CN101105125B - 井下垂直聚磁探头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下垂直聚磁探头，设有极板总成和两个主发射线圈，两个主发射线圈采用差动绕制，在两个主发射线圈内侧设有一对附助聚磁线圈，在两个主发射线圈外设有屏蔽层，极板总成由八只极板组成，每只极板上有八只接收线圈，共有64只接收线圈，并且接收线圈按阵列式交插排列；在极板内设有信号放大器。它能准确地识别井下套管壁任合位置的破损状态(壁厚)，克服现有的电磁涡流测厚仪探头造成的测量误差，有效的提高测量精度，是电磁涡流领域中理想之探头。

Description

井下垂直聚磁探头

技术领域

本发明涉及磁测厚仪领域，具体涉及一种井下电磁涡流测厚仪的探头。

背景技术

目前，油田公认最好的电磁涡流测厚仪的探头是由英国SONDEX公司生产的磁测厚仪(MAGNETIC THICKNEES TOOLS MTT001)所用的探头。图5就是Sondex公司生产的MTT-001磁测厚仪的探头。它是由一只发射线圈5和十二只接收线圈12组成，十二只接收线圈呈30度夹角分布在一个平面上，由于测量方法要求，该平面必须放在发射线圈的远场区，所以接收线圈能接收到的有用信号很小，只有微伏级。在各种干扰信号(伏级)的作用下，有时会造成较大测量误差。另外两只接收线圈之间(30度夹角之间)没有接收线圈探测套管是否损坏而造成仪器的漏测，这样也会给测量解释造成误差。

发明内容

为了克服现有的电磁涡流测厚仪探头造成的测量误差，本发明提供一种高效井下垂直聚磁探头，它能准确地识别井下套管壁任合位置的破损状态(壁厚)，有效的提高磁测厚仪的测量精度。

实现本发明目的的技术方案是一种井下垂直聚磁探头，在推靠器上设有极板总成和两个主发射线圈，两个主发射线圈采用差动绕制，在两个主发射线圈内侧设有一对附助聚磁线圈，在两个主发射线圈外设有屏蔽层，屏蔽层由最里面的铜薄层，中间的铝薄层，最外面的坡莫合金层组成；极板总成由八只极板组成，每只极板上装有八只接收线圈，共有64只接收线圈，并且接收线圈按阵列式交插排列；八只极板在张开时，每两只接收线圈之间的夹角为5.625度；在极板内设有信号放大器，信号放大器由放大器组件、电路印刷版和高导磁托板组成，信号放大器与探测接收线圈封装在同一极板中。

井下垂直聚磁探头是磁测厚仪领域的一种新方案，它所应用的方法既不像远场涡流法为了克服磁场直接耦合的影响而加增大发射线圈与接收线圈之间的距离，也不像电涡流漏磁法要求接收探头一定要与套管壁紧密接触。它是利用发射线圈和接收线圈的特殊结构，改变线圈的数目和排列，研制出接近理想状态的电磁测厚探头，从图2中可以看出，两只主发射线圈发出的磁场穿过套管壁，再集中在接收极板附近并垂直穿过接收线圈返回到主发射线圈。这样，我们就可以利用接收线圈检测到的信号幅度和相位的变化，精确地反映出套管壁厚度的变化。

本发明可以有效的提高测量精度，在实测中验证：测量精度可提高80％以上。另外由于接收线圈数量的增加(共有八只极板每只极板上有八个接收线圈)，应用中再不会产生任合漏测，使套管壁上任合部位的破损都能被探测出并能清晰地反映在图像上。

附图说明

图1是井下理想状态的电磁测厚仪的探头原理图。

图2是井下垂直聚磁探头的结构示意图。

图3是井下垂直聚磁探头的机械结构示意图。

图4是井下垂直聚磁探头的极板(包括信号放大器)结构示意图。

图5是英国Sondex公司生产的MTT-001磁测厚仪的探头结构示意图。

图6是井下垂直聚磁探头的极板接收线圈阵列式交插排列示意图。

图7是井下垂直聚磁探头的极板接收线圈和信号放大器电路连接示意图。

图8是一个实际测量套管壁的示意图。

具体实施方式

在叙述技术方案以前，先说明一下设计的指导思想：理论上最理想的井下电磁涡流测厚仪的探头应如图1所示：发射探头在套管壁外，接收线圈在套管壁内，发射探头发射的磁场垂直穿过管壁，这样接收线圈接收到的信号幅度会与套管壁的厚度成正比，实际上发射探头是无法放到套管壁外面，本发明采用以下技术方案，使设计的井下垂直聚磁探头接近理想探头状态。

如图2所示，井下垂直聚磁探头主要由四部分组成：主线圈屏蔽层1、附助聚磁线圈2、极板总成3、主发射线圈5。两主发射线圈5采用差动方法绕制，使其发射的磁场在极板总成3附近因互相排斥而产生聚焦作用；再加上附助聚磁线圈2产生的磁阻磁场的作用，迫使主发射线圈产生的磁力线6垂直穿过套管壁4，极板接收线圈12接收到的有用信号是由垂直穿过套管壁4的磁力线6所产生的，它的幅度和相位的变化能精确地反映出套管壁厚度的变化。

如图3所示，极板总成3由八只极板7组成，每只极板上有八只接收线圈12，推靠器8推开后，64只接收线圈可探测到套管圆周上任合一点的厚度变化。

如图4所示，信号放大器由放大器组件9、电路印刷版10和高导磁托板11组成。电路的输入放大器与探测接收线圈12封装在同一极板7中。如图7所示，L1-L8是一只极板的八只接收线圈，A-H是八道放大器，MAX398是八选一转换器，由于接收线圈12与输入放大器之间连线很短，所以有效地降低了小信号传输过程的干扰，有效提高了测量精度。

本发明的创造性主要表现在以下几方面：

(1)探头采用双发射线圈和64只接收线圈：

采用双发射线圈后，由于发射线圈5采用差动绕制，使磁场在接收线圈附近形成磁聚焦，接收到的有用信号比同发射功率单发射线圈时提高3到4倍，从而能有放提高了测量精度。接收线圈从12只增加到64只，并且接收线圈12按阵列式交插排列，如图3所示，八只极板在张开时，极板上64只线圈呈两个平面排列，如图6所示，每只极板上的八只接收线圈排在两个平面上，第一平面和第二平面。两平面之间距离为5厘米，用公式：B＝K×F/S可以求出延迟的脉冲数，其中B：延迟的脉冲个数；K：为极板常数；F：仪器工作频率(赫兹)；S：测速(米/小时)。当极板上两排接收线圈相距5厘米时，极板K值为180。经过上式延迟处理后，两平面合成一个平面，64只接收线圈工作在同一圆周上。两只接收线圈的夹角只有5.625度，当每只接收线圈探测范围大于6度时，探头就能保证在360度范围无漏测。

(2)增加附助聚磁线圈：

从井下垂直聚磁探头的图2上可以看到，在靠近两发射线圈内侧增加了一对附助聚磁线圈2。它主要的作用是：在套管壁4内产生一圈垂直环形磁场，由于该磁场方向与主发射线圈的磁场垂直，使主发射线圈发射的磁场不能完全延套管壁流动，而是先穿过套管壁4后，再在接收线圈附近垂直返回套管内。

(3)主发射线圈外层增加屏蔽：

发射线圈5是井下垂直聚磁探头的核心部件，在发射线圈外增加两层反射屏蔽层1，一层铜薄(0.3mm)，一层铝薄(0.3mm)，最外面增加一层吸收屏蔽层(坡莫合金0.2mm)，使主线圈发射效率提高。

(4)采用有源极板方案：

由于接收线圈12接收到的信号很小，在长距离传输过程中会接收干扰而产生测量误差，所以把信号放大器放到极板7内，使小信号放大后再传输，这样会有效地提高信燥比，提高测量精度。

综上所述，井下垂直聚磁探头在如图8所示的不同壁厚的套管中测试结果如下，壁厚加工成八种状态，分别为：12mm；内11mm；内10mm；内9mm外；内8mm外；内7mm；11mm外；7mm外。测量结果见表1

表1垂直聚磁法与漏磁法测量结果对比

测量方案

1

2

3

4

5

6

7

8

垂直聚磁

44.52mv

41.03mv

37.05mv

33.84mv

29.64mv

25.95mv

41.12mv

25.88mv

漏磁法

23.10mv

25.31mv

26.01mv

26.03mv

26.04mv

41.22mv

23.03mv

25.90mv

从表1中可以很明显地看出：垂直聚磁法在第六种(内7mm)与第八种(7mm外)状态下误差小于1％，而漏磁法误差已大于10％；垂直聚磁法在第二种(内11mm)与第七种(11mm外)状态下误差小于1％，而漏磁法误差已大于5％。通过上述试验证明井下垂直聚磁探头测量的结果与套管壁厚成正比关系，测量误差小于3％，是目前最理想的磁测厚探头。

Claims (5)

1.一种井下垂直聚磁探头，其特征是在推靠器(8)上设有极板总成(3)和两个主发射线圈(5)，两个主发射线圈(5)采用差动绕制，在两个主发射线圈(5)内侧设有一对辅助聚磁线圈(2)，在两个主发射线圈(5)外设有屏蔽层(1)，极板总成(3)由八只极板(7)组成，每只极板上有八只接收线圈(12)，在极板(7)内设有信号放大器。

2.如权利要求1所述的井下垂直聚磁探头，其特征是接收线圈(12)共有64只，并且接收线圈(12)按阵列式交插排列。

3.如权利要求1所述的井下垂直聚磁探头，其特征是屏蔽层(1)由最里面的铜薄层，中间的铝薄层，最外面的坡莫合金层组成。

4.如权利要求1所述的井下垂直聚磁探头，其特征是所述的信号放大器由放大器组件(9)、电路印刷板(10)和高导磁托板(11)组成，信号放大器与接收线圈(12)封装在同一极板(7)中。

5.如权利要求1所述的井下垂直聚磁探头，其特征是八只极板在张开时，每两只接收线圈(12)之间的夹角为5.625度。

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