基于电磁感应原理的射孔作业对套管磁性定位信号干扰机制的数值模拟与实验验证

《Scientific Reports》：Three-dimensional finite element simulation study on abnormal magnetic positioning signals inside perforated casing

　　

摘要

射孔作业会引起套管物理状态的变化，由此产生的异常磁性定位信号会严重干扰井下套管接头的识别和深度定位。为解决这一问题，本研究基于电磁感应原理，利用COMSOL Multiphysics有限元方法，构建了一个包含套管接头、射孔孔眼、射孔毛刺和套管变形的三维数值模型。结合24臂 caliper 成像的现场测量数据，系统分析了各种影响因素对磁性定位信号的干涉机制和定量关系。结果表明，理想套管接头位置的信号呈现稳定的"单峰双谷"形态。在本研究定义的模型参数范围内（射孔直径≤20 mm，毛刺高度≤2.5 mm），由射孔孔眼和毛刺引起的信号扰动幅值约为10^?5 V量级，比套管接头信号（10^?3 V）低约两个数量级，因此其对接头识别和深度定位的影响可忽略不计。然而，该结论的适用性受到射孔直径尺度和射孔密度的限制。相比之下，套管变形破坏了磁场分布的均匀性，是导致深度误判的关键干扰源。其信号扰动幅值可达10^?3 V量级，且变形程度与异常强度之间存在高度线性正相关关系（R² = 0.9808）。现场测量数据进一步验证了由射孔孔眼和毛刺引起的磁性定位信号扰动具有低幅值不规则波动的特征，与模拟预测一致。由套管变形引起的信号异常在量级上与套管接头信号相当。该结论主要基于数值模拟，并得到部分井段现场数据的间接支持。本研究为射孔后磁性定位信号的解释和套管完整性评估提供了理论基础和判别标准。