электромагнитный скважинный дефектоскоп

Формула изобретения

Электромагнитный скважинный дефектоскоп, содержащий немагнитный корпус, электронный блок, продольный и поперечный зонды с катушками индуктивности, каждая из которых включает в себя генераторную и приемную обмотки, отличающийся тем, что поперечный зонд имеет не менее трех катушек индуктивности, расположенных по периметру центрального ферромагнитного сердечника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано для контроля технического состояния эксплуатационных и технических колонн, насосно-компрессорных труб в скважинах нефтяных и газовых месторождений.

Известно устройство для фиксации муфт обсадной колонны вдоль ее длины, а также определения размеров таких муфт, включающее генераторную и измерительную катушку индуктивности, генератор электромагнитных импульсов, каротажный кабель и регистрирующую аппаратуру (патент США № 4736298, кл. G 01 V 1/40, 1986). Недостатком устройства является низкая чувствительность к дефектам малой длины вдоль оси прибора.

Известна также аппаратура электромагнитной дефектоскопии и толщинометрии, основанная на изучении вихревого электромагнитного поля, возбуждаемого генераторной катушкой индуктивности, через которую пропускают чередующиеся паузами импульсы тока. Катушка помещена внутрь системы обсадных и насосно-компрессорных труб. Характеристики этого поля зависят от толщины стенок труб, диаметра труб, а также от устройства применяемого зонда (патент РФ № 2074314, М. кл. Е 21 В 47/00, 47/12, 1996 г.).

Применяемые в указанной аппаратуре продольные зонды позволяют проводить толщинометрию и дефектоскопию одно- и двухколонных конструкций скважин. Но продольные зонды решают задачи измерения толщины труб и обнаружения продольных дефектов (вдоль оси скважины). В то же время задачу обнаружения поперечных дефектов они не решают.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является многозондовый цифровой электромагнитный дефектоскоп-толщиномер, который был разработан во ВНИИГИС и реализован в виде модификаций ЕМДС (В.К.Теплухин, А.В.Миллер, В.А.Сидоров. Многозондовый цифровой электромагнитный дефектоскоп-толщиномер //Новая геофизическая техника для исследования бурящихся и действующих вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин: Тезисы докладов международного симпозиума, Уфа, 23-24 апреля, 1997. - С.29-30). В скважинном приборе содержится группа зондов с различной ориентацией катушек относительно оси зонда. Это позволяет выделять дефекты трещинного типа любого направления.

Применяемый в прототипе поперечный зонд (Фиг.1) имеет две центрально расположенные катушки индуктивности 1 и 2, оси которых перпендикулярны оси корпуса прибора 3 и ортогональны друг другу. При симметричном расположении прибора относительно задней и передней стенки колонны 4а, 4б (Фиг.2) силовые линии магнитного поля 5 расположены так же симметрично, как показано на фиг.2 для отдельно взятой обмотки 2 в разрезе трубы 4. Поперечный зонд хорошо чувствует поперечные дефекты труб. На фиг.2 показана отдельно взятая обмотка в разрезе трубы и расположение силовых линий магнитного поля. Однако поперечные зонды, применяемые в этой аппаратуре, имеют ряд недостатков:

1. При расцентровке прибора или появлении дефекта поле становится несимметричным. Так как каждая обмотка чувствует “переднюю” и “заднюю” стенку трубы, интерпретация результатов становится сложной. На фиг.3 изображен эффект изменения магнитного поля при расцентровке прибора или появлении дефекта.

2. Результат измерения сильно зависит от положения обмоток относительно дефекта. При повторных записях, когда прибор повернулся и положение обмоток поперечного зонда относительно дефекта изменилось, результат не повторяется.

Предлагаемое изобретение позволит намного облегчить интерпретацию получаемой информации, так как исключается смешивание сигналов от “передней” и “задней” стенок трубы, а каждая из обмоток поперечного зонда работает только со своим сектором измеряемой колонны. При повторных записях поворот прибора приведет только к переходу аномалии от дефекта в другой сектор, что несложно для восприятия.

Для решения этой задачи в предлагаемом электромагнитном скважинном дефектоскопе, содержащем немагнитный корпус, электронный блок, продольный и поперечный зонды с катушками индуктивности, каждая из которых включает в себя генераторную и приемную обмотки, для облегчения обнаружения и интерпретации дефектов, улучшения разрешающей способности аппаратуры, поперечный зонд имеет не менее трех катушек индуктивности, расположенных по периметру центрального ферромагнитного сердечника.

На Фиг.4 показано сечение предлагаемого поперечного зонда, в котором используются 4 катушки индуктивности. Чтобы исключить влияние “задней” стенки трубы, между катушками 6, 7, 8, 9 установлен ферромагнитный сердечник 10, служащий экраном. В результате мы получаем зонд с 4-мя катушками, каждая из которых отвечает за свой сектор поверхности трубы. Каждая из катушек 6, 7, 8, 9 включает в себя две обмотки: генераторную, которая наматывается толстым проводом для пропускания большого тока, и приемную, имеющую многократно большее количество витков, намотанных тонким проводом. С ее помощью на основе трансформаторного эффекта сигнал генераторной обмотки усиливается для подачи на вход измерительной схемы, что позволяет улучшить соотношение сигнал/шум. Такое расположение катушек позволяет максимально приблизить их к стенке трубы.

Выбор количества катушек определяется условиями применения прибора, а именно его диаметром. При разработке аппаратуры малого диаметра (36, 42, 45 мм) используется минимальное количество катушек, достаточное для определения положения зонда в трубе - 3 шт. При разработке аппаратуры большого диаметра количество катушек может быть увеличено, и становится возможным измерение большего количества секторов.

Дефектоскоп работает в следующей последовательности. По генераторным обмоткам пропускается импульс тока, возбуждающий в изучаемой колонне вихревые токи. Запись производится по окончании разгонного токового импульса, в режиме торможения. Получаемые в приемных обмотках сигналы имеют форму экспоненциальных спадов и несут в себе информацию как о расстоянии от катушки до стенки колонны, так и о характеристиках колонны.

При движении по скважине в зоне дефектов, таких как трещины, перфорационные отверстия, коррозионные язвы, в каждом из секторов наблюдается специфическая картина. Сопоставляя измерения разных секторов, можно выделить характерные случаи:

- аномалия в одном из секторов (несимметричный дефект);

- одинаковые аномалии во всех секторах (симметричный дефект, проточка, разрыв, муфта, изменение диаметра трубы);

- аномалии во всех секторах, разнополярные (расцентровка прибора).

Измерения с помощью предлагаемого дефектоскопа позволяют определить положение прибора в колонне и внести поправки в измерения продольного зонда, отвечающего за толщинометрию. В результате применения предлагаемого дефектоскопа появляется новое качество измерений, которое позволяет уверенно обнаруживать и квалифицировать дефекты. Кроме того, становится возможным обнаружение дефектов с меньшими размерами, недоступных для аппаратуры с обычными зондами.