индукционный зонд для определения дефектов обсадной колонны и насосно-компрессорных труб

Формула изобретения

1. Индукционный зонд для определения дефектов обсадной колонны и насосно-компрессорных труб, состоящий из немагнитного герметичного корпуса и цилиндрического основания, на котором соосно размещен полый цилиндрический магнитопровод с кольцевыми полюсными наконечниками, и индуктора, расположенного коаксиально магнитопроводу, а также четного количества индикаторных катушек, представляющих собой многовитковые рамки без сердечника и имеющих в сечении форму параллелограмма с наклоном большей его стороны к цилиндрическому основанию, установленных аксиально и равноудаленно относительно цилиндрического основания, расположенных равномерно по окружности в два ряда с соблюдением соосности между последними и вплотную между собой, причем обмотки индикаторных катушек попарно соединены, при этом одна из пар представлена диаметрально противоположными обмотками индикаторных катушек из разных рядов, отличающийся тем, что торцы кольцевых полюсных наконечников магнитопровода выполнены в виде усеченного конуса с углом наклона внешней поверхности торца к цилиндрическому основанию, равным 30°, при этом в средней части магнитопровод имеет кольцевой полюсный выступ, а длина магнитопровода должна быть, по крайней мере, в 4 раза больше расстояния от внутренней стенки обсадной колонны до внешней поверхности магнитопровода, при этом толщину его стенки рассчитывают по формуле

где h - толщина стенки магнитопровода, м;

Р - мощность, рассеиваемая зондом, Вт;

k_ф - коэффициент формы кривой;

k_с - коэффициент заполнения объема сталью;

f - рабочая частота, Гц;

В_m - максимальная величина магнитной индукции, Т;

- плотность тока, А/м²;

- коэффициент заполнения площади обмотки медью;

D_н - наружный диаметр магнитопровода, м,

причем высота кольцевого полюсного выступа и высота кольцевого полюсного наконечника выбраны исходя из условия

где Н_в - высота кольцевого полюсного выступа, м;

Н_н - высота кольцевого полюсного наконечника, м,

причем индуктор состоит из двух генераторных катушек, размещенных по обе стороны от кольцевого полюсного выступа и включенных встречно, а верхний ряд индикаторных катушек расположен над кольцевым полюсным выступом, нижний - под ним, причем индикаторные катушки выполнены в два провода с образованием двух обмоток, при этом первая пара имеет обмотки с наименьшим числом витков, а вторая - обмотки с числом витков в 1,5 раза больше и образована за счет соединения идентичных обмоток индикаторных катушек, расположенных на минимальном расстоянии друг от друга, из разных рядов, причем каждая пара обмоток включена последовательно и согласно.

2. Индукционный зонд по п.1, отличающийся тем, что угол наклона большей стороны параллелограмма к цилиндрическому основанию вычисляется по формуле

где - угол наклона большей стороны параллелограмма к оси зонда, град.;

d - ширина намотки индикаторной катушки, м;

l - длина магнитопровода, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промысловой геофизике, в частности к средствам контроля технического состояния обсадных колонн и насосно-компрессорных труб, находящихся в скважине.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:

- известен индукционный зонд для определения дефектов обсадной колонны и насосно-компрессорных труб, содержащий немагнитный (неферромагнитный) герметичный корпус, в котором установлен цилиндрический магнитопровод с усеченными кольцевыми полюсными наконечниками и кольцевым полюсным выступом в средней части (см. а.с. 1263824 от 18.12.84 г. по кл. Е 21 В 47/00, опубл. в ОБ №38, 86 г.). По обе стороны от кольцевого полюсного выступа размещены индикаторные катушки и два постоянных магнита.

Недостатками описываемой конструкции являются отсутствие возможности получения информации о типе дефекта обсадной колонны, а также низкая чувствительность к дефектам типа “сквозные порывы” и низкая разрешающая способность зонда, что объясняется следующими причинами:

- для измерения магнитной проводимости обсадной колонны используется одна пара обмоток (катушек);

- постоянные магниты расположены по краям магнитопровода, на значительном расстоянии от кольцевого полюсного выступа, что приводит к низкой концентрации линий магнитной индукции в средней части магнитопровода, а создание четкой границы раздела линий магнитной индукции в этом месте затруднено из-за наличия утечек магнитного поля;

- используемая пара обмоток чувствительна к поперечному перемещению зонда, так как любое отклонение (удаление или приближение) от стенки обсадной колонны приводит к резкому увеличению магнитной проводимости, что скачкообразно снижает электродвижущую силу (ЭДС), наводимую в катушках зонда;

- известен индукционный зонд для определения дефектов обсадной колонны и насосно-компрессорных труб, состоящий из немагнитного герметичного корпуса и цилиндрического основания, на котором соосно размещен магнитопровод (П-образные магнитные сердечники) с полюсными наконечниками, на которых установлены аксиально и равноудаленно индикаторные катушки, а также индуктора (генераторной катушки), расположенного коаксиально магнитопроводу (см. а.с. №1052656 от 24.06.82 г. по кл. Е 21 В 49/00, Е 21 В 47/00, опубл. в ОБ №41, 1983 г.). Индикаторная катушка представлена одной обмоткой. В каждой паре оси индикаторных катушек смещены относительно друг друга на величину, равную радиусу индикаторной катушки, а сами катушки включены попарно и встречно. Кроме того, в средней части П-образных сердечников размещены дополнительные катушки, которые включены между собой согласно и последовательно с генераторной катушкой.

Недостатками описываемой конструкции являются отсутствие возможности получения информации о типе дефекта обсадной колонны, а также низкая чувствительность к дефектам типа “сквозные порывы” и низкая разрешающая способность зонда, что объясняется следующими причинами:

- для исследования одного сектора обсадной колонны используется одна пара обмоток;

- на расстоянии, большем 15 мм от стенки обсадной колонны, линии магнитной индукции настолько редко распределяются по поверхности обсадной колонны, что реакция индикаторных катушек, имеющих сердечник, будет низкая. На этих расстояниях нужно воспринимать величину изменения направления линий магнитной индукции, а не их абсолютную величину;

- используемая пара обмоток чувствительна к поперечному перемещению зонда, так как любое отклонение (удаление или приближение) от стенки обсадной колонны приводит к резкому увеличению магнитной проводимости, что снижает ЭДС, наводимую в катушках зонда, из-за расположения их на полюсных наконечниках;

- в качестве прототипа взят индукционный зонд для определения дефектов обсадной колонны и насосно-компрессорных труб (см. п. 2203414 по кл. Е 21 В 49/00, G 01 N 27/83 от 09.08.2001 г., опубл. в БИПМ №12, 27.04.2003 г.). Зонд состоит из немагнитного герметичного корпуса, цилиндрического основания, на котором соосно размещен полый цилиндрический магнитопровод с кольцевыми полюсными наконечниками (торцами), индуктора (генераторной катушки) и индикаторных катушек. Индуктор расположен коаксиально магнитопроводу. Количество индикаторных катушек четное. Они представляют собой многовитковые рамки без сердечника и имеют в сечении форму параллелограмма с наклоном большей его стороны к цилиндрическому основанию. Катушки установлены аксиально и равноудаленно относительно цилиндрического основания, расположены равномерно по окружности в два ряда с соблюдением соосности между последними и вплотную между собой. Обмотки индикаторных катушек попарно соединены. Каждая пара представлена диаметрально противоположными обмотками индикаторных катушек из разных рядов. Толщина стенки магнитопровода и высота кольцевого полюсного наконечника равны между собой, величину их определяют по математической формуле.

Недостатками описываемой конструкции являются отсутствие возможности получения информации о типе дефекта обсадной колонны, а также низкая чувствительность к дефектам типа “сквозные порывы” и низкая разрешающая способность зонда, что объясняется следующими причинами:

- для измерения магнитной проводимости обсадной колонны в каждом секторе исследования используется одна пара обмоток для получения информации о дефектах типа “износ”;

- концентрация линий магнитной индукции на кольцевых полюсных наконечниках, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, не позволяет обнаружить дефекты по протяженности, меньшие, чем это расстояние, что обусловливает низкую разрешающую способность;

- отсутствует четкая граница раздела магнитного поля в рабочей части зонда, что значительно затрудняет обнаружение дефектов типа “сквозные порывы” и делает низкой разрешающую способность;

- используемая одна пара обмоток является чувствительной к поперечному перемещению зонда, это приводит к тому, что полезный сигнал о дефекте типа “сквозные порывы” воспринимается на уровне помех.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к возможности получения информации о типе дефекта обсадной колонны, к повышению чувствительности к дефектам типа “сквозные порывы” и повышению разрешающей способности зонда за счет:

- исследования одного сектора обсадной колонны двумя парами обмоток;

- концентрации линий магнитной индукции в средней части полого цилиндрического магнитопровода, образованных встречным включением двух генераторных катушек;

- создания четкой границы раздела магнитного поля одинаковой полюсности, обусловленной расположением генераторных катушек по обе стороны от кольцевого полюсного выступа;

- нечувствительности используемых пар обмоток, расположенных на минимальном расстоянии друг от друга, к поперечному перемещению зонда (удалению или приближению), обусловленной симметричным расположением пар обмоток по отношению к внутренней стенке обсадной колонны, что приводит к взаимно противоположному изменению ЭДС взаимодействия с внутренней стенкой обсадной колонны, наводимой в парах.

Технический результат достигается с помощью известного индукционного зонда для определения дефектов обсадной колонны и насосно-компрессорных труб, состоящего из немагнитного герметичного корпуса, цилиндрического основания, на котором соосно размещен полый цилиндрический магнитопровод с кольцевыми полюсными наконечниками (торцами), индуктора (генераторной катушки) и индикаторных катушек. Индуктор расположен коаксиально магнитопроводу. Количество индикаторных катушек четное. Они представляют собой многовитковые рамки без сердечника и имеют в сечении форму параллелограмма с наклоном большей его стороны к цилиндрическому основанию. Катушки установлены аксиально и равноудаленно относительно цилиндрического основания, расположены равномерно по окружности в два ряда с соблюдением соосности между последними и вплотную между собой. Обмотки индикаторных катушек попарно соединены. Одна из пар представлена диаметрально противоположными обмотками индикаторных катушек из разных рядов. Согласно изобретению торцы кольцевых полюсных наконечников магнитопровода выполнены в виде усеченного конуса с углом наклона внешней поверхности торца к цилиндрическому основанию, равным 30° .

В средней части магнитопровод имеет кольцевой полюсный выступ. Длина магнитопровода должна быть, по крайней мере, в 4 раза больше расстояния от внутренней стенки обсадной колонны до внешней поверхности магнитопровода. Толщину стенки магнитопровода рассчитывают по математической формуле

где h - толщина стенки магнитопровода, м;

Р - мощность, рассеиваемая зондом, Вт;

k_ф - коэффициент формы кривой;

k_c - коэффициент заполнения объема сталью;

f - рабочая частота, Гц;

В_m - максимальная величина магнитной индукции, Т;

- плотность тока, А/м²;

- коэффициент заполнения площади обмотки медью;

D_н - наружный диаметр магнитопровода, м.

Высоту кольцевого полюсного выступа и высоту кольцевого полюсного наконечника выбирают исходя из условия

где Н_в - высота кольцевого полюсного выступа, м;

Н_н - высота кольцевого полюсного наконечника, м.

Индуктор состоит из двух генераторных катушек, размещенных по обе стороны от кольцевого полюсного выступа и включенных встречно. Верхний ряд индикаторных катушек расположен над кольцевым полюсным выступом, нижний - под ним. Индикаторные катушки выполнены в два провода с образованием двух обмоток. Первая пара имеет обмотки с наименьшим числом витков, а вторая - обмотки с числом витков в 1,5 раза больше и образована за счет соединения идентичных обмоток индикаторных катушек, расположенных на минимальном расстоянии друг от друга, из разных рядов. Каждая пара обмоток включена последовательно и согласно. Угол наклона большей стороны параллелограмма к цилиндрическому основанию вычисляют по математической формуле

где - угол наклона большей стороны параллелограмма к оси зонда, град;

d - ширина намотки индикаторной катушки, м;

l - длина магнитопровода, м.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию новизны.

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:

- на фиг.1 представлен индукционный зонд, продольное сечение;

- на фиг.2 представлена индикаторная катушка, общий вид;

- на фиг.3 представлена развертка части внешней поверхности индукционного зонда;

- на фиг.4 представлено соединение обмоток индикаторных катушек, схема электрическая принципиальная;

- на фиг.5 представлен фрагмент каротажной кривой.

Устройство (см. фиг.1) состоит из немагнитного герметичного корпуса 1 и цилиндрического основания 2, на котором соосно размещен полый цилиндрический магнитопровод 3 с кольцевыми полюсными наконечниками 4, торцы которых выполнены в виде усеченного конуса с углом наклона внешней поверхности торца к цилиндрическому основанию 2, равным 30° , и кольцевым полюсным выступом 5 в средней части и индуктора. Индуктор состоит из двух генераторных катушек 6 и 7, расположенных по обе стороны от кольцевого полюсного выступа 5 и включенных встречно. Заявляемое устройство состоит также из четного количества индикаторных катушек 8 (см. фиг.2), представляющих собой многовитковые рамки без сердечника и имеющих в сечении форму параллелограмма (см. фиг.3) с наклоном большей его стороны к цилиндрическому основанию. Индикаторные катушки 8 установлены аксиально и равноудаленно относительно цилиндрического основания, расположены равномерно по окружности в два ряда с соблюдением соосности между последними и вплотную между собой. Верхний ряд индикаторных катушек 8 расположен над кольцевым полюсным выступом 5, нижний - под ним. Обмотки индикаторных катушек 8 попарно соединены. Каждая пара обмоток включена последовательно и согласно. Индикаторные катушки 8 выполнены в два провода с образованием двух обмоток. Первая пара имеет обмотки с наименьшим числом витков и представлена диаметрально противоположными обмотками индикаторных катушек 8 из разных рядов (см. фиг.1, пара АА или ВВ). Вторая - обмотки с числом витков в 1,5 раза больше и образована за счет соединения идентичных обмоток индикаторных катушек 8, расположенных на минимальном расстоянии друг от друга, из разных рядов (см. фиг.1, пара АВ или ВА).

Более подробно сущность заявляемого устройства поясняется следующим промысловым примером.

Техническое состояние обсадной колонны определяли на Североставропольской эксплуатационной скважине №516 предприятия “Кавказтрансгаз” в интервале 634-737 м, внутренний диаметр обсадной колонны D _к=150 мм =0,150 м.

С учетом того что достаточно высокая чувствительность и разрешающая способность сохраняются на расстоянии а=50 мм от внутренней стенки обсадной колонны до внешней стенки немагнитного герметичного корпуса, с высокой степенью уверенности можно принять расстояние от внутренней стенки обсадной колонны до внешней поверхности полого цилиндрического магнитопровода

а_max=40 мм,

и вычислить наружный диаметр полого цилиндрического магнитопровода D_н

D _н=-D_к-2· a_mа;

D_н =0,150-(2· 0,040)=0,070 м.

Далее определяют длину полого цилиндрического магнитопровода

l=4· а_max =4· 0,040=0,160 м;

определяют толщину стенки полого цилиндрического магнитопровода с учетом следующего:

примем мощность, рассеиваемую зондом, Р=10 Вт;

рабочую частоту, f=200 Гц;

с учетом конструкторских и эксплуатационных характеристик устройства выбираем коэффициент формы кривой k _ф=1,11;

коэффициент заполнения объема сталью k _с=0,05;

максимальная величина магнитной индукции В_m=1,3 Т;

плотность тока =2,5· 10 А/м²;

коэффициент заполнения площади обмотки медью =0,3 (Иванов-Циганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем. - М.: Высшая школа - 1973. - 384 с.; Рогинский В.Ю. Расчет устройств электропитания аппаратуры электросвязи. - М.: Связь - 1972. - 360 с.).

В индикаторных катушках используют провод марки ПНЭТ-имид, диаметром D_п=0,12 мм=0,00012 м.

Число витков первой обмотки

N1=1000 витков.

Число витков второй обмотки

N2=1500 витков.

Ширина намотки индикаторной катушки будет равна ее высоте (см. фиг.2):

определяют угол наклона рамки

=5° 30’

Габариты устройства:

наружный диаметр, мм - 82

длина, мм - 160

масса, кг - 0,8

Устройство работает следующим образом.

Индукционный зонд вместе с системой телеметрии ТИС-24 входит в состав скважинного прибора, который в процессе исследования перемещают в скважине на каротажном кабеле. При спуске на скорости 0,3-0,4 м/с проводят обзорное исследование, а при подъеме, для более детального исследования, скорость варьируют в пределах 0,1-0,2 м/с.

Сигналы, снимаемые с индикаторных катушек раздельно по нескольким каналам (в рассматриваемом примере двенадцати), по два канала на исследуемый сектор обсадной колонны, поступают в систему телеметрии ТИС-24, где смешиваются и преобразуются в частотно-модулированный сигнал. Последний по каротажному кабелю поступает в наземный блок каротажа Б-51, в котором смешанные сигналы разделяют и передают на ПЭВМ для их визуализации и записи в файл.

По каротажному кабелю производится запитка генераторных катушек 5 переменным электрическим током частотой 200 Гц величиной 200 мА.

При пропускании переменного электрического тока через генераторные катушки 6 и 7 вокруг индукционного зонда наводится переменное магнитное поле. Кольцевой полюсный выступ 5 полого цилиндрического магнитопровода 3 является общим полюсом для двух генераторных катушек 6 и 7, а кольцевые полюсные наконечники 4 полого цилиндрического магнитопровода 3 - противоположными полюсами генераторных катушек 6 и 7. Наибольшая плотность линий магнитной индукции, взаимодействующих с внутренней стенкой обсадной колонны, будет сосредоточена в районе полюсного кольцевого выступа 5 полого цилиндрического магнитопровода 3. Для уменьшения плотности линий магнитной индукции по краям полого цилиндрического магнитопровода 3 торцы кольцевых полюсных наконечников 4 выполняют в виде усеченного конуса с углом наклона внешней поверхности торца к цилиндрическому основанию, равным 30° . В промежутке между кольцевым полюсным выступом 5 и внутренней стенкой обсадной колонны линии магнитной индукции распределяются следующим образом: часть из них замкнется на внутреннюю стенку обсадной колонны, а другая часть, образующая поле рассеивания, замкнется на внешнюю поверхность полого цилиндрического магнитопровода 3, пересекая при этом контуры индикаторных катушек 8. В зависимости от изменения магнитной проводимости участка, величина которой обусловлена наличием дефекта, его ориентацией, протяженностью, глубиной, если он не сквозной, и другими факторами, будет происходить перераспределение линий магнитной индукции между кольцевым полюсным выступом 5 полого цилиндрического магнитопровода 3 и внутренней стенкой обсадной колонны и между кольцевым полюсным выступом 5 полого цилиндрического магнитопровода и внешней поверхностью последнего. ЭДС полезного сигнала, наводимого в индикаторных катушках 8, определится плотностью линий магнитной индукции, пересекающих контуры индикаторных катушек 8, но взаимодействие с внутренней стенкой обсадной колонны будет осуществляться в основном на участке: цилиндрическая поверхность кольцевого полюсного выступа 5 - внутренняя стенка обсадной колонны. Выбранная форма магнитопровода 3 в виде полого цилиндра с кольцевым полюсным выступом 5 позволяет проецировать на внутреннюю стенку обсадной колонны магнитное поле в виде сплошных колец с равномерным радиальным распределением линий магнитной индукции, что способствует увеличению разрешающей способности зонда. А соосное расположение рядов индикаторных катушек 8 обеспечивает максимальное взаимодействие последних с линиями магнитной индукции, обеспечивая при этом повышение чувствительности.

Генераторные катушки 6 и 7, внешняя поверхность полого цилиндрического магнитопровода 3 и исследуемая часть обсадной колонны образуют замкнутую магнитную цепь с большим зазором. Для этой цепи справедливо выражение

Р=2k_фk _cfS_оВ_m ,

где Р - мощность, рассеиваемая зондом;

k_ф - коэффициент формы кривой;

k_c - коэффициент заполнения объема сталью;

f - рабочая частота;

S_m - площадь поперечного сечения магнитопровода;

S_o - площадь поперечного сечения генераторной обмотки;

В_m - максимальная величина магнитной индукции;

- плотность тока;

- коэффициент заполнения площади обмотки медью.

Наиболее удачным решением для выполнения зонда будет случай, когда

S_m=S_o;

отсюда

с другой стороны,

где D_в - внутренний диаметр полого цилиндрического магнитопровода, м;

D_н - наружный диаметр полого цилиндрического магнитопровода, м.

В силу того что плотность линий магнитной индукции в магнитопроводе, выполненном из ферромагнетика, увеличивается в тысячи раз в сравнении с тем же немагнитным пространством, можно принять

Тогда, приравнивая значения площади поперечного сечения полого цилиндрического магнитопровода, получают

отсюда следует

Каждая генераторная катушка 6 и 7 с частью полого цилиндрического магнитопровода 3, на которой она намотана, и частью кольцевого полюсного выступа 5, примыкающего к ней, образует самостоятельную магнитную систему, для которой должно выполняться равенство толщины стенки полого цилиндрического магнитопровода 3 и половины высоты кольцевого полюсного выступа 5. Кроме того, четкую границу раздела линий магнитной индукции по нормали к оси цилиндрического основания 2 необходимо продолжить вплоть до соприкосновения с исследуемой обсадной колонной. Поэтому для данного случая справедливо соотношение

где Н_в - высота кольцевого полюсного выступа, м.

Высоту кольцевых полюсных наконечников 4 полого цилиндрического магнитопровода 3 определяют из следующих соображений: с одной стороны, она должна удовлетворять условиям минимальной чувствительности к помехам для самых мелких дефектов (реальная разрешающая способность ограничена высотой кольцевого полюсного выступа 5 полого цилиндрического магнитопровода 3), с другой стороны, кольцевые полюсные наконечники 4 полого цилиндрического магнитопровода 3 должны по максимуму рассеивать плотность линий магнитной индукции, но в то же время оставаться компактными для снижения стоимости прибора. В силу этого оптимальным соотношением будет

где Н_н - высота кольцевого полюсного наконечника, м.

И объединяя неравенства, запишем условия в общем виде

При выборе длины магнитопровода стремятся обеспечить минимальное замыкание линий магнитной индукции по немагнитному участку между полюсами (т.е. кольцевым полюсным выступом 5 и кольцевыми полюсными наконечниками 4 полого цилиндрического магнитопровода 3). Это достигается при выборе расстояния между кольцевым полюсным выступом 5 и одним из кольцевых полюсных наконечников 4 полого цилиндрического магнитопровода 3 равным удвоенному расстоянию до внутренней стенки обсадной колонны. Исходя из этого, можно утверждать, что оптимальная длина полого цилиндрического магнитопровода 3 должна, по крайней мере, в 4 раза превышать расстояние от внутренней стенки обсадной колонны до его внешней поверхности.

Ввиду того что в открытых магнитопроводах величина магнитного поля рассеивания составляет до 90% и более от величины суммарного магнитного поля излучения, индикаторные катушки 8 располагают вплотную между собой. При этом поле рассеивания, которое несет в себе полезную информацию о состоянии обсадной колонны, сконцентрировано в основном между кольцевым полюсным выступом 5 и кольцевыми полюсными наконечниками 4 полого цилиндрического магнитопровода 3. Получается значительная площадь взаимодействия с многовитковыми рамками индикаторных катушек 8, что повышает чувствительность к дефектам и разрешающую способность даже при значительном расстоянии от внутренней стенки обсадной колонны до внешней поверхности полого цилиндрического магнитопровода 3, по величине приближающемся к 50 мм.

Наличие двух встречно включенных генераторных катушек 6 и 7 создает резко оконтуренное распределение линий магнитной индукции в промежутке между кольцевым полюсным выступом 5 полого цилиндрического магнитопровода 3 и исследуемой внутренней стенкой обсадной колонны, что повышает чувствительность к дефектам и разрешающую способность зонда.

Использование индикаторных катушек 8 без сердечника повышает чувствительность индукционного зонда за счет того, что в этом случае обрабатывается не только информация, содержащаяся в величине плотности линий магнитной индукции, но и та, которая содержится в направлении этих линий. Наличие магнитных сердечников обусловило бы наведение ЭДС в индикаторных катушках 8 не за счет переориентации линий магнитной индукции, а традиционным образом, посредством изменения плотности последних при взаимодействии с внутренней стенкой обсадной колонны.

Каждая индикаторная катушка 8 выполнена в два провода с образованием двух обмоток. Обмотки каждой индикаторной катушки 8 используются по-разному, в зависимости от расположения относительно сектора исследования внутренней стенки обсадной колонны и схемы включения.

К каждому каналу подключается пара электрически соединенных обмоток. Это связано со спецификой обработки сигнала. Если использовать встречное включение обмоток, то фон, наводимый генераторной катушкой, взаимно вычитается, и на выходе мы будем иметь полезный сигнал, ЭДС которого зависит от величины магнитной проводимости внутренней стенки обсадной колонны. В нашем случае генераторные катушки 6 и 7 включены встречно, поэтому для компенсации фона обмотки в паре включены согласно. Одна из обмоток выполняет основную, измерительную роль, а вторая - служебную, компенсационную.

При проведении измерений используют две пары обмоток (две обмотки измерительные и две обмотки компенсационные) на каждый сектор исследования (в нашем случае по окружности пространство разделяют на шесть секторов исследования обсадной колонны). Схема соединения обмоток индикаторных катушек 8 приведена на фиг.4. Здесь L1 и L2 - первая и вторая обмотки индикаторной катушки 6, u - измерительная обмотка, k - компенсационная обмотка, арабская цифра указывает принадлежность обмотки месту расположения катушки.

Для каждого сектора исследования внутренней стенки обсадной колонны выделяется два канала. Это необходимо по двум причинам. Во-первых, экономится полезный объем индукционного зонда, являющегося частью скважинного прибора. Работа зонда в заглушенной скважине на глубине до 7000 м требует специальных мер защиты от высоких давлений и температур, которые выполнить легче для меньшего объема. Во-вторых, мы уже на аппаратном уровне дифференцируем нарушения на дефекты типа “износ” и дефекты типа “сквозные порывы”, это достигается использованием двух измерительных обмоток. На схеме (фиг.4) Кu - канал, фиксирующий дефекты типа “износ”, Kg - канал, фиксирующий дефекты типа “сквозные порывы”. Число каналов в два раза больше числа исследуемых секторов, в нашем случае их двенадцать.

Для дефектов типа “износ” используются пары, представленные диаметрально противоположными обмотками индикаторных катушек из разных рядов (см. фиг.1, пара АА или ВВ). Такая диаметрально противоположная ориентация увеличивает чувствительность зонда за счет того, что увеличение плотности линий магнитной индукции, взаимодействующих с внутренней стенкой обсадной колонны, приводит к уменьшению плотности последних на диаметрально противоположной стороне, что приводит к большему разбалансу ЭДС, наводимой в индикаторных катушках 8. Одновременно такое расположение увеличивает сектор исследования внутренней стенки обсадной колонны в два раза, увеличивая при этом и разрешающую способность индукционного зонда.

Для дефектов типа “сквозные порывы” используют пары, представленные обмотками индикаторных катушек, расположенных на минимальном расстоянии друг от друга, из разных рядов. Находятся они в одном секторе исследуемой обсадной колонны (см. фиг.1, пара АВ или ВА). Такое расположение катушек делает каждую пару нечувствительной к изменению расстояния до внутренней стенки обсадной колонны, при сохранении высокой чувствительности к разрыву магнитной цепи в местах дефекта.

Чувствительность зонда определяется числом витков в обмотках, чем больше витков, тем выше чувствительность. Но увеличение входного сигнала, вызванное увеличением числа витков, имеет ограничение со стороны входных каскадов системы телеметрии. Для ТИС-24 величина входного сигнала не должна превышать уровня 0,8 В. Поэтому для дефектов типа “износ” применяют обмотки, содержащие 1000 витков, а для дефектов типа “сквозные порывы”, в связи с пониженной чувствительностью к изменению расстояния до внутренней стенки обсадной колонны, применяют обмотки с максимально возможным числом витков - 1500.

Использование индикаторных катушек 8 прямоугольной формы привело бы к тому, что в промежутках между внутренними контурами последних, по периметру внутренней поверхности обсадной колонны наблюдалось бы пропадание чувствительности зонда. Для того чтобы это исключить, индикаторные катушки 8 выполняют так, чтобы в сечении они имели форму параллелограмма (см. фиг.3), позволяя расширить величины секторов исследования, вплоть до их соприкосновения, увеличивая при этом разрешающую способность индукционного зонда.

Ввиду того что две обмотки (индикаторная и компенсационная) в паре являются активными, угол наклона большей стороны параллелограмма к оси зонда удалось максимально уменьшить, увеличив при этом площади внутренних контуров, а следовательно, и чувствительность. Угол наклона рассчитывается по формуле

На фиг.5 представлены кривые по четырем каналам. На основании этих кривых делаем вывод о том, что в интервале глубин 730-745 м выявлены дефекты обсадной колонны - перфорационные отверстия (мелкие и крупные), а также сквозные порывы обсадной колонны.

Анализ изобретательского уровня показал следующее:

известен зонд для индукционного каротажа, каждая катушка которого выполнена из двух одинаковых частей (см. а.с. 207853 по кл. Е 21 В 47/00 от 08.08.64 г., опубл. ОБ №3, 29.07.67 г.);

известен магнитопровод с двумя полюсными наконечниками на торцах и третьим кольцевым полюсным наконечником на равном расстоянии от торцевых (см. п. 1305318 по кл. Е 21 В 47/00 от 07.06.85 г., опубл. ОБ №15, 23.04.87 г.);

известно выполнение обмотки катушек универсальной намоткой в два провода, включенных параллельно (см. а.с. 227951, Е 21 В 47/00 от 31.05.66 г., опубл. ОБ №31, 08.10.68 г.).

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие конструкцию зонда, представленную в отличительной части формулы изобретения. Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами частей рассматриваемого устройства и связями между ними. Техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательского уровня.