CN201382773Y - 远场双发射阵列套损仪传感器 - Google Patents

远场双发射阵列套损仪传感器 Download PDF

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詹保平
张国辉
滑宝成
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Abstract

本实用新型提供一种远场双发射阵列套损仪传感器，包括双发射探头和接收探头，其特征是双发射探头以接收探头为对称分别分布在接收探头两侧，并且极性相反，接收探头是由2×20组小线圈分两层线圈框架阵列排布，双层线圈相差的角度为单层上两组线圈之间角度的一半，每组接收探头均采用两只参数完全相同的线圈按差分方式串联，发射探头和接收探头之间的距离为套管内径的2－3倍。本实用新型具有磁场分布均匀；检测灵敏度高；受周围介质影响小；对套管内外壁破损检测灵敏度一致，受仪器提离效应影响小和破损方位分辨率高等特点。

Description

远场双发射阵列套损仪传感器
技术领域
本实用新型涉及一种井下仪器电磁传感器，特别是涉及一种井下磁测厚测井仪的电磁涡流传感器。
背景技术
在石油地质生产测井领域中，井下套管的破损非常普遍。尤其在油田开发到中后期，套管的破损经常影响正常生产，检测套管破损就成为经常进行的测井项目。对于测量套管破损的测厚仪来说，传感器是仪器的核心的部分。常规涡流传感器是检测靠近套管壁的发射、接收探头，以直接电磁耦合方式来测量电磁涡流场强变化的信号。它最大的缺点是(1)测量精度受线圈与套管壁之间的距离(提离效应)影响很大；(2)只适应测量壁厚小于8毫米的铁磁套管，随套管壁厚度的增加测量精度降低很多。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种远场双发射阵列套损仪传感器，本实用新型具有磁场分布均匀；检测灵敏度高；受周围介质影响小；对套管内外壁破损检测灵敏度一致，受仪器提离效应影响小和破损方位分辨率高等特点。
本实用新型的技术方案是：一种远场双发射阵列套损仪传感器，包括双发射探头和接收探头，其特征是双发射探头以接收探头为对称分别分布在接收探头两侧，并且极性相反，接收探头是由2×20组小线圈分两层线圈框架阵列排布，双层线圈相差的角度为单层上两组线圈之间角度的一半，每组接收探头均采用两只参数完全相同的线圈按差分方式串联，发射探头和接收探头之间的距离为套管内径的2-3倍。
本实用新型采用远场涡流法来测量穿过套管壁并在套管壁外沿管轴方向传播一段距离后，再返回到套管内的磁场强度。远场涡流的主要优点是探头对套管内外壁缺损有相同的检测灵敏度；测量精度对填充系数要求低，探头受偏心影响小。另外，它最大优点是能检测厚壁铁磁性套管，最大可检测壁厚为25mm。这对常规涡流是无法达到的。
本实用新型以远场涡流工作原理为基础，采用以发射探头为对称的双发射探头结构。这种结构不但远远提高了磁场强度而且使磁场变化和分布更加均匀，提高了接收探头的灵敏度。
附图说明
图1是远场双发射阵列套损仪传感器结构示意图。
图2是远场涡流磁场分布关系曲线图。
图3是远场双发射阵列套损仪传感器磁场分布关系曲线图。
图4是实测套管内磁场分布图。
图5是远场双发射阵列套损仪传感器接收线圈排布原理图。
具体实施方式
图4是实测套管内磁场分布图，从图中可以看出：
(1)在距离发射线圈大于2.5D时磁力线几乎呈平行分布，这就是远场区。
(2)在套管内，随着发射线圈到接收线圈的距离的增加，磁场强度呈对数关系减小。
(3)在远场区，磁场强度很弱，一般接收到的信号只有0.5-5微伏。
从图2远场电磁场分布图可以看出：当检测线圈距发射线圈2.8-3倍管内径时(远场区)，信号幅值与相位均以较小速率呈线性变化，且管内外数值近似相同。测量信号相位滞后角θ大致正比于穿过的套管壁厚。可以近似用一维集肤效应相位公式计算：
θ＝2δ√πfμσ
式中θ---感应电势的相位滞后；
δ---管壁厚；f---激励频率；μ---磁导率；σ---电导率
远场涡流检测技术的主要优点：(1)是结构简单的内部传感器；(2)对被检测套管内外壁的破损具有同样的灵敏度；(3)测量信号滞后相位角与套管壁厚成正比；(4)测量信号受探头偏心影响小；(5)可以测量壁厚大的套管。
如图1所示，本实用新型采用远场电涡流法将探头内置于被检测套管内，探头由两个发射探头和一个接收探头组成，两个发射探头以接收探头为对称分布在接受探头两侧，并且极性相反。发射探头和接收探头之间的距离为套管内径的2-3倍(即远场区)。本实用新型采用双发射线圈发射20H到160HZ的方波，当两个发射线圈的磁场合成后，在套管的远场区，不但可以提高磁场强度，而且磁场分布和变化更加均匀，使接收探头的测量灵敏度提高。
接收探头由原来的一个螺线管式的接收线圈改为2×20组小线圈，小线圈分两个线圈框架阵列排布，如图5A和图5B所示，两组小线圈之间的夹角为18°。两周对应线圈之间相差9°。这样，由于每组探头只探测对应方位套管的变化，所以本发明传感器就可以分辨出套管破损的具体方位，分辨率为9°。每个圆盘框架各排布20组接收线圈，相邻两组线圈的夹角为18°，两个圆盘线圈组的相对起始角度相差9°。两个圆盘框架之间距离为5厘米。测量数据经过软件延迟处理后，可以模拟到同一个记录深度平面上，如图5C。在该平面上，就相当有40组方位分辨率为9°的探头同时测量。
本实用新型采用远场涡流法来测量穿过套管壁并在套管壁外沿管轴方向传播一段距离后，再返回到套管内的磁场强度。发射探头发出磁力线(磁能)的一部分穿过套管壁向外发射，在远场区又再次穿过套管壁返回发射线圈，这部分磁能流过接收线圈时生产远场接收信号。接收信号的幅度和相位，都随套管壁破损的程度而变化。在套管无破损时，原单螺线管接收线圈接收的磁场信号为信号基值Vj，在套管破损时，接收的磁场信号为破损值Vp，两项之差(Vj-Vp)经过放大滤波后，再进行数字变换和处理。为了提高仪器的测量灵敏度，希望尽量提高放大器的增益。但由于接收信号存在较大基值Vj，所以放大器的增益不能太高，否则测量输出信号会出现饱和。本实用新型传感器有40组接收探头，每组探头均采用两只参数完全相同的线圈按差分方式串联，使每组接收探头在套管无破损时，接收的磁场信号(测量基值)Vj近似为零。这样，就可以利用提高放大器的增益来提高仪器的测量灵敏度。

Claims (1)

1、一种远场双发射阵列套损仪传感器，包括双发射探头和接收探头，其特征是双发射探头以接收探头为对称分别分布在接收探头两侧，并且极性相反，接收探头是由2×20组小线圈分两层线圈框架阵列排布，两层线圈相差的角度为单层上两组线圈之间角度的一半，每组接收探头均采用两只参数完全相同的线圈按差分方式串联，发射探头和接收探头之间的距离为套管内径的2.5-3倍。
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