RU139674U1

RU139674U1 - Borehole Electromagnetic DEFECTOSCOPE THICKNESS

Info

Publication number: RU139674U1
Application number: RU2013135574/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Кузьмич Ткаченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "Литосфера" (ООО НПФ "Литосфера")
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-04-20

Abstract

1. Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер, содержащий генераторную систему, включающую катушку индуктивности (катушка), биполярный генератор с устройством управления, измерительную систему, включающую усилитель сигнала, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, кодирующее устройство, отличающийся тем, что катушка снабжена коммутатором, управляемым микропроцессором и установленным с возможностью поочередного подключения катушки к генераторной системе или к измерительной системе, при этом коммутатор одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление с биполярным генератором, а другим выходом - через шунтирующее сопротивление с усилителем сигнала измерительной системы.2. Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер по п.1, отличающийся тем, что указанный усилитель состоит из четырех каскадов усиления, выходы которых подключены к автоматическому переключателю коэффициента усиления, выход которого соединен с устройством выборки и хранения сигнала, а вход - с микропроцессором.1. A downhole electromagnetic flaw detector-thickness gauge, containing a generator system, including an inductor (coil), a bipolar generator with a control device, a measuring system, including a signal amplifier, a signal sampling and storage device, an analog-to-digital converter, a microprocessor, an encoder, characterized in that that the coil is equipped with a switch controlled by a microprocessor and installed with the possibility of alternately connecting the coil to the generator system or to the measuring system, while the switch is connected through a shunt resistance to a bipolar generator at one output, and through a shunt resistance to the signal amplifier of the measuring system.2 . A downhole electromagnetic flaw detector-thickness gauge according to claim 1, characterized in that said amplifier consists of four amplification stages, the outputs of which are connected to an automatic gain switch, the output of which is connected to a signal sampling and storage device, and the input to a microprocessor.

Description

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и может быть использована для электромагнитной дефектоскопии многоколонных металлических труб, спущенных в скважину, а также для одновременного измерения толщины стенок отдельной трубы.The utility model relates to the field of geophysical research of wells and can be used for electromagnetic defectoscopy of multicolumn metal pipes lowered into the well, as well as for simultaneous measurement of the wall thickness of an individual pipe.

Известен способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах, заключающийся в измерении ЭДС, наведенной в измерительной катушке вихревыми токами, возбуждаемыми в стальных обсадных или насосно-компрессорных трубах процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующим импульсом тока намагничивания в генераторной катушке, при этом для возбуждения генераторной катушки используют чередование импульсов тока различной длительности в диапазоне от 10 до 200 мс через каждые 200 мс. Выбор диапазонов позволяет производить диагностику труб малого или большого диаметра с одновременным вычислением толщины стенок каждой из труб (пат. РФ №2364719, E21B 47/08, G01N 27/90, приор. 14.11.2007, публ. 20.08.2009).A known method of electromagnetic defectoscopy in multicore wells, which consists in measuring the EMF induced in the measuring coil by eddy currents excited in steel casing or tubing by the process of decay of the electromagnetic field caused by a probe magnetizing current pulse in the generator coil, is used to excite the generator coil alternating current pulses of various durations in the range from 10 to 200 ms every 200 ms. The choice of ranges allows you to diagnose pipes of small or large diameter with the simultaneous calculation of the wall thickness of each of the pipes (US Pat. RF No. 2364719, E21B 47/08, G01N 27/90, prior. 11/14/2007, publ. 08/20/2009).

Известно устройство для электромагнитной дефектоскопии колонны обсадных металлических труб, в котором для возбуждения генераторной катушки используют чередование импульсов тока.A device for electromagnetic flaw detection of a casing string of metal pipes is known, in which an alternation of current pulses is used to excite a generator coil.

Известное устройство содержит генераторную систему с генераторными катушками индуктивности, двухполярным генератором и таймером, измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и предусилителем, скважинный усилитель, соединенный с узлом передачи сигнала по кабелю, на выходах которого расположены наземный усилитель и устройство управления, соединенные со стробирующим устройством, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистратор, соединенные между собой, которое дополнительно содержит автоматический переключатель коэффициента усиления, вход которого подключен к выходам измерительной системы и таймера, а выход соединен с входом скважинного усилителя, и интегратор, состоящий из набора резисторов, коммутирующих электронных ключей, операционного усилителя и конденсатора с ключом сброса напряжения. Выход стробирующего устройства подключен к входу набора резисторов, коммутируемых электронными ключами, которые подсоединены к первому выходу устройства управления, второй выход которого соединен с входом ключей сброса напряжения, в цепь обратной связи операционного усилителя, соединенного с набором резисторов, подключены конденсатор и ключ сброса напряжения, выход операционного усилителя соединен с входом устройства выборки и хранения (пат. РФ №2074314, приор. 22.03.96, публ. 27.02.97).The known device comprises a generator system with generator inductors, a bipolar generator and a timer, a measuring system with measuring inductors and a preamplifier, a downhole amplifier connected to a signal transmission unit via cable, at the outputs of which are a ground-based amplifier and a control device connected to a gating device, signal sampling and storage device, analog-to-digital converter, interconnected digital recorder, which complement It contains an automatic gain factor switch, the input of which is connected to the outputs of the measuring system and timer, and the output is connected to the input of the downhole amplifier, and an integrator consisting of a set of resistors, switching electronic keys, an operational amplifier and a capacitor with a voltage reset switch. The output of the gating device is connected to the input of a set of resistors switched by electronic keys, which are connected to the first output of the control device, the second output of which is connected to the input of the voltage reset keys, a capacitor and a voltage reset key are connected to the feedback circuit of the operational amplifier connected to the set of resistors, the output of the operational amplifier is connected to the input of the sampling and storage device (US Pat. RF No. 2074314, prior. 22.03.96, publ. 27.02.97).

Недостаток известного устройства заключается в следующем.A disadvantage of the known device is as follows.

Поскольку здесь используются несколько генераторных и измерительных катушек, то при работе возникает повышенная индуктивность системы из-за большого количества витков нескольких катушек, В результате чего происходит увеличение времени собственного переходного процесса затухания магнитного поля, что снижает точность определения толщины стенки колонны и измерения дефектов малых размеров.Since several generator and measuring coils are used here, during operation an increased inductance of the system occurs due to the large number of turns of several coils. As a result, the time of the intrinsic transient attenuation of the magnetic field increases, which reduces the accuracy of determining the wall thickness of the column and measuring small defects .

Задачей полезной модели является повышение точности определения толщины стенки колонны и измерения дефектов малых размеров за счет уменьшения индуктивности системы и снижения времени собственного переходного процесса затухания магнитного поля, что позволяет обеспечить регистрацию ЭДС токов колонны на ранних временах (1-5 мс).The objective of the utility model is to increase the accuracy of determining the wall thickness of the column and measuring defects of small sizes by reducing the inductance of the system and reducing the time of its own transient attenuation of the magnetic field, which allows the EMF of the currents of the column to be recorded at early times (1-5 ms).

Поставленная цель достигается тем, что в скважинном электромагнитном дефектоскопе-толщиномере, содержащем генераторную систему, включающую катушку индуктивности (катушка), биполярный генератор с устройством управления, измерительную систему, включающую усилитель сигнала, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, кодирующее устройство, катушка снабжена коммутатором, управляемым микропроцессором и установленным с возможностью поочередного подключения катушки к генераторной системе или к измерительной системе, при этом коммутатор одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление с биполярным генератором, а другим выходом соединен через шунтирующее сопротивление с усилителем измерительной системы. Кроме того, указанный усилитель состоит из четырех каскадов усиления, выходы которых подключены к автоматическому переключателю коэффициента усиления, выход которого соединен с устройством выборки и хранения сигнала, а вход - с микропроцессором.This goal is achieved by the fact that in a borehole electromagnetic flaw detector-thickness gauge containing a generator system including an inductor (coil), a bipolar generator with a control device, a measuring system including a signal amplifier, a device for sampling and storing a signal, an analog-to-digital converter, a microprocessor, encoder, coil equipped with a switch controlled by a microprocessor and installed with the possibility of alternately connecting the coil to the generator system or the measuring system, the one switch output is connected across a shunt resistor with bipolar generator, and the other output is connected through the shunt resistor to the amplifier of the measuring system. In addition, this amplifier consists of four amplification stages, the outputs of which are connected to an automatic gain factor switch, the output of which is connected to a signal sampling and storage device, and the input to a microprocessor.

На фигуре представлена структурная схема заявленного устройства.The figure shows a structural diagram of the claimed device.

Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер содержит катушку индуктивности 1 (катушка), которая снабжена коммутатором 2, своим входом соединенным с микропроцессором (12). При этом коммутатор 2 одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление 3 с биполярным генератором 4 (генератор), а другим выходом - через шунтирующее сопротивление 5 с измерительной системой, содержащей усилитель сигнала, состоящий из четырех каскадов усиления 6, 7, 8, 9, выходы которых подключены к автоматическому переключателю коэффициента усиления 10, выход которого соединен с устройством выборки и хранения сигнала 11, а вход - с микропроцессором 12, первый выход которого соединен с устройством управления 13 биполярным генератором 4, второй выход - с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 14, третий выход - с автоматическим переключателем коэффициента усиления 10, а четвертый выход - с кодирующим устройством 15, подключенным к узлу передачи сигнала по кабелю 16, передающему сигналы на наземный регистратор 17.The downhole electromagnetic flaw detector-thickness gauge contains an inductor 1 (coil), which is equipped with a switch 2, its input connected to a microprocessor (12). In this case, the switch 2 is connected through a shunt resistance 3 to a bipolar generator 4 (generator) through one output, and through a shunt resistance 5 with a measuring system containing a signal amplifier consisting of four amplification stages 6, 7, 8, 9, whose outputs are outputs connected to the automatic switch of the gain factor 10, the output of which is connected to the device for sampling and storing the signal 11, and the input is connected to the microprocessor 12, the first output of which is connected to the control device 13 of the bipolar generator 4, second th output - to analog-to-digital converter (ADC) 14, a third output - with automatic gain switch 10, and a fourth output - with an encoder 15 connected to the transmission assembly through the cable 16 transmitting the signals to the ground recorder 17.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Известные методы скважинной электромагнитной дефектоскопии металлических труб, например расположенных в скважине (стальных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб), предусматривают зондирование с помощью биполярного генератора, который вырабатывает чередующиеся паузами импульсы тока, которые пропускаются по генераторной катушке индуктивности, переменное электромагнитное поле которой возбуждает в окружающих стальных трубах вихревые токи, магнитное поле которых регистрируется измерительной катушкой.Well-known methods of borehole electromagnetic defectoscopy of metal pipes, for example, located in a well (steel drill, casing and tubing), include probing using a bipolar generator, which generates alternating pauses of current pulses that are passed through the generator inductor, the alternating electromagnetic field of which excites eddy currents in the surrounding steel pipes whose magnetic field is detected by a measuring coil.

Регистрация измерительной катушкой происходит в момент, когда наступает пауза между зондирующими импульсами пропускаемого по генераторной катушке индуктивности тока.Registration by the measuring coil occurs at the moment when there is a pause between the probe pulses of the current flowing through the generator coil.

Такое чередование подачи тока и измерения во время паузы зондирующими импульсами позволило в заявленном техническом решении использовать индуктивную катушку в качестве измерительной катушки путем подключения к катушке 1 коммутатора 2, обеспечивающего поочередное подсоединение катушки к генераторной системе или к измерительной системе.Such alternation of current supply and measurement during a pause by probing pulses made it possible in the claimed technical solution to use an inductive coil as a measuring coil by connecting to switch 1 coil 1, which provides alternating connection of the coil to the generator system or to the measuring system.

Коммутатор 2 представляет собой электронное устройство, управляемое микропроцессором 12, вырабатывающим импульсы управления ключами коммутатора, которые в заданное время подключают катушку 1 к генераторной системе, а в момент выключения зондирующего импульса -к измерительной системе.The switch 2 is an electronic device controlled by a microprocessor 12 that generates control pulses of the switch keys, which at a given time connect the coil 1 to the generator system, and at the time of switching off the probe pulse to the measuring system.

По команде микропроцессора 12 ключ коммутатора 2 соединяет катушку 1 через шунтирующее сопротивление 3 с генератором 4. В это время катушка 1 выполняет роль генераторной катушки индуктивности, создающей излучение зондирующего импульса, возбуждающего переменное электромагнитное поле в исследуемых стальных трубах.At the command of the microprocessor 12, the switch key 2 connects the coil 1 through the shunt resistance 3 to the generator 4. At this time, the coil 1 acts as a generator inductor, which generates the radiation of the probe pulse, exciting an alternating electromagnetic field in the studied steel pipes.

При наступлении паузы излучения зондирующего импульса ключ коммутатора 2 отсоединяет катушку 1 от генератора 4 и соединяет ее с измерительной системой через шунтирующее сопротивление 5 с усилителем сигнала 6, 7, 8, 9. Далее усиленный сигнал подается на автоматический переключатель коэффициента усиления 10, передающий данные в устройство выборки и хранения 11. Далее сигнал передается по цепи: АЦП 14 и кодирующее устройство 15, подключенное к узлу передачи сигнала по кабелю 16, передающему сигналы на наземный регистратор 17.When there is a pause of radiation of the probe pulse, the switch key 2 disconnects the coil 1 from the generator 4 and connects it to the measuring system through a shunt resistance 5 with a signal amplifier 6, 7, 8, 9. Next, the amplified signal is fed to the automatic gain factor switch 10, which transmits data to device for sampling and storage 11. Next, the signal is transmitted through the circuit: ADC 14 and the encoding device 15 connected to the signal transmission unit via cable 16, transmitting signals to the ground-based recorder 17.

Таким образом, катушка 1 становится измерительной и воспринимает изменение магнитного поля в исследуемой трубе.Thus, the coil 1 becomes measuring and perceives a change in the magnetic field in the studied pipe.

Использование одной катушки уменьшает собственный процесс индуктивной катушки до 1 мс (происходит уменьшение индуктивности устройства), что позволяет производить измерения на более ранних сроках изменения магнитного поля и повысить точность измерения, например, повысить точность измерения толщины стенки трубы первой колонны до 0,3 мм, а толщины стенки второй колонны - до 1 мм.The use of one coil reduces the internal process of the inductive coil to 1 ms (the inductance of the device decreases), which allows measurements to be made at an earlier time of changing the magnetic field and to increase the measurement accuracy, for example, to increase the accuracy of measuring the wall thickness of the pipe of the first column to 0.3 mm, and the wall thickness of the second column is up to 1 mm.

Claims

1. A downhole electromagnetic flaw detector-thickness gauge comprising a generator system including an inductor (coil), a bipolar generator with a control device, a measuring system including a signal amplifier, a signal sampling and storage device, an analog-to-digital converter, a microprocessor, an encoding device, characterized in that the coil is equipped with a switch controlled by a microprocessor and installed with the possibility of alternately connecting the coil to the generator system or to the measuring system In this case, the switch is connected via a shunt resistance to a bipolar generator with one output, and a shunt resistance with a signal amplifier of the measuring system through another output.

2. The downhole electromagnetic flaw detector thickness gauge according to claim 1, characterized in that said amplifier consists of four amplification stages, the outputs of which are connected to an automatic gain factor switch, the output of which is connected to a signal sampling and storage device, and the input to a microprocessor.