阵探头, 能覆盖叶根的整个宽度。该相控阵探头的64个单元又划分为3个区, 以便能够检测所有可能方向的缺陷。64单元的探头基本上分为三个24单元相控阵。而整个顺序都由120帧图像组成, 顺次反映了120个焦点的情况。这些焦点沿着预期缺陷区域范围呈线状等距分布, 从而只需通过对探头的简单定位, 就可以用选定的检查方法扫查上部销孔的整个预期缺陷区。
2.3 利用标准试块对检查方法的验证
为每列叶片准备若干个标准试块。每个标准试块都是叶根一个外侧叉的精确复制品。采用电火花加工在每个标准试块内加工出一个人为缺口。在验证时需要准备约15个具有不同尺寸和方向的人工参考反射体标准试块。还应准备20枚具有实际裂纹的叶片, 用于进行对人为缺陷和自然裂纹反射情况的比较。
验证时应用一个64单元的相控阵线性探头, 采用两个楔块, 以便分别检测叶根外侧叉齿外端面区域和外侧叉内端区域的初始裂纹。这些楔块能形成扫查叶根外侧叉内外端所需的特定声光束入射角。所有这些按顺序的帧图像显示了B扫查状态。采用该检验方法, 只需要进行探头的一次定位就能对整个预期缺陷区域作出评定。
2.4 验证结果和结论
利用标准试场进行的测量证明:上述相控阵超声波检查方法适于对汽轮机低压转子第4和第5级叉形叶根高应力区进行现场检查, 用以检查初始裂纹。该检查方法已利用实际标准试块成功地得到验证。
3 结语
本文所介绍的先进检查方法的实例证明:应用针对性的检查方法可以使客户获得直接的收益。根据需要检查部件的结构 (例如组装式转子) , 可以设计出适应其结构特点的检查系统, 使这种检验不再受到限制。
采用相控阵超声波检查方法可以实现对具有复杂几何特征的部件的检查。尤其对于汽轮机来说, 这种方法越来越多地用来检查叶根和叶根槽。相对于传统的裂纹检查方法, 该方法节省了拆装卸和重新装配所需的时间, 能够准确地确定裂纹尺寸, 能利用计算机评定检出的 (缺陷) 显示, 并且必要时, 对具有缺陷显示的部件进行有限的放行, 以便制定计划并进行准备更换。在需要发电设备提供连续安全性和可用性并且降低相关停机时间的背景下, 这种现场检查对实施汽轮机检修停机的重要性日益增加。
分析声波变密度测井技术的应用 篇2
声波变密度测井技术由三大部分组成, 分别是磁定位、自然伽马仪以及声波变密度仪, 该技术可以帮助操作人员下一次井就能够将这三大部分的数据检测出来, 并绘制成组合曲线。而声波发射器将声音通过泥浆传入到套管, 从而形成了套管波。而套管波就会利用最短路径来传播, 并再次射入到泥浆中。负责接收声波的接收器会将第一波声波的幅度经过电子线路将其转化为电压值记录下来。在井下的时候可以通过超声成像测井仪把井内的情况直接成像出来, 操作人员就可以很直观的了解到哪里有裂缝, 哪里有溶洞等等, 还能够对一些套管进行检测, 查看它们是否被腐蚀, 被变形。该仪器在实际测井应用中取得了非常大的成功, 各项测井数据资料都被有效收集。
我国有远探测声波反射成像测井技术, 该技术在我国得到广泛应用, 它是将井外地层中的辐射波作为入射波, 对井旁的裂缝以及小构造通过声波来进行了解。再利用探测仪器将所有的声波信号接收到, 这样就让操作人员仿佛有了千里眼、顺风耳一样, 各种数据统统了解。因此远探测声波反射成像测井技术具备了方便、快速、时效性高、性能卓越等特征。目前我国较为多见的测井系统有5700测井系统, 该系统可以和远探测声波反射成像测井技术一起使用, 这样就可以将原本的测井深度从短短的3米扩大到10米, 而源距离则可以不改变, 这是其他测井方法所无法相提并论的。远探测声波反射成像测井技术在我国首次被使用是在2009年, 是对塔里木中的油田进行检测, 利用该技术发现井壁储层在没有发育的情况下形成了井旁裂缝性储层, 而发现的该油被高度认可并使用在高产工业中。这次测井的应用取得很好的成果, 因此在之后的应用多被多次使用, 同样也取得很好成果, 发现很多优质油, 受到广大油田用户的喜爱与信任。
2 分析应用声波变密度测井技术的重要意义
通过以上概述, 对声波变密度测井技术应该有了一定的认识, 了解到该技术在石油天然气开采中应用广泛, 它可以帮助企业对地层中存在的各项数据进行随时收集分析, 还能够将所收集到的数据进行分析后应用到实际开采当中, 比如钻头工作时的运行轨迹, 及时调整以确保其顺着目标方向进行钻进, 该技术可以在十分复杂的油井下获得井内的全部资料, 还能够对油田下的油进行评断, 看其价值如何。由此可见, 声波变密度测井技术在油田开采中十分重要, 意义重大。
3 声波变密度测井的应用
3.1 检查固井质量
3.1.1 套管外无水泥的情况。
套管处于这种情况的时候, 对声波的反射能力特别的好, 而且由于地波比较弱甚至是没有, 所以带来的影响很少, 变密度的相线基本上没有什么差别, 分布很平均, 而得出的数据中固井声幅是高幅值且套管的接箍显著。
3.1.2 水泥、套管与地层胶结不错的情况。
出现这种情况主要是由于套管与水泥之间的区别不大, 声波传播到地层后, 造成套管波的波幅比较弱, 而地层波则较强的情形, 得出的固井声幅与上述相比为低幅值。
3.1.3 第三种情况与第二种是呈现相反的结果, 但是最终的固井声幅却与第二种情况得出的结果一样是低幅值。
该情况产生的声波不是从套管界面中反射出去, 而是从水泥环中进入, 而水泥环会给声波带来很大影响, 将声波能量降低, 因此传播到地层时的声波能量就比较小, 造成套管波和地层波一样的弱。
3.1.4 水泥和套管胶结的结果一般。
处于这种情况的套管会把绝大部分的声波给重新反射回去, 最终只有一小部分的声波能力能够传播到地层, 给套管波和地层波都带来一定的幅度。
3.2 提高试油质量与施工效率, 从而提升对油田的开发程度。
窜槽现象会影响最终的试油结果, 因此在对试油、射孔制定层段时要有效规避该现象, 减少其带来的影响造成的经济损失, 特别是油田生产上的损失。并且收集到的资料数据中明确了解地层中储层的性质, 根据各项数据对储层性质做出科学合理的评价, 这样对未来油田开发能够起到积极有效的作用。经过不断的尝试与研究, 声波变密度测井技术已经被广泛应用在各种井中, 比如生产井、侧钻井、水平井等等。
4 经济效益分析
研发声波变密度测井技术从根本上讲的目标就是希望能够提高经济效益。而该技术所富含的技术水平十分高, 对各种出现的问题能够有效解决, 所以解决问题的能力十分高。另外, 使用该技术还能够促进施工效率的提升, 将原本较长的施工周期在一定程度上缩短, 让投资方能够在较短时间内看到投资效果。而被被投资方的施工单位来说, 施工效率提升就将劳动强度减弱, 从而令劳动成本降低, 让经济效益变得更加显著。
参考文献
[1]夏播.声波变密度测井技术的应用探析[J].技术研究.
[2]付冰.声波变密度测井技术的应用研究[J].中国新技术新产品, 2012, (21) :18.
[3]邱广军.声波变密度测井技术及其应用[J].内蒙古石油化工, 2010.8 (1) :102-103.
相控声波测井技术 篇3
关于井身完整性问题所面临的挑战是世界范围内不断增长的老化井问题。修理漏井或关井或放弃这些井会造成运作成本高、原油整体采收率低以及会造成一些不安全因素下的生产。发生井漏的原因是不同的, 找出这些原因是一项非常复杂的工作。
内部或外部腐蚀可能是老化井形成井漏最普遍的原因。井在维修期内压力或应变状态的变化容易导致一个或更多的安全临界因素失效, 包括:空心管、生产封隔器、井下安全阀、滑套循环孔、工作筒等。另外, 管漏普遍发生在气举过程中, 被举升的气体 (通常通过井的A环注入) 加速了管子腐蚀的速度, 进而导致油管或套管的渗漏。同样情况是举升气进入U型生产油管时在不允许泄漏的深度通过排液阀门泄漏, 这将导致油管头压力异常升高以及气举无效。
同样, 另一种情况是:无钻机的生产井在转注过程中, (模拟阀门取代气举阀门) 随着水注入到U型管的A环中, 任一模拟阀门出现漏失都将导致油井中套管压力异常。在大多数情况下, 当环空A中的压力超过井口环空最大容许压力时, 将引起井完整性问题。
在上述情况下, 由于油井的安全临界因素失去控制, 致使井的完整性受到损害。
在工业上, 该技术在超声波领域已经为识别从0.02 L/min到150 L/min的漏失铺平了道路。这是靠集中在流体流经破裂边界产生紊流时的高频声波来完成的。当流体 (液体或气体) 泄漏时, 它从高压边界穿过漏失点流向低压边界并迅速扩张产生紊流, 该紊流又产生很强的超声波。超声波信号强度从信号源开始迅速减弱, 所以漏失点的定位可以到1 in (1 in=25.4 mm) 。
值得强调的是, 破裂边界周围的持续紊流 (等时测井) , 对于此井下仪检测更小的漏失起关键作用。
该技术是基于超声波压电式传感器的利用, 定位管柱底部产生的非常小的电压, 该电压与通过漏失点的能量激发的信号强度成比例。为了不受频率的干扰, 压电加速计模拟信号被放大而且通过井下仪的数字信号处理模块;在漏失点过滤掉非紊流产生的频率, 井下仪就会测试到漏失点附近的频率。
数字信号处理器配有大容量的内存以便运行一系列模块信号数据处理程序。这个过程过滤掉了由机械噪音或其他干扰引起的不必要的背景能量, 结果是传递到井口的全部漏失特征数字信号经由遥测装置系统传到地面读出系统。可以选择的是:井下仪也许可以采纳有记忆模式的光滑电缆以及可以在连接管柱顶部的MPL (记忆生产测井) 接头中保存数据。
2 实例详述
杜拜石油公司已经从4个海上油田的250口井中生产石油超过30年。随着时间的变化, 这些位于阿拉伯海湾的海上油田财富——油井, 整体处于老化阶段。因此, 油管以及其环空的漏失成为杜拜石油公司的采油工程师们主要关心的问题。
为了继续安全、环保地从这些老化的资源中获得石油, 公司在油田整体性管理上的要求更加严格。凡是报告中管子或环空有漏失现象的油井都进行了漏失调查, 同时也对诸如套管或油管爆裂或坍塌进行了补救。
杜拜石油公司最近研发了一种新的边界原理, 该原理在井控和安全的各个方面都非常复杂, 它对每口井工作的各个环节都提出了最小边界的要求。
2.1 A井
Fateh油田的A井是一口气举油生产井, 这口井开采于1982年11月。根据经验给133/8 in的套管 (B环) 加压, 以便与直接连通的103/4 in套管 (A环) 相一致。对这口井进行漏失检测的目的就是辨别漏失来源及观测A到B环连通处漏失的位置, 然后对其进行修理。在观测时, A井已经准备要侧钻一个浅层油藏, 因此, 为了准备好侧钻计划, 检测漏失成为一系列前期计划中的一部分。
在关井或开井状态中将检测漏失的井下仪下到井中, 结果如下:
在图1中, 展现了两种不同性质的流体流态。在测井曲线记录道2中反映的是井完全关闭时的情况, 测井曲线记录道3反映的是井在套管漏失点的情况。解释漏失的先决条件就是:穿过连通气管汇的A环保持恒定压力, 然后通过B环向集油管连续排气, 这样在关井情况下油管就处于1 400 psi (1 psi=6.895 kPa) 的高压。注入气体会自动补偿由于漏失造成的A环压力下降。因此通过此操作来维持最大的压力降。
漏失信号出现在岩石层 (RKB) 测深391 ft (1 ft=30.48 cm) 处。在漏失那一点声波相应上升证明了管中的流体与能量一致。在关井期间, 紊流并不产生声波能量, 这就可以确认漏失是在之前定义的条件下产生的。
解释:
从漏失检测结果得出, 引起A环到B环连通处漏失的是391 ft测深RKB处的103/4套管。根据这些信息, 杜拜石油公司修补了103/4套管。
A井已经侧钻成功 (Q2 2008, ) 并且此井用133/8套管产油并没有任何异常压力。
2.2 B井
Fateh油田的B井直到2006年一直都是注水井, 当水注入到井中时, 由于油管、A环以及B环之间的多重压力, 使得此井产能受到限制以至低于10%。油管与A环连通的原因之前认为是油管 (一部分) 漏失, 然而B环和C环之间联通的原因还不清楚。在修井计划中替换一部分的油管并确保注入水达到最大流量。为了查出引起C环异常压力的原因, 井漏检测成为前期修井计划中的一部分。在井下检漏仪的地面读数装置运行之前油管已经被提出。
在调查过程中, 当水持续注入时B环压力减弱, 图2说明了井下仪是如何反映200.5 ft测深RKB处紊流通过破裂边界的轨迹, 并给出了精确的漏失点 (B环压力升高源) 。在图2中套管接箍定位器清楚地显示了3个套管接箍的情况。然而, 与漏失点一致的是:200.5 ft测深RKB处出现了不能解释的异常压力。
图3示出在有可能漏失的深度, 改变注入水速率时井下仪的反应。当水注入速率下降, 漏失驱动力 (ΔP) 也下降, 因此超声波的能量减弱。当进一步注水, 压力梯度恢复, 这时井下仪显示漏失的能力也恢复, 因此可以确定ΔP与注水压力的关系。
解释:
在漏失检测工具的帮助下, 就可以知道133/8套管的压力是由于103/4套管在200 ft处发生漏失引起的。
杜拜石油公司快速隔离了103/4套管漏失处并修理了此套管, 同时用41/2套管代替103/4套管完井, 继而恢复了注水。而修补的103/4套管正在等待供应商的加压。
2.3 C井
Fateh油田西南部的C井是一口气举油生产井, 这口井已经产生了异常高的油管头压力。通过常规流体压力梯度检测, 认定该井是通过第二个工作筒的一个泄露气举阀卸压。这口浅海井举升的结果是举升气仅仅从U形管的A环进入到油管。在跟踪电缆修理工作中, 试图改变气举阀#2, 然而当阀门恢复, 一部分气体堆积在一起, 上部的气体仍然停留在环中。一个模拟阀门试图封住工作筒但是没有成功。
为了确定这个工作筒是否为油管压力上升的唯一原因, 进行了一项漏失检测调查计划。
在漏失检测调查中, 油管中的压力介于1 250～1 350 psi。A环中的压力一直稳定在200 psi, 关闭A环时, 压力上升。
在记忆模式下做出调查, 认定了四种漏失现象 (图4、图5和图6) :
◇ 控制管线的漏失 (气举阀#5及气举阀#6的垫圈之间) ;
◇ 373 ft处的大孔径阀门的漏失 (图4) ;
◇ 2 559 ft处的气举阀#1 (虚设) (图5) ;
◇ 3 568 ft测深RKB处的气举阀#2 (图6) 。
按杜拜油田的要求, 每个调查都进行了核对。管线漏失已经是众所周知的一个问题, 大孔径阀门的漏失是由于管嘴处没有阀门。在模拟气举阀#1中的漏失非常明显, 这个阀门将被固定。由于气举阀#2在早期更换操作中受到损坏, 最终气举阀#2也与料想的情况一样。
解释:
认识到了气举阀#1与气举阀#2的漏失, 杜拜油田公司马上补修了这些漏失。工作筒1和工作筒2跨越了套管修补使得井从工作管3排液。然而, 由于往U形管注气形成低管汇压力, 井并不能成功地向第五个工作筒孔口排液。按照气举优化工作的要求, 井C仍然从第5工作筒中举升气。
3 结论
相控声波测井技术 篇4
1 技术简介
1.1 超声波生产测井仪简介
超声波测井仪器主要包括以下几部分:
1) 测井仪器接受传感器;
2) 油泡或气泡;
3) 油、套管。
超声波生产测井仪原理。整个系统包括井下仪器和地面信号处理两部分, 井下仪器由传输短节、伽码信号接受器、温度信号接受器、压力信号接受器、套管接箍信号接受器和超声波信号接受器6部分组成, 其中超声波信号接受器由发射和驱动、接收和处理等相应电路组成。
仪器主要技术指标如表1所示。
1.2 测井原理
通过超声探头发射高频超声信号, 该信号在油气水多相流中传播的过程中, 遇到油泡、气泡后, 会形成多普勒散射, 使用传感器接收多普勒散射信号;对多普勒散射信号做频域分析, 可直接得到油泡, 气泡的运动速度及等效横截面积, 以及水的流速, 通过运动速度及横截面积, 即可求得油气水流量。
2 四川气井应用效果
截止2014年2月底, 超声波生产测井仪在四川地区已完成生产测试6井次。其中两口井做了和普通7参数仪器的对比实验, 测量结果显示, 超声波生产测井仪在准确识别油气水层位及产量方面具有明显的优势, 给相关单位提供了测试成果报告, 均获得了好评。
2.1 产层识别
超声波生产测井仪测量结果和7参数仪器测量对比发现, 3160米附近, 主要产气产水层7参数仪器测量解释结果出现漏解释现象, 原因是由于下层产气产水对7参数仪器测量结果有显著影响。
3 结论
超声波生产测井仪在四川气田的应用取得良好的效果, 主要是该仪器是直接对油泡、气泡进行检测, 通过对反射回来的超声波信号做频谱分析, 结合实验模型, 能够精确的对油气水三相流进行识别。
摘要：超声波生产测井仪是利用多普勒散射原理来测量生产井内油、气、水产出情况的一种新型测井仪器, 通过对多普勒散射信号做频域分析, 可直接得到油泡, 气泡的运动速度及等效横截面积, 以及水的流速, 应用其运动速度及横截面积, 即可求得油气水流量。本文简要介绍了超声波生产测井仪的原理、结构、主要技术指标, 并通过对口几四川油气井超声波生产测井资料的分析, 指出了其在识别油、气、水产量及产出层位方面的特点, 为该仪器在四川气田中的应用奠定了基础。