在役套管的激光测量法研究

　　1引言

　　随着油田的深入开发和受地下高温、高压、高矿化度等自然因素的影响以及增注、增产措施的实施，套管损坏井数逐年增多，套管损坏的程度也越来越严重，因此对套损内壁腐蚀的测量越来越重要。套管内壁缺陷的测量是一种短距离、高精度的测量。目前国内对套管内径尺寸的测量方法多数以接触式测量为主。本文通过分析激光测量原理，结合半导体激光准直技术、现代传感技术等，提出一种非接触式激光测量方法——激光三角法测量系统，实现对套管内径尺寸变化大小进行快速、无损、高精度的测量。

　　2测量系统原理及组成

　　2.1 激光三角法测距原理

　　激光测距是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。

　　随着激光器及一系列光电探测器(如CCD和PSD)技术的成熟，激光三角测量法在物体外形轮廓、微小位移、精密检测技术中得到了广泛的应用。其方法是用一束激光照射到被测物体上产生光斑，由物体表面散射或反射的光经过透镜将光斑成像在焦平面上，焦平面上放置位置敏感器件。当物体移动或用光束扫描物体外形轮廓时，光斑位置发生移动，其位于焦平面附近的像相应的发生位置变化，通过图像传感器件(CCD)求出物体的位移量或其外形轮廓。激光三角法测距原理如图 1 所示。

　　让激光垂直照射到被测物面标样的表面，光束照在 A 点，反射到 CCD 光敏面上的 点，A 点反射到CCD 光敏面上的 点，当所测距离 Y 不同时, 反映在光敏器件上的光点像位置 X 也随之不同，根据图 1 所示三角关系和牛顿物像关系公式，可得两者之间的关系为:

　　式中：

　　Y为被测距离;

　　f为成像系统焦距;

　　l为激光发射口到成像系统中心的距离，即基线长度;

　　L为某一已知距离，通常取光敏面接收器中心对应的距离，即基准距离;

　　X为该被测距离在光敏接收器上与已知距离在光敏接收器上像点的距离，有正负之分。

　　2.2 测量系统组成

　　测量系统包括井口设备、井下设备和信号处理 3个部分。测量系统如图 2 所示。

　　2.2.1 井口

　　设备包括升降及位置记录器。为了能够保证激光探头顺利下入套管及匀速上升, 本系统采用电动绞车作为升降设备，对套管内径测量是自下而上进行测量。为得到清晰的位置图像, 步进机构应该匀速运动上升,其速度必须和扫描速度保持一致。影响分辨率的主要原因是电机转速。虽然电机转速较高时可节省测量时间, 但因扫描间隔相应增大, 仪器分辨率将下降。通过电机转速和时间的关系分析可得出套管套损的位置。