RU138022U1

RU138022U1 - ELECTROMAGNETIC WELL DEFECTOSCOPE

Info

Publication number: RU138022U1
Application number: RU2013139156/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Потапов; Виталий Никифорович Даниленко; Рустам Равилович Куйбышев
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС")
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Электромагнитный скважинный дефектоскоп, содержащий корпус зонда и расположенные в нем блок электроники, генераторную катушку индуктивности с магнитной осью, направленной вдоль оси скважины, не менее трех измерительных катушек индуктивности, размещенных по периметру зонда с магнитными осями, направленными перпендикулярно оси зонда, отличающийся тем, что для концентрации силовых линий вторичного магнитного поля между генераторной катушкой индуктивности и каждой измерительной катушкой индуктивности установлен магнитный экран.An electromagnetic borehole flaw detector comprising a probe housing and an electronics unit located therein, a generator inductor with a magnetic axis directed along the axis of the well, at least three measuring inductors placed along the perimeter of the probe with magnetic axes perpendicular to the axis of the probe, characterized in that for the concentration of the lines of force of the secondary magnetic field between the generator inductor and each measuring inductor is installed a magnetic screen.

Description

Полезная модель относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использована для выявления и классификации дефектов эксплуатационных и технических колонн, насосно-компрессорных труб (НКТ) в нефтяных и газовых скважинах.The utility model relates to geophysical surveys in wells and can be used to identify and classify defects in production and technical columns, tubing (tubing) in oil and gas wells.

Известен электромагнитный модуль (MTT) фирмы Sondex W.L.E. для выявления дефектов в НКТ. (Magnetic thickness tools-MTT. Leding Oilfield technology. Sondex, p. 10, www.sondex.com). Зонд MTT состоит из одной генераторной катушки и 12-ти миниатюрных магнитных датчиков, установленных на внутренней стороне рессор. Генератор работает на трех частотах. Амплитуда и фаза сигнала на измерительной катушке зависят от количества металла, окружающего датчик.Known electromagnetic module (MTT) company Sondex W.L.E. to identify defects in the tubing. (Magnetic thickness tools-MTT. Leding Oilfield technology. Sondex, p. 10, www.sondex.com). The MTT probe consists of one generator coil and 12 miniature magnetic sensors mounted on the inside of the springs. The generator operates at three frequencies. The amplitude and phase of the signal on the measuring coil depend on the amount of metal surrounding the sensor.

Известный зонд позволяет определять дефекты на одной колонне НКТ, либо интервал обсадной колонны после выхода из НКТ, но не позволяет разделять дефекты на внутренней и внешней колоннах.The known probe allows you to identify defects on one tubing string, or the casing interval after leaving the tubing, but does not allow the defects to be separated on the inner and outer columns.

Известно устройство, позволяющее выявлять дефекты колонн и перфорационных отверстий. Электромагнитный скважинный дефектоскоп содержит корпус, генераторную катушку, магнитная ось которой ориентирована вдоль оси, а магнитная ось измерительной катушки ориентирована перпендикулярно оси дефектоскопа. (Пат. РФ №2215143, опубл. 27.10.2003 г., бюл. №30).A device is known for detecting defects in columns and perforations. An electromagnetic well detector contains a housing, a generator coil, the magnetic axis of which is oriented along the axis, and the magnetic axis of the measuring coil is oriented perpendicular to the axis of the detector. (Pat. RF №2215143, publ. 10/27/2003, bull. No. 30).

В известном устройстве по генераторной катушке пропускается переменный ток, возбуждающий в окружающей стальной трубе круговые вихревые токи, которые наводят э.д.с. в измерительных катушках. При прохождении измерительных катушек мимо дефектов в стенке колонны, отмечаются характерные изменения магнитного поля.In the known device, an alternating current is passed through the generator coil, exciting circular eddy currents in the surrounding steel pipe, which induce an emf in measuring coils. As the measuring coils pass past defects in the column wall, characteristic changes in the magnetic field are noted.

Недостатком устройства является отсутствие возможности разделять дефекты на внутренней и внешней поверхности трубы.The disadvantage of this device is the inability to separate defects on the inner and outer surfaces of the pipe.

Известен дефектоскоп (Пат. РФ №2250372, опубл. 20.04.2005 г., бюл. №11), который содержит немагнитный корпус, электронный блок. Поперечный зонд имеет не менее трех катушек индуктивности, расположенных по периметру центрального ферромагнитного сердечника.Known flaw detector (Pat. RF №2250372, publ. 04/20/2005, bull. No. 11), which contains a non-magnetic body, an electronic unit. The transverse probe has at least three inductors located along the perimeter of the central ferromagnetic core.

Дефектоскоп работает следующим образом. По генераторным обмоткам, магнитная ось которых перпендикулярна оси прибора (поперечный зонд) пропускается импульс тока, возбуждающий в изучаемой колонне вихревые токи. Получаемые в приемных обмотках сигналы имеют форму экспоненциальных спадов, которые несут информацию о наличии или отсутствии дефектов.Flaw detector works as follows. The generator windings, the magnetic axis of which is perpendicular to the axis of the device (transverse probe), pass a current pulse that excites eddy currents in the studied column. The signals received in the receiving windings are in the form of exponential decays, which carry information about the presence or absence of defects.

Известное устройство имеет следующие недостаткиThe known device has the following disadvantages

Поперечные зонды в заданном диаметре имеют габариты, не обеспечивающие создание в трубе однородного магнитного поля. Поэтому на показания сильно влияет магнитная неоднородность металла, что снижает чувствительность к небольшим дефектам.Transverse probes in a given diameter have dimensions that do not ensure the creation of a uniform magnetic field in the pipe. Therefore, the readings are strongly influenced by the magnetic inhomogeneity of the metal, which reduces the sensitivity to small defects.

На показания зондов значительное влияние также оказывает изменение электропроводности металла трубы.The probe readings are also significantly affected by a change in the electrical conductivity of the pipe metal.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) к заявляемой полезной модели является электромагнитный дефектоскоп (Пат. РФ №2372478, опубл. 10.10.09), который позволяет исключать смешивание сигналов от «передней» и «задней» стенок трубы, увеличить чувствительность к малым дефектам. В известном электромагнитном скважинном дефектоскопе, содержащем корпус, блок электроники, генераторную катушку индуктивности зонда, ось которого совпадает с осью скважины, и не менее трех измерительных катушек индуктивности, расположенных по периметру зонда с магнитными осями, направленными перпендикулярно его оси, генераторная катушка индуктивности, возбуждается подачей периодических импульсов тока с заданной длительностью.The closest in technical essence (prototype) to the claimed utility model is an electromagnetic flaw detector (Pat. RF No. 2372478, publ. 10.10.09), which eliminates the mixing of signals from the "front" and "back" walls of the pipe, increase the sensitivity to small defects . In a known electromagnetic borehole flaw detector containing a housing, an electronics unit, a probe inductor, the axis of which coincides with the axis of the well, and at least three measuring inductors located along the perimeter of the probe with magnetic axes perpendicular to its axis, the generator inductor is excited by supplying periodic current pulses with a given duration.

Недостатком данного решения является то, что магнитные силовые линии приемной катушки 3 замыкаются через магнитопровод 2 генераторной катушки 1, что снижает чувствительность к малым дефектам (фиг. 1).The disadvantage of this solution is that the magnetic power lines of the receiving coil 3 are closed through the magnetic circuit 2 of the generator coil 1, which reduces the sensitivity to small defects (Fig. 1).

Чем длиннее сердечник (магнитопровод) 2, тем больше «размазывается» вторичное магнитное поле, что уменьшает разрешающую способность дефектоскопа, в результате чего снижается информативность измерений.The longer the core (magnetic core) 2, the more the secondary magnetic field is “smeared”, which reduces the resolution of the flaw detector, as a result of which the information content of the measurements decreases.

Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения чувствительности зонда к малым дефектам, что повышает информативность измерений.The proposed utility model solves the problem of increasing the sensitivity of the probe to small defects, which increases the information content of the measurements.

Указанная задача решается тем, что в электромагнитном скважинном дефектоскопе, содержащем корпус зонда, блок электроники, генераторную катушку индуктивности, ось которой совпадает с осью скважины, и не менее трех измерительных катушек индуктивности, расположенных по периметру зонда и с магнитными осями, направленными перпендикулярно его оси, для концентрации силовых линий вторичного магнитного поля между генераторной катушкой индуктивности и каждой измерительной катушкой индуктивности установлен магнитный экран.This problem is solved in that in an electromagnetic borehole flaw detector containing a probe body, an electronics unit, a generator inductor, the axis of which coincides with the axis of the well, and at least three measuring inductors located along the probe perimeter and with magnetic axes perpendicular to its axis , for the concentration of the lines of force of the secondary magnetic field between the generator inductor and each measuring inductor installed magnetic screen.

На фиг. 1 - приведен пример распределение силовых линий магнитного поля для прототипа.In FIG. 1 - an example distribution of magnetic field lines for a prototype.

На фиг. 2 - приведен пример распределение силовых линий магнитного поля для предлагаемой полезной модели.In FIG. 2 - an example of the distribution of magnetic field lines for the proposed utility model.

На фиг. 3 - изображен разрез в плоскости A зонда.In FIG. 3 - shows a section in the plane A of the probe.

На фиг. 4 - представлена запись диаграммы спада возбуждаемого тока.In FIG. 4 - presents a diagram of the decay of the excited current.

На фиг. 5 - дана структурная схема дефектоскопа.In FIG. 5 - a structural diagram of the flaw detector is given.

На фиг. 6 - приведен пример сравнения результатов измерений с помощью известного прибора по прототипу и с помощью заявляемого зонда в модельной колонне.In FIG. 6 is an example of comparing measurement results using a known device of the prototype and using the inventive probe in a model column.

Заявляемый электромагнитный скважинный дефектоскоп содержит:The inventive electromagnetic borehole flaw detector contains:

продольную генераторную катушку индуктивности 1 зонда со стержнем из магнитопровода 2, магнитная ось M_z которой совпадает с осью скважины и направлена вдоль зонда, измерительные катушки индуктивности 3, расположенные по периметру зонда, с магнитными осями M_r, направленными перпендикулярно его оси, магнитные экраны 4 между генераторной катушкой индуктивности 1 и каждой измерительной катушкой индуктивности 3.a longitudinal generator inductor 1 of the probe with a core of magnetic core 2, the magnetic axis M _{z of} which coincides with the axis of the well and is directed along the probe, measuring inductors 3 located along the perimeter of the probe, with magnetic axes M _r directed perpendicular to its axis, magnetic shields 4 between the generator inductor 1 and each measuring inductor 3.

Корпус 5 зонда установлен внутри колоны 6 (фиг.3). Продольная генераторная катушка индуктивности 1 имеет вытянутую вдоль оси зонда форму. Количество измерительных катушек 3, расположенных по периметру зонда, определяется диаметром зонда и габаритами каждой катушки.The probe body 5 is mounted inside the column 6 (FIG. 3). The longitudinal generator inductor 1 has an elongated shape along the axis of the probe. The number of measuring coils 3 located along the perimeter of the probe is determined by the diameter of the probe and the dimensions of each coil.

Поз. 7 - направление вихревых токов в колонне 6.Pos. 7 - direction of eddy currents in the column 6.

Поз. 8 - направление силовых линий магнитного поля.Pos. 8 - direction of the magnetic field lines.

Согласно структурной схеме дефектоскопа (фиг.5) к каротажному кабелю (20) через элементы развязки 9 подключены стабилизатор 10 с источником питания 11 генераторной катушки индуктивности 1 и с источником вторичного питания 12, а также - передатчик 13, контроллер связи 14 (содержащий набор стандартных микросхем, подобранных для решения конкретных задач), имеющий двустороннюю связь управления и приема сигналов с измерительным блоком 15, который подключен к измерительным катушкам индуктивности 3 и включает усилитель, АЦП - аналогово-цифровой преобразователь.According to the structural diagram of the flaw detector (Fig. 5), a stabilizer 10 is connected to the logging cable (20) through isolation elements 9 with a power source 11 of the inductor 1 and with a secondary power source 12, as well as a transmitter 13, a communication controller 14 (containing a set of standard microcircuits selected to solve specific problems), which has a two-way communication of control and reception of signals with the measuring unit 15, which is connected to the measuring coils of inductance 3 and includes an amplifier, ADC - analog-to-digital conversion Vatel.

Поз. 16 - диаграмма измерений прибором по прототипу, 17 - диаграмма измерений предложенным зондом в модельной колонне, где: 18 - отверстия диаметром от 15 до 50 мм, а 19 - углубления от 3 до 5 мм.Pos. 16 is a measurement diagram of the device according to the prototype, 17 is a measurement diagram of the proposed probe in a model column, where: 18 are holes with a diameter of 15 to 50 mm, and 19 are recesses from 3 to 5 mm.

Дефектоскоп работает следующим образом.Flaw detector works as follows.

По генераторной катушке индуктивности 1 пропускают импульс тока намагничивания амплитудой J, с одинаковой длительностью τ₀ в диапазоне 1÷100 мс (фиг.4), который возбуждает в окружающей стальной трубе 6 вихревые токи 7. В измерительных катушках 3 регистрируется э. д. с.переходных процессов как функция времени t. Блок измерительный 15 под управлением контроллера связи 14 разделяет во времени сигналы от измерительных катушек 3, усиливает и оцифровывает их, и по линиям приема сигналов через контроллер связи 14 передает в передатчик 13, который по каротажному кабелю 20 передает данные на поверхность.A magnetizing current pulse of amplitude J, with the same duration τ ₀ in the range 1 ÷ 100 ms (Fig. 4), which excites eddy currents 7 in the surrounding steel pipe 6, is passed through the generator inductor 1. d.s. transition processes as a function of time t. The measuring unit 15, under the control of the communication controller 14, separates the signals from the measuring coils 3 in time, amplifies and digitizes them, and transmits it to the transmitter 13 via the signal reception lines through the communication controller 14, which transmits data to the surface via a wireline cable 20.

Временное разделение сигнала позволяет получить измерения как функцию радиуса исследования. На ранних временах нестационарный сигнал определяется только свойствами внутренней поверхности, с увеличением времени электромагнитное поле проникает внутрь металла колонны 6.Temporal separation of the signal allows to obtain measurements as a function of the radius of the study. In the early days, an unsteady signal is determined only by the properties of the inner surface, with increasing time, the electromagnetic field penetrates the metal of the column 6.

Использование в качестве генераторной катушки индуктивности 1 соленоида определенной длины (примерно равной диаметру исследуемой трубы) с магнитной осью (магнитным моментом), направленным по оси колонны (вдоль зонда), а также расположение магнитных осей измерительных катушек индуктивности 3 перпендикулярно стенкам колонны, и магнитного экрана между генераторной катушкой индуктивности и каждой измерительной катушкой индуктивности обеспечивает максимальное соотношение аномалий против дефекта к величине аномалий фона, обусловленных электромагнитными неоднородностями металла (удельной электропроводности σ и магнитной проницаемостью µ,), так как сигнал в данной системе измерений пропорционален разности продольных и поперечных электромагнитных свойств. То есть в результирующем сигнале аномалии, вызванные неоднородностью электромагнитных свойств, вычитаются.Using as a generator inductance coil 1 a solenoid of a certain length (approximately equal to the diameter of the studied pipe) with a magnetic axis (magnetic moment) directed along the axis of the column (along the probe), as well as the location of the magnetic axes of the measuring inductance coils 3 perpendicular to the walls of the column, and a magnetic screen between the generator inductor and each measuring inductor provides the maximum ratio of anomalies against the defect to the magnitude of the background anomalies due to ektromagnitnymi metal inhomogeneities (conductivity σ and a magnetic permeability μ,), since the signal in the system measurement proportional to the difference of the longitudinal and transverse electromagnetic properties. That is, in the resulting signal, anomalies caused by the heterogeneity of the electromagnetic properties are subtracted.

На фиг.6 приведен пример сравнения измерений прибором по прототипу - диаграмма 16 и предложенным зондом согласно полезной модели - диаграмма 17 в модельной колонне, где 18 - отверстия диаметром от 15 до 50 мм и 19 - углубления от 3 до 5 мм.Figure 6 shows an example of comparing measurements with the device according to the prototype — diagram 16 and the proposed probe according to the utility model — diagram 17 in the model column, where 18 are holes with a diameter of 15 to 50 mm and 19 are recesses from 3 to 5 mm.

На фигуре видно, что амплитуда диаграммы 17 более вытянута, чем диаграммы 16.The figure shows that the amplitude of the diagram 17 is more elongated than the diagram 16.

Магнитные экраны 4 позволяют повысить разрешающую способность к магнитным дефектам, благодаря тому, что они фиксируют магнитные силовые линии 8 в окрестности каждой измерительной катушки 3 и уменьшают влияние магнитопровода 2 генераторной катушки 1 на разрешающую способность измерительной катушки. Таким образом, магнитный экран используется как концентратор вторичного магнитного поля в зоне измерительной катушки и исключает влияние магнитопровода генераторной катушки. Концентрация вторичного магнитного поля с помощью магнитных экранов позволяет обеспечить локализацию указанных полей в зоне измерительной катушки и повысить разрешающую способность дефектоскопа.Magnetic screens 4 can increase the resolution of magnetic defects, due to the fact that they fix the magnetic lines of force 8 in the vicinity of each measuring coil 3 and reduce the influence of the magnetic circuit 2 of the generator coil 1 on the resolution of the measuring coil. Thus, the magnetic screen is used as a concentrator of the secondary magnetic field in the zone of the measuring coil and eliminates the influence of the magnetic circuit of the generator coil. The concentration of the secondary magnetic field using magnetic screens allows you to provide localization of these fields in the area of the measuring coil and to increase the resolution of the flaw detector.

Claims

An electromagnetic borehole flaw detector comprising a probe body and an electronics unit located therein, a generator inductor with a magnetic axis directed along the axis of the well, at least three measuring inductors placed along the perimeter of the probe with magnetic axes perpendicular to the axis of the probe, characterized in that for the concentration of the lines of force of the secondary magnetic field between the generator inductor and each measuring inductor is installed a magnetic screen.