CN219158971U - 一种声电结合套损探伤成像测井仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油套管损伤测井领域。传统的超声成像测井和电磁探伤测井需要分次下井才能获得这两种测井资料，且超声成像测井受井内环境影响大，电磁探伤测井不同井况适用性高，但是分辨率不如超声成像测井。本发明提出一种声电结合套损探伤成像测井仪，其构成包括电路短节，测量短节，下扶正器和基座，其中基座封装了不同结合方式的超声成像换能器和电磁涡流探头，分别实现超声成像测井和电磁探伤测井。本发明测井仪可通过一次下井，同时实现超声成像测井和电磁探伤测井，测井仪适用范围包含油气水介质套管井，声电结合的测井解释提高了套管损伤准确率。

Description

一种声电结合套损探伤成像测井仪

技术领域

本实用新型涉及一种石油套管损伤测井仪，特别涉及声电结合成像测井仪。

背景技术

现广泛应用的套管损伤测井仪器主要是超声成像测井，以及电磁探伤测井。其中，超声成像测井仪可以测量套管损伤和壁厚等信息，具有较高纵向分辨率和方位指向可靠的优点，但是无法在气井和套管内壁有结垢等环境影响下实现准确测量，限制了超声成像测井仪器的使用范围；电磁探伤测井仪对套管井内介质没有严格要求，不受套管内壁结垢和油气水介质等影响，可适用井况范围大，并且可以实现多层套管测量，但是电磁探伤测井在井周完整测井的识别能力受套管直径和损伤大小等影响，存在测井分辨率低，井周方位损伤识别能力不足等缺点，影响测井解释结果。目前石油技术人员要想得到这两种测井资料，需要分别将这两种仪器下入套管井测量，在时间和作业付出较大成本。

发明内容

为解决超声成像测井仪和电磁探伤测井仪在套管损伤测井中存在缺点。本实用新型提供一种声电结合套损探伤成像测井仪，可同时实现超声成像测井和电磁探伤测井，将这两种测井方法的优缺点互补，此仪器适用多种井况，一次下井可同时获得这两种测井资料，节省时间和作业等成本，通过对这种两种测井方法的测井解释结果交叉验证，可以为石油技术人员提供套管井孔洞损伤位置和套管壁厚变化等方面更加可靠的测井解释。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种声电结合套损探伤成像测井仪，包括电路短节，测量短节，下扶正器和基座。电路短节中安装了功率电源板，电路控制板，信号采集和处理板，它们固定在电路短节中的仪器骨架。测量短节中设置了平衡活塞缸，电机，滑环，连动轴，下扶正器起到将整支仪器居中于套管井轴的功能。基座中采用多种结合方式封装超声成像换能器和电磁涡流探头，电机带动基座进行旋转扫描，超声成像换能器和电磁涡流探头分别同时进行套管井壁声波信号和电磁涡流信号采集，完成超声成像测井和电磁探伤测井，经处理后显示套管井壁二维成像图。

上述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，所述仪器构成依次为电路短节，测量短节，下扶正器和基座。电路短节与测量短节通过上下插头连接，电路短节在整支仪器上部，测量短节位于电路短节下部，下扶正器紧挨测量短节下端，基座位于整支仪器下部。

上述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，所述电路短节中的功率电源板，提供各个电路板所需电源，并带动电机旋转；电路短节内的电路控制板实现超声成像换能器和电磁涡流探头的原始激励源激发和测量时序；信号采集和处理板记录超声成像换能器和电磁涡流探头测量信号，并将采集到的信号上传到数传短节。

上述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，所述测量短节中的平衡活塞缸可以使仪器承受套管井内的高压，达到仪器内外压力平衡。电机通过连动轴带动基座周向旋转，每旋转一周基座中的超声成像换能器和电磁涡流探头同时扫描套管井壁不同方位处套管损伤情况，并通过滑环连接电信号传输。

上述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，所述基座中封装多个超声成像换能器和电磁涡流探头，结合方式主要包括基座中周向和轴向排列分布，并将超声成像换能器和电磁涡流探头实现一体化集成探头，此集成探头在基座中实现周向和轴向排列分布，通过旋转基座进行扫描，完成测量套管井壁损伤，壁厚计算和识别套管变形等声电同时测井。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本实用新型仪器示意图；

图2为电路短节示意图；

图3为电路系统原理图；

图4为测量短节示意图；

图5为基座中声电结合方式；

图6为基座结构图。

具体实施方式

图1为本实用新型声电结合套管损伤测井仪整体结构图，电路短节1位于最上端，下面连接测量短节2，中间通过上插头8和下插头9实现连接，上插头8和下插头9中的机械螺纹接口相反，完成上下插头的硬连接，插头中的电气插件通过29芯插针和插孔实现电信号接通；下扶正器3为灯笼体式，即在4个方位将橡胶弹片紧贴套管内壁，弹力足以将整支仪器支撑并居中于套管轴向中心，帮助仪器从下往上移动测量时保持居中状态，基座4在下扶正器3下面，基座4中封装超声成像换能器和电磁涡流探头，测量短节2中的电机11带动基座4旋转扫描，基座4中的超声成像换能器和电磁涡流探头分别同时进行套管井壁超声波信号和电磁涡流信号测井资料采集，经处理后显示套管井壁二维成像图。

图2所示为电路短节1详细仪器骨架结构，功率电源总成5分为低压电源模块和高压电源模块，低压电源模块输入电压+200～+240VAC，额定220VAC，输出电压±5.0V、隔离+12V、隔离+3.3V，高压电源模块输入电压+200～+240VAC，额定220VAC，输出电压+270V和+24V，功率电源总成5提供电路控制板6与信号采集和处理板7所需工作电压，也提供电机11旋转所需的工作电压。电路控制板6通过双通道控制超声成像换能器和电磁涡流探头中激励源场的输出时序，其中超声波测量通道匹配最小带宽400KHz，带通频带最大600KHz，输入幅度范围为-5.0V～+5.0V，电磁涡流探头通道包含低频2Hz和高频748KHz；信号采集和处理板7将采集的原始套管井壁超声波信号和电磁涡流信号进行放大、滤波和传输。

图3所示为电路系统结构，进一步说明功率电源总成5，电路控制板6与信号采集和处理板7实现过程。整个电路系统包含主控电路板DSP、模拟采集板AFE、功率发射板POW、电机控制板BLDC、连斜模块、RST通信板、高压电源模块、低压电源模块、电机电源模块。安装位置分布于仪器骨架正面和背面，仪器骨架正面从仪器上端到下端依次为低压电源模块，RST通信板，主控模块DSP，模拟采集板AFE，连斜模块；仪器骨架背面从仪器上端到下端依次为高压电源模块，电机电源模块，功率发射板POW，电机控制板BLDC。主控模块DSP具有双通道，首先基座中的超声成像换能器和电磁涡流探头分别通过功率发射板POW发射超声波以及电磁涡流感应电磁场，然后通过主控模块DSP的双通道采集板AFE接收反射回波，以及电磁涡流的感应电动势，经过计算后输出超声波峰值幅度、峰值到时信号、以及电磁涡流感应电动势幅值和超声的全波列信号，将这些信号经过SCI总线传输到RST接口通信电路板，进而将数据传至地面计算机进行解析处理和成像。最后主控模块DSP还要定时采集工作温度，并随时把仪器工作状态参数发送给掉电保存电路。电机控制模块BLDC对电机11的旋变信号进行检测，并根据旋变信号输出PWM信号控制电机11的驱动电路，使电机11按照程序设计或者通过主控模块DSP板发来的速度控制命令调节基座4旋转速度。

图4所示为测量短节2详细结构，平衡活塞缸10采用拉簧式活塞式平衡装置，组成结构包含平衡堵头、平衡活塞、活塞杆、拉簧和固定头，拉簧式平衡活塞装置中弹簧采用拉簧，且拉簧置于仪器内部，拉簧一端与平衡活塞相连，另一端固定于仪器上，紧挨着固定头，随着套管井内压力的变化，平衡活塞会沿着活塞杆活动，使仪器内外压强达到平衡承压状态。电机11包括主控芯片，电机主体，电机角度信号传感器，辅助信号采集。主控芯片采集电机电压、电流信号，进而控制电机驱动信号，给出发射同步脉冲，同时与电路控制板6和信号采集和处理板7经过主控模块DSP通讯；电机11在使用时电压为72V，电流最大为0.7A，最高电机功率为50W；电机角度信号传感器通过计算电机11转过的角度和每周采样点数的关系，就可以按照电机角度信号来同步超声成像换能器和电磁涡流探头每周的发射采样点，同时角度信号也作为电机11的转动位置信息，这是套管井壁超声波测井和电磁涡流测井成像图实现方位识别的基础，另外计算电机角度的电路被称为自整角机电路，它包含一路正弦激励信号，与两路输出信号分别为正弦感应信号和余弦感应信号；辅助信号采集实现电机11的电流检测，需要先转换成电压信号，然后由电机11的主控芯片采集，电机11的电压信号可直接分压后输出给主控芯片采集。滑环12与电机11固定在同一个短套中，电机11下轴与滑环12转子通过卡环固定，电机11转动时带动滑环12下轴转动，滑环12的定子引线经过短套过孔、过线槽与下插头9中的29芯插孔连接，滑环12的转子引线通过连动轴13内部实现与基座电信号连接；滑环12要能够通过信号级的电流和功率级的电流，因此滑环12的引线和触点材质要达到相应工业级电气要求。连动轴13与滑环12通过卡环咬合，穿过动密封结构与基座4通过螺纹、顶丝固定。测量短节2供电后，电机11以额定转速带动基座4旋转。旋转电机11通过连动轴13带动基座4实现周向扫描，基座4中的超声成像换能器和电磁涡流探头在旋转过程中进行套管井周扫描采集，实现一次下井，同时采集超声成像测井资料和电磁涡流探伤测井资料；由于基座4扫描套管井壁的时候，仪器在不断向上运动，所以基座4的实际空间轨迹是一个螺旋线，在套管井轴向和周向上这个螺旋线非常致密，一定程度上可以当作是连续的套管井圆周扫描和采集，经过软件处理后获得套管井声电成像测井图。

位于仪器最下端的是基座4，基座4中封装了多个超声成像换能器和电磁涡流探头。图5给出了不同的结合方式，结合方式14是正视图，一个超声成像换能器和一个电磁涡流探头呈反向封装，结合方式15是俯视图，两个超声成像换能器和两个电磁涡流探头各自相隔90°封装，在基座周向方向排列，实现周向声电旋转扫描；结合方式16中一个超声成像换能器在基座4下方封装，一个电磁涡流探头在基座4上方封装，两者呈轴向排列，结合方式17和18分别是正视图和俯视图，四个超声成像换能器在基座4下方封装，每个换能器相隔90°，四个电磁涡流探头在基座4上方封装，每个探头相隔90°；结合方式19中将超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头进行封装，结合方式20和21分别封装两个和四个这种集成探头；结合方式22是将这种集成探头向着基座4上方倾斜45°封装，结合方式23是倾斜45°反向封装两个集成探头，结合方式24在轴向倾斜45°排列四个集成探头，上方两个，下方两个，是结合方式23在轴向方向的叠加。

图6是对基座4中结合方式14进行具体说明，其余结合方式也是同样的封装技术。结合方式14中封装超声成像换能器27和电磁涡流探头28，两者呈180度背向安装，中间顶环29里面贯穿超声成像测井和电磁涡流测井信号传输所用的高温线束，并与滑环12中引线连接进行声电信号传输；基座外壳25为优质钛钢材质，不仅能够承受套管井内105Mpa压强，而且还能够承受套管井内井液的冲刷和腐蚀，同时对超声成像换能器27和电磁涡流探头28起到保护作用；连动轴26与测量短节2中的连动轴13进行上下连接，在电机11旋转带动下实现基座4的周向转动，超声成像换能器27和电磁涡流探头28同时进行周向旋转扫描，实时完成超声成像测井和电磁涡流测井的信号采集，实现一次下井完成两种测井方法的测量，减少了作业时间和成本。

Claims (11)

1.一种声电结合套损探伤成像测井仪，包括电路短节(1)，测量短节(2)，下扶正器(3)和基座(4)，其特征在于：所述电路短节(1)和测量短节(2)通过上下插头进行连接，电路短节(1)位于测量短节(2)上部，所述下扶正器(3)和基座(4)依次位于测量短节(2)下部，所述基座(4)中封装超声成像换能器和电磁涡流探头。

2.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：一个超声成像换能器和一个电磁涡流探头反向封装。

3.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：两个超声成像换能器和两个电磁涡流探头各自相隔90°封装，在基座周向方向排列。

4.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：一个超声成像换能器在基座(4)下方封装，一个电磁涡流探头在基座(4)上方封装，两者呈轴向排列。

5.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：四个超声成像换能器在基座(4)下方封装，每个换能器相隔90°，四个电磁涡流探头在基座(4)上方封装，每个探头相隔90°。

6.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头进行封装。

7.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头，反向封装两个集成探头。

8.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头，周向封装四个集成探头。

9.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头，向着基座(4)上方倾斜45°封装。

10.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头，倾斜45°反向封装两个集成探头。

11.根据权利要求1所述的一种声电结合套损探伤成像测井仪，其特征在于：超声成像换能器和电磁涡流探头集成一个探头，在轴向倾斜45°排列四个集成探头，上方两个，下方两个。

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