CN101806212B

CN101806212B - 旋转式电磁涡流成像测井仪

Info

Publication number: CN101806212B
Application number: CN2009102497997A
Authority: CN
Inventors: 伍军; 孙坦
Original assignee: BEIJING ARENA CENTURY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING ARENA CENTURY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-12-08
Also published as: CN101806212A

Abstract

旋转式电磁涡流成像测井仪，将电磁涡流发生与检测传感器全部集成在一个密封的旋转扫描探头中。在工作过程中，直流电机通过连动轴带动探头不断旋转，每旋转一周发射及采集多个点。功率电源提供恒定电流经滑环接到探头上，控制电路每次激励发射线圈后，检测传感器中可感应出一定幅度的电压信号。当套管无损伤时，各个点的感应电压幅度相当；当套管有裂缝、孔洞、腐蚀等现象时，各点感应电压的幅度和相位会有较大的差异。随着仪器的上提或下放，探头的实际空间轨迹是一个螺旋线，由于探头旋转速度很快，使得这个螺旋线非常致密，在一定程度上可以当作是做圆周扫描，将扫描线沿深度方向排列起来，就形成了被测套管或油管的完整图像。

Description

旋转式电磁涡流成像测井仪

技术领域本发明涉及一种石油测井仪器，特别涉及一种旋转式电磁涡流成像测井仪。

背景技术在油田生产作业过程中，需要能对套管、油管损害程度进行定性或定量评价的仪器。传统的电磁探伤测井仪主要包括三个探头：纵向长轴探头A、横向探头B、纵向短轴探头C。在探头发射线圈中通以短时间的直流脉冲电流时，线圈周围产生很强的稳定磁场，根据导体中的电磁渗透理论，其磁力线穿过油管进入套管，在油管和套管壁上分别产生感应电流I1和I2，在直流电脉冲结束后，次生磁场在接收线圈中产生感应电动势ε。当油管或套管的电磁特性发生变化时，感应电流I1和I2发生改变；当油管或套管出现孔洞、裂缝，特别是纵向裂缝，将切断感应电流I1和I2在管壁上的回路，这将改变感应电动势ε的幅度，并在测井曲线上表现出异常。

上述仪器可以在不用起下油管的方式下，完成对油管及套管内外壁损伤进行检测。但是，该仪器中发射线圈与接收线圈位置固定，接收线圈感生出的电动势是稳定磁场与一段套管或油管相互作用的和。即，通过该仪器获得的测井曲线只能判断套管损伤的轴向位置，不能提供损伤在圆周上的具体方位。此外，该仪器分辨率较低：轴向裂纹(75mm)，横向裂纹(1/3套管周长)。

由此可见，上述仪器的测量结果，即曲线，不能完整表现油管及套管的损伤情况；在损伤尺寸相对较小时，该仪器也无法完成检测。

发明内容本发明的任务在于设计一种能对套管、油管损害程度进行定性或定量评价的电磁涡流成像测井仪。该仪器检测范围可以覆盖整个管壁，其测量结果以图像的方式表现管壁各个方位上的损伤情况。

为解决上述任务，本发明提供一种旋转式电磁涡流成像测井仪，该仪器采用集成芯片缩小传感器体积，从而将电磁涡流发生与检测传感器全放在一个密封的旋转探头(11)中。功率电源提供恒定电流经滑环(2)接到探头上；电路短节(8)内部的控制电路控制激励发射线圈的时序。在工作过程中，动力探头短节(5)内部的直流电机(1)通过连动轴(3)带动探头不断旋转，每旋转一周发射及采集多个点。在每次发射后，检测传感器中可感应出一定幅度的电压信号，该电压信号通过滑环输入到电路短节中的采集电路。当套管无损伤时，各个点的感应电压幅度相当。当套管有裂缝、孔洞、腐蚀等现象时，各点感应电压的幅度会有较大的差异。随着仪器的上提或下放，探头的实际空间轨迹是一个螺旋线，由于探头旋转速度很快，使得这个螺旋线非常致密，在一定程度上可以当作是做圆周扫描，将扫描线沿深度方向排列起来，就形成了被测套管或油管的完整图像。

该仪器由电路短节、动力探头短节组成。

旋转探头放置在动力探头短节最下方，此外该短节还包括直流电机、多路高温滑环、连动轴、动密封结构、外置扶正器等。直流电机负责提供探头旋转所需的动力；高温多路滑环在不损坏导线的情况下负责将旋转探头中的信号传递给上部定子导线；连动轴连接滑环与探头，将电机产生的动力传动过来，带动探头旋转；探头旋转的过程中要保证仪器内部密封，所以要在连动轴上增加动密封结构；仪器在上提及下放过程中需要相对套管轴心位置固定，扶正器的功能就是固定仪器，并防止仪器偏心。

电路短节包括以下几部分：主控DSP、模拟前端(AFE)，发射控制(EC)、电路电源、发射用功率模块、CAN总线通信模块、电机供电贯穿线。主控DSP负责整个检测过程的时序控制；模拟前端(AFE)将传感器输出信号进行放大、滤波、峰值保持；发射控制(EC)产生激励线圈脉冲，其控制信号由DSP给出；电路电源输出+5V/-5V，给主控DSP、模拟前端、通信模块提供工作电压。功率模块电源为发射线圈提供激励电流。CAN总线通信模块负责将采集到的数据传送给数传短节；电机供电贯穿线仅从电子仪内部穿过，连接地面电源与井下电机。

本发明随后将通过其具体施例和附图加以说明。

附图说明图1表示本发明所述动力探头短节的结构框图。

图2表示本发明中多路滑环结构尺寸图。

图3表示本发明中旋转探头内部电路原理框图。

图4表示磁场激励电路原理框图。

图5表示发射激励脉冲波形。

图6表示本发明所述电路短节原理框图。

图7表示旋转式电磁涡流成像测井仪外形图。

具体实施方式参照图1动力探头短节结构框图，该短节通过多芯上插头与电路短节进行电气连接。直流电机固定在短节上部，引出两根电源线接到多芯插头上，保证电机供电后按照固定的方向旋转；该短节保持竖直状态下，施加额定直流电给电机。高温多路滑环(结构尺寸见图2)与电机固定在同一个短套中，直流电机下轴与滑环转子通过卡环固定，电机转动时带动滑环下轴转动；滑环定子引线通过短套过孔、过线槽与多芯插头连接，滑环转子引线从连动轴内部通过与探头总成连接；滑环不仅需要通过信号级的电流，还要能通过功率级的电流，所以其引线及触点材质要满足相应电气要求。连动轴与滑环通过卡环咬合，穿过动密封结构与探头总成通过螺纹、顶丝固定。该短节供电后，电机以额定转速带动探头旋转。

如图3所示旋转探头内部电路原理框图。其中，二维电磁传感器连续输出与磁场强度等比例的感应电压。为了提高磁场信号的信噪比，在传感器输出级使用程控增益放大器(PGA)。对直径较大或管壁较薄的套管，使用较大的档位；对直径较小或管壁较厚的套管使用较小的档位，这样可补偿管径和壁厚变化的影响。使用滤波器对放大后的信号进行模拟滤波，进一步降低信号线噪声。主控DSP定时发射一次激励脉冲，同时利用内部高速AD对传感器最终信号进行采样，采样间隔由套管尺寸决定，可通过软件控制；每次发射采样一定次数，即获得每次发射后感应电压的峰值。激励线圈是用漆包线绕成的空心线圈。电磁传感器与激励线圈中心垂直放置，以便获得最大磁感应强度。

如图4所示的磁场激励电路原理框图，功率电源模块将地面提供的高电压低电流的电能转换为低电压大电流的电能，为线圈激励时获得较大磁场提供能量保障。由于功率电源模块存在较大的输出脉动噪声，所以在其输出端引入高频滤波电路及滤波电容，保证每次激励时都能提供相同的电压和电流。光耦将主控DSP与功率电路部分隔离，避免电流冲击对DSP的干扰。使用MOS管作为开关，为线圈激励提供一定脉冲宽度的周期性方波电流(见图5)，随着激励电流在上升沿和下降沿的周期翻转，根据电磁感应定律，这时将产生周期性跳变的磁场，此磁场感应出的脉冲涡流会在导体中传播。该方波的占空比可以进行设置；通过改变占空比来变更探头的检测频率，用于不同厚度套管的检测。引入保护及吸收网络电路，可以有效地降低脉冲发射时产生的高频震荡，并防止MOS管击穿。

参照图6电路短节原理框图，地面系统通过电缆施加高压直流电到井下电路电源模块，该模块提供主控DSP、模拟前端、通信模块所需的工作电压。主控DSP计算出电机上一圈的旋转时间，对该时间做等分，并赋值给DSP内部定时器；此方法可以重新定义发射电流的脉冲间隔，从而保证电机转速变化时，仍然可以获得连续且均匀的轴向测量图像。主控DSP通过高速内部总线，向数传短节发送电机旋转一圈后的仪器测量数据；并且接收井下数传发送的增益、占空比、工作模式等控制命令，然后转发探头所需的命令。前述说明的功率电源模块，由于尺寸较大也放置到电路短节中。电机供电线使用双绞线，在电路短节内从上插头到下插头贯穿通过，连接地面电源与井下电机。

电路短节在上，动力探头短节在下，二者通过螺纹及接插头组合为一只完整的旋转式电磁成像测井仪，其示意图参见图7。现场作业中，绞车电缆带动仪器在井内上提下放，期间，探头由电机带动等间隔对套管或油管旋转。每完成一点测量后，探头将数据发送到电路短节中；每完成一周扫描后，电路短节将测量结果传送到井下数传，并最终在地面系统中显示出套管或油管在对应测量段的图像。

Claims

1.旋转式电磁涡流成像测井仪，包括电磁涡流发生与检测传感器、密封装置、连动轴、滑环、直流电机、功率电源、采集控制电路、机械骨架及接插头，其特征在于电磁涡流发生与检测传感器集成在一个密封的旋转扫描探头中，旋转式电磁涡流成像测井仪内部直流电机与探头通过连动轴连接，探头与采集控制电路、功率电源通过滑环连接。