用于近井区域环境检测的装置和近井区域环境检测方法与流程

本发明涉及一种油田开发，具体地涉及一种用于近井区域环境检测的装置和近井区域环境检测方法。

背景技术：

1、在co2埋存阶段最为关注的是埋存的稳定性和安全性，即co2是否会从埋存地层中沿井筒区域的破损部位逐渐流到地面，造成埋存气体的泄漏。埋存的井筒结构参见示意图1和图2，注入的co2进入埋存油层，在致密盖层a和井筒围成的地质体内被封存。井筒区域破损是危害井筒完整性的核心，难点集中在套管后水泥环c的密封性。水泥环c密封失效会引起埋存co2的泄漏，如图2中区域a和区域b所示，区域a是技术套管b部分的结构示意，参见图3。区域b是表层套管部分的结构示意，参见图4。由图3和图4可知，泄漏存在三个区域：第二界面e、水泥环c和第三界面f。第二界面e和第三界面f分别是水泥环c收缩、近井岩石层d破坏、技术套管b变形、地应力挤压以及co2在界面处的腐蚀等形成的空隙。水泥环c及近井区域的岩石本身破损除受到技术套管b变形、地应力挤压外，co2渗入水泥环c内并逐渐扩大腐蚀是主要因素，特别是在co2埋存阶段，技术套管b及地应力已经稳定的情况下，co2腐蚀近似为单一因素。co2腐蚀主要导致水泥环c和岩石中的ca(oh)2、c-s-h等碱性的矿物质溶解，得到caco3沉淀。同时水泥环c的腐蚀强度随着二氧化碳腐蚀温度、二氧化碳分压、腐蚀时间的增加而增加。co2腐蚀必然导致水泥环c及近井岩石孔隙结构的变化。

2、co2埋存过程时间漫长，具体埋存时间可达100年以上(很多腐蚀性评估阶段不少于300年)，那么监测co2埋存过程中井筒周围环境的密封程度变化是安全埋存的必要保障。

3、目前监测井筒内埋存气体的方法主要来源于天然气油藏储气库的监测技术，主要是监测注入井井筒内、套管外侧等压力变化。如果套管外侧压力出现缓慢上升趋势，说明已有气体在井筒外泄漏。在外侧压力保持0(密封状态)期间，也需要定期对近井区域内的密封程度进行监测，掌握缝隙、孔隙等变化情况。监测采用了井筒内的测井技术，即测试固井胶结质量技术。核心是利用超声波测试方法测试井筒外的超声波变化特征，判断界面、水泥环和近井岩石的综合状态。能识别出变化程度较大的状况，并且测试仪器(测井仪)在井筒内需要水或水泥浆作为声波探头的耦合剂。

4、在普通油水井进行声波测井，测试段井筒内充满水或水泥浆，而对于天然气储气库的注入井来说，在井筒内加入水会造成水进入油层孔隙内，不仅注水量远大于井筒容积，而且注入水产生的界面阻力大幅降低天然气回采率。如果井筒内的气体为co2(埋存阶段)，co2与注水混合后对井筒内壁及连接件、岩石接触面均产生很强的腐蚀，这不利于埋存期间的密封。如果不使用水或水泥浆作为耦合剂，而是利于气体本身，则超声波幅值衰减很大，无法接收到反馈信号。

5、在气体环境中的测试技术有新兴的电磁耦合技术，在1mm距离内能获得较好的反馈信号，因距离太短，且探头较大(长度8cm)，暂且不适合井筒狭小空间。在地面岩石作业行业，有利用测井探头膨胀后接触测试面进行测量的技术，因操作空间限制，也无法适应油藏井筒环境。因而，目前井筒环境的监测属于空白状态，无可行性技术。

6、现有技术中的超声轮式探头为了保证其检测精度，对温度压力均有要求，一般是在常温常压下工作，且探头的长度在7-8cm甚至于8cm以上，不适合在井底这样高温高压且空间较小的环境下进行检测。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的探针不适合在井底环境下进行检测的问题，提供一种用于近井区域环境检测的装置和近井区域环境检测方法，该装置能够用于气体环境的检测，且具有较好的检测效果，能够适用于高温高压且空间较小的环境检测。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于近井区域环境检测的装置，包括检测筒和设置在所述检测筒上的检测模块，所述检测模块包括信号发射单元、信号接收单元以及与所述信号发射单元和所述信号接收单元连接的滚轮结构，所述滚轮结构包括轴、滚轮和设置在所述轴和所述滚轮之间的轴承，所述轴承的轴承内壁面和轴承外壁面之间设置有多个滚柱，所述信号发射单元和所述信号接收单元与所述轴连接，以能够通过所述滚轮结构传输信号。

3、优选地，所述轴承的直径设置为在所述轴承外壁面受到外力情况下能够通过至少三个所述滚柱与所述轴承内壁面抵接。

4、进一步优选地，所述轴承外壁面形成的圆的直径为1-2cm。

5、优选地，所述轴承内壁面和所述轴承外壁面之间还设置有润滑液。

6、优选地，所述检测筒包括信号发射段、隔音段和信号接收段，所述隔音段设置在所述信号发射段和所述信号接收段之间，所述信号发射单元设置在所述信号发射段上，所述信号接收单元设置在所述信号接收段上。

7、优选地，所述检测筒和所述检测模块通过调节机构连接，以能够通过所述调节机构调节所述检测模块中远离所述检测筒的一端到所述检测筒轴线的垂直距离h。

8、进一步优选地，所述调节机构包括与所述检测模块连接的调节件以及用于调节所述调节件相对于所述检测筒轴线的倾斜角度的调节结构。

9、更优选地，所述调节结构包括能够上下移动的调节杆，所述调节件与所述调节杆连接以能够通过所述调节杆的移动调节所述调节件相对于所述检测筒的轴线的倾斜角度。

10、优选地，所述调节结构还包括用于对所述调节杆的移动起导向作用的导向结构和用于驱动所述调节杆移动的驱动结构。

11、进一步优选地，所述驱动结构包括驱动装置、驱动螺杆和驱动螺块，所述驱动装置与所述驱动螺杆连接以驱动所述驱动螺杆的转动，所述驱动螺块螺旋连接在所述驱动螺杆上并能够在所述驱动螺杆顺逆时针方向转动过程中实现所述驱动螺块的上移和下移，所述调节杆连接在所述驱动螺杆上。

12、更优选地，所述导向结构包括固定块和设置在所述固定块上的至少两根导向杆，至少两个所述导向杆的一端插设在所述驱动螺块上的导向孔中。

13、优选地，所述调节件包括滑动托架，所述滑动托架与所述调节杆铰接，所述滑动托架上设置有滑槽，所述滑动托架和所述检测筒通过连接件连接，且所述连接件适于在所述滑槽内滑动，以能够通过所述调节结构的上下移动带动所述连接件在所述滑槽内的滑动而调节所述滑动托架相对于所述检测筒轴线的倾斜角度，所述检测模块设置在所述滑动托架上，且能够随着所述滑动托架的移动而移动。

14、优选地，所述检测模块和所述调节结构通过弹性连接结构连接。

15、进一步优选地，所述弹性连接结构包括弹簧、支架和固定件，所述弹簧套设在所述信号发射单元和所述信号接收单元上，所述支架连接在所述信号发射单元和所述轴之间以及所述信号接收单元和所述轴之间，所述固定件连接在所述信号发射单元和所述调节件之间以及所述信号接收单元和所述调节件之间，所述信号接收单元的一端和所述信号接收单元的一端固定在所述支架上，另一端能够在所述固定件的连接孔内前后滑动。

16、更优选地，所述弹簧内外两侧设置有内套管和外套管，所述内套管套设在所述信号发射单元和所述信号接收单元上，外套管套设在所述弹簧上。

17、本发明第二方面提供一种近井区域环境检测方法，采用权利要求1至15中任一项所述的装置，包括如下步骤：

18、(1)将检测筒探入待检测区域，并使得与信号发射单元连接的滚轮结构上的滚轮以及与信号接收单元连接的滚轮结构上的滚轮与待检测介质的待检测面接触；

19、(2)所述信号发射单元向所述待检测面发射信号，使得该信号在所述待检测介质中传输后形成检测信号，通过信号接收单元接收检测信号。

20、本发明提供的装置具有如下技术效果：

21、通过采用具有轴、轴承和滚轮的滚轮结构作为信号传输介质，使得信号沿彼此接触的固体零部件传导，能够适应近井区域高温高压的检测环境，不会由于高温高压的环境影响检测的灵敏度甚至于检测的顺利进行，而且该结构长度较小(约5cm)，适用于在空间较小的环境下进行检测，其灵活性更好。再者采用滚轮外表面直接接触井筒内壁，使得信号沿彼此接触的固体零部件传导，不需要水或水泥浆灯液体作为耦合剂，能够应用于气体条件下的检测，应用领域更大。该装置通过滚轮和井筒内壁之间、轴承外壁面和滚轮内壁面之间以及轴承内壁面和轴之间的面接触，降低了超声波发射和接收信号在接触面位置的振幅衰减，保证检测的灵敏性。同时滚轮结构可使滚轮在井筒内快速贴壁转动，不仅减缓滚轮面的磨损，而且也提高了测试速度。而且滚柱和轴承外壁面之间以及滚柱和轴承内壁面之间的线接触能够在实现轴承功效的同时进一步增大接触面积，减少超声波发射和接收信号在接触面位置的振幅衰减，从而保证检测的灵敏性。

22、有关本发明的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。