井管故障检测中几种测试方法的比较研究（南亲江）

时间：2021-01-14 08:10:19　来源：柠檬阅读网本文已影响人

图1 井中超声成像图片

摘要: 生产、生活用井出现故障后，就会引起各种不同的物理现象。只要选择物理测试方法得当，对症下药，就能快捷、准确地查明故障点的位置、损坏的规模大小，确定维修方案;有的测试方法还能检验成井工艺、维修质量情况的优劣。介绍了人工磁场超声成像测试技术、井下电视技术以及井中电法探测技术。每种方法都有其独到之处，如井下电视能看到探头以下情况，井液电阻率法只要漏水或破损部位内外有矿化度的差异就能检测到，并能检验成井工艺、修井工艺好坏。所以，在遇到井管故障时，首选井液电阻率法，其次是流量计法、超声成像测井法和井下电视测井法。在井内出现问题以后，要分析具体情况，充分利用各种方法的优势，就能解决各种复杂多变的问题。

关键词: 井管故障;检测;比较研究

中图分类号: P631.8+ 1 文献标识码: A

1 概述

生产生活用的井管出现裂缝、错断、孔洞、脱焊、破损等故障现象，是由多种因素引起的。一旦有了这些故障，就会出现涌砂、漏水、出水浑浊、淤塞等不良现象，影响到生产、生活用井的使用，甚至会引起成井的报废，造成很大经济损失。为能找到故障点的准确位置，并及时修复，笔者从20世纪80年代开始，对井管故障的检测方法进行了探索，现总结如下。

2 各种测试方法的探测原理

2.1 人工磁场超声成像测试技术［1］

超声成像测井是由地面监测仪器和井下仪器组成，井下仪器由直流电机带动一个双向压电陶瓷超声换能器绕井轴旋转（转速是在设计仪器时，视测量分辨率而定），同时向井（管）壁发射在电脉冲激励下产生约1MHz左右的超声脉冲，并接收其反射回波，反射回波在压电陶瓷上产生压电效应并输出电信号。电信号的大小与反射波的强弱有关，而反射波的强弱与井（管）壁的连续性和反射能力，即波阻抗的差异有关，当井（管）壁破损时，反射波就微弱，或者出现透射现象，就没有电信号输出。利用回波信息进行成像，从而获得井（管）壁的有关信息。为把井（管）壁展开成一个平面图像，在井下仪器中，还有一个同步转动的线圈传感器，用以接收地磁北信号，作为地面仪器扫描触发的起点信号，这样，回波信号从北开始有规律地排布，就能展示出逼真的图像。地面仪器主要包括显示器、照相机、记录仪、录像机及回收资料处理所用的管壁成像微机系统。在井管的故障检测中，井管多是钢管或水泥管，对地磁信号具有很强的屏蔽性，往往接收不到磁北信号，使图像信号“乱码”，如图1（c），是常规超声成像测井方法在原省水文队徐州分队水井测得的图像。为了解决上述问题，笔者运用了人工磁场和陀螺定向技术，即在原有的井下探管中安装一个陀螺仪（上海航海仪器厂生产）。该陀螺仪包括修正电机、联轴器、陀螺框架、陀螺电机、集流环等。安装陀螺仪的目的是保持磁场的方向始终不变。通过上述改进的陀螺定向超声成像测井仪能在磁性钻孔内取得井壁连续的图像信息，检测井管的破损情况。用这种方法在坯州纺织厂、丰县中学、原省水文队徐州分队等多个水井故障处理中发挥了主导作用。图1（a）是坯州纺织厂井管检测图像，该井的故障现象是漏砂出混水，从图像资料上未发现井管破损。但在每根管子上都有两个洞，这是穿杠杆用，在下管子时，杠杆挑着管子一节一节往下放。上下两根管子焊好后再补上洞孔。从图片上看出在80m接头的上部有一个洞没有超声回波，说明补洞的圆块脱落，修井队在此下了弹簧钢板，堵住了漏砂位置，水井修复。图1（b）是丰县中学水井超声成像测井图片，图像清晰地反映了水泥管在白管与过滤管接头处有大面积破损和过滤管滤眼的形状。

2.2 井下电视技术

井下电视测井系统主要由井下摄像探头、照明系统、信号传输系统、主机、显示器、录像机等组成。其原理是将装有自动调焦的广角摄像头下入井中，对井壁四周及下部进行全方位彩色摄像，并通过信号传输线将井壁图像信号输送到地面显示器和录像系统保存。同时测井人员实时观看图像，及时发现井管故障点位置。井下电视测井技术中的关键技术:①照明系统:水对光的吸收很大，宜采用卤素灯辅以红外发光管作为井下照明光源，在实验室内试验选择摄像探头与照明系统的最佳位置。②在水中，摄像头的视角要比在空气中小约1/4，为了获得与空气中同样大小的视角，需选用水下专用摄像头［2］。③防水耐压:在探管的下部宜采用厚度大于15mm的石英玻璃，制作成摄像头的窗口，用橡胶密封圈密封。④关于定向测量问题:对于一些要作定向测量的井，须对井下装置作一改进，将摄像头悬挂在探管内，能自由转动，其顶部连接可调电位器和修正电机，可调电位器的动触片与定向陀螺相连，当摄像头偏离指定方向时，就会在动触片上产生比较电位差，经处理后送到修正电机，使摄像头回到指定方向。井下电视测井能直观地观察到探头下端情况。以如东某水井施工为例，该井深度为450多米，220m处有一浮力板，管子下好后下到440多米时，井外围水位突然下降了几米，施工人员怀疑浮力板漏气，继续下管子成井。井固好后探孔深发现到了168m位置下不去，据此判断肯定是管子出了问题。凿井公司怀疑管子质量问题，管子生产厂家怀疑焊接问题，双方争执不下，经井下电视测量，能看到168m以下管子没有错断，而是被挤扁了（图片略），说明管子耐压不够。

2.3 井中电法勘探技术

（1）视电阻率法。通常情况下，井管为钢管的居多，视电阻率测井方法仅适用于井管为水泥管、工程塑料管等非良导井管的故障检测。它是根据完好井段与破损井段之间的电性差异来判别井管故障部位的。在井管内选用视电阻率梯度测量。经试验研究表明，电极系MN=0.1m，AO为1.5倍的井管直径测量效果最佳。在小极距时，电流线受高阻排斥，管井内较密集，在破损处发散，视电阻率曲线呈低反映。就单个方法而言，视电阻率法在淮安市盐化厂、江都市麾村水厂等水泥井管测量中效果明显，视电阻率曲线在每个井管接头处都有一个跃变，在破损处呈低值反映，图2（a）中Psj是江都市麾村水厂视电阻率测井曲线图，在79～82m呈低值反映，与井液电阻率曲线对应。

（2）井液电阻率法［3］ :井液电阻率法是依据井管破损部位漏水或破损部位内外有矿化度的差异，从而引起井液电阻率的变化，通过测量井液电阻率的变化来判断井管故障部位的一种方法。在漏水层水的矿化度与井管内水的矿化度差异不大时，也可以通过人为因素改变井管内水的矿化度，用提捞或注入法进行追踪测量，能准确地判断井管的破损部位的规模大小，这在“井液电阻率法在井管故障探测中的应用”一文中有详细地表述。如图2（a）、（b）、（c）、（d）、（e），都是先测一条原始曲线，图2（a）是灌入咸水、图2（b）、（c）、（d）、（e）是灌入淡水后每隔一定时间测量1次绘制的曲线图，漏水异常反映非常明显，其中图2（b）如东县靖海水厂检测曲线图，该井使用8a后开始出咸水，经检测在曲线上211m处有明显漏水异常，海门凿井公司在此处进行了封堵，一次性成功，3a多来一直供水正常。图2（c）是启东市东海乡6号供水井曲线图，图中反映了两段井管的破损情况。

井液电阻仪不需要购置厂家的，制作起来非常容易，只要用两种规格30～40cm长的PVC管子套在一起，内管固定3只铜环，引出导线即可作为仪器进行测量。

（3）流量计法。流量计法是基于井管损坏时，在损坏部位有水的流出与流入，引起流量计涡轮的旋转，并通过传感器输出电脉冲信号，水流速度越大，输出的电脉冲数就越多，地面仪器的读数就越大。据此判断井管的破损位置。在进行流量检测时，要注意提升和下降的速度不宜太快，且要均匀。流量计法的典型应用实例如图2（a）、（b），在图2（a）上流量计法没有反映，q=0说明漏水层和取水层处于动态平衡，没有水的流动，而图2（b）清楚地反映了漏水层有水向下流动，与井液电阻率曲线呈镜像关系。

3 各种方法比较

人工磁场超声成像测井技术，在井管故障检测中，能直观明了地反映故障点位置、形状大小、方位等，不受井液条件限制。不足之处在于井径大于300mm后，回波信号弱，效果不好。此外，井壁不规则、仪器偏心、扶正器弹性不足等都容易造成测量资料的假象;小的裂缝反映不明显;要求定向测量时，装置复杂，须配备6芯电缆。在不须定向的情况下，可直接在探管外，磁北信号接收器处固定一磁性体，罩上屏蔽罩，具有同样的效果。

井下电视测井能清晰直观地观看井管故障的特征、破损程度及施工井的井内故障情况等，这种方法是观察探头正下方情况的，而其他方法必须是探头触及到的位置才能获取信息。因而，在这一点上是其他任何方法所无法比拟的。不足之处在于电视信号传输电缆与供电电缆尚未做到共线，且电视信号传输时电缆不能承重、不能通集流环由动力绞车上下提升，工作效率低。此外，该方法对井液的透明度要求很高，如果井液中含有大量悬浮物，就会对光产生散射作用，而且光的强度越大，散射越严重，测量效果越差。

在井中电法勘探技术具有简单、快捷等特点。在井内故障简单、损坏规模较大的情况下，视电阻率法不失为一种好的方法。井液电阻率法在井管故障检测中有它独特的优势，它不受井液条件、井管破损规模大小的限制，只要漏水或破损部位内外有矿化度的差异就能检测到，哪怕是很小的缝隙。此外，这种方法还能对修井后的质量情况进行检验和成井工艺质量进行检查，这是其他方法所做不到的。如南通市凌河镇自来水厂供水井，使用5a后出现漏咸水现象，超声成像和井下电视均未见井管异常反映，而井液电阻率曲线异常反映非常明显，用注水法测得的井液电阻率曲线如图2（d），ρ1 ～ρ5 反映在227m位置井管破损。该位置正好在井管的接头处，可能是焊接不牢，接头处脱焊而引起漏水现象，而该接头处的图像画面与其它接头处无明显差异，因而无法辨认。在漏水部位，修井队下套管进行封堵，套管封到115m位置。维修后抽水试验仍漏咸水，进一步进行井液电阻率测量，如曲线ρ′1 -ρ′5 所示，咸水经封堵套管上口向外溢出，说明维修工艺不行，封堵不成功。又如南通市通州某水厂新施工的水井，经抽水试验有漏咸水反映，超声成像和井下电视均反映井壁完好，注水法进行井液电阻率测量。图2（e）反映在滤水管位置有咸水流出，说明成井工艺很差，止水没止住，咸水沿井外壁下流，经滤水管溢出。

流量计法在沿海地区，漏咸水的情况下效果很好，在如东靖海、启东东海等水井检测中，配合其它方法发挥了很好的作用。但这种方法的不足之处在于必须有水的流动，有的井孔在检测状态并不一定漏水，或者漏水并不明显的情况下就检测不到坏的位置。此外，这种方法在漏水下流串层时，不好判断井管破损的下界;在漏水上流串层时，不好判断井管破损的上界。各种方法的综合比较见表1。

4 结语

生产、生活用井出现故障，是由多种因素引起，情况是复杂的，有时用单一简单的测试方法，就能查明情况，有时需用多种方法进行综合判断。每种方法都有其独到之处，如井下电视能看到探头以下情况，井液电阻率法只要漏水或破损部位内外有矿化度的差异就能检测到，并能检验成井工艺、修井工艺好坏。所以，在遇到井管故障时，首选井液电阻率法，其次是流量计法、超声成像测井法和井下电视测井法。综上所述，在井内出现问题以后，要分析具体情况，充分利用各种方法的优势，就能解决各种复杂多变的问题。

参考文献:

［1］南亲江，叶晓彤.陀螺定向的超声成像测井测管仪的研制.中国:86207534，1987.

［2］孙传东，李驰，陈良益.新型水下电视系统的研制和应用.电视技术，1998，（12）:21～24.

［3］南亲江.井液电阻率法在井管故障探测中的应用.水文地质工程地质，2004，（31）:102～104.

作者简介: 南亲江，男，南京工程高等职业学校，高级讲师，工程师。