RU2250372C1

RU2250372C1 - Electromagnetic well defect detector

Info

Publication number: RU2250372C1
Application number: RU2003124913/03A
Authority: RU
Inventors: В.И. Шамшин (RU); В.И. Шамшин; В.Н. Даниленко (RU); В.Н. Даниленко; нзин А.Н. На (RU); А.Н. Наянзин; Н.М. Шевченко (RU); Н.М. Шевченко; В.В. Даниленко (RU); В.В. Даниленко; С.В. Латунов (RU); С.В. Латунов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС")
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-04-20
Also published as: RU2003124913A

Abstract

FIELD: geophysics.

SUBSTANCE: device has non-magnetic body, electronic block, longitudinal and transverse probes with inductive coils, each of which has generator and receiver windings, while transverse probe has no less than three inductive coils, positioned along perimeter of central ferromagnetic core.

EFFECT: higher efficiency.

4 dwg

Description

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано для контроля технического состояния эксплуатационных и технических колонн, насосно-компрессорных труб в скважинах нефтяных и газовых месторождений.The invention relates to geophysical research in wells and can be used to monitor the technical condition of production and technical columns, tubing in wells of oil and gas fields.

Известно устройство для фиксации муфт обсадной колонны вдоль ее длины, а также определения размеров таких муфт, включающее генераторную и измерительную катушку индуктивности, генератор электромагнитных импульсов, каротажный кабель и регистрирующую аппаратуру (патент США № 4736298, кл. G 01 V 1/40, 1986). Недостатком устройства является низкая чувствительность к дефектам малой длины вдоль оси прибора.A device for fixing the casing collars along its length, as well as determining the dimensions of such couplings, including a generator and measuring inductor, electromagnetic pulse generator, wireline cable and recording equipment (US patent No. 4736298, CL G 01 V 1/40, 1986 ) The disadvantage of this device is its low sensitivity to short defects along the axis of the device.

Известна также аппаратура электромагнитной дефектоскопии и толщинометрии, основанная на изучении вихревого электромагнитного поля, возбуждаемого генераторной катушкой индуктивности, через которую пропускают чередующиеся паузами импульсы тока. Катушка помещена внутрь системы обсадных и насосно-компрессорных труб. Характеристики этого поля зависят от толщины стенок труб, диаметра труб, а также от устройства применяемого зонда (патент РФ № 2074314, М. кл. Е 21 В 47/00, 47/12, 1996 г.).The equipment of electromagnetic defectoscopy and thickness gauging is also known, based on the study of a vortex electromagnetic field excited by a generator inductor, through which current pulses alternating pauses are passed. The coil is placed inside the casing and tubing system. The characteristics of this field depend on the wall thickness of the pipes, the diameter of the pipes, as well as on the device of the probe used (RF patent No. 2074314, M. cl. E 21 B 47/00, 47/12, 1996).

Применяемые в указанной аппаратуре продольные зонды позволяют проводить толщинометрию и дефектоскопию одно- и двухколонных конструкций скважин. Но продольные зонды решают задачи измерения толщины труб и обнаружения продольных дефектов (вдоль оси скважины). В то же время задачу обнаружения поперечных дефектов они не решают.The longitudinal probes used in the indicated equipment make it possible to perform thickness and flaw detection of one- and two-column well designs. But longitudinal probes solve the problem of measuring pipe thickness and detecting longitudinal defects (along the axis of the well). At the same time, they do not solve the problem of detecting transverse defects.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является многозондовый цифровой электромагнитный дефектоскоп-толщиномер, который был разработан во ВНИИГИС и реализован в виде модификаций ЕМДС (В.К.Теплухин, А.В.Миллер, В.А.Сидоров. Многозондовый цифровой электромагнитный дефектоскоп-толщиномер //Новая геофизическая техника для исследования бурящихся и действующих вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин: Тезисы докладов международного симпозиума, Уфа, 23-24 апреля, 1997. - С.29-30). В скважинном приборе содержится группа зондов с различной ориентацией катушек относительно оси зонда. Это позволяет выделять дефекты трещинного типа любого направления.The closest in technical essence to the claimed invention is a multi-probe digital electromagnetic flaw detector thickness gauge, which was developed at VNIIGIS and implemented in the form of modifications of the EMDS (V. K. Teplukhin, A. V. Miller, V. A. Sidorov. Multi-probe digital electromagnetic flaw detector thickness gauge // New geophysical equipment for the study of drilled and existing vertical, deviated and horizontal wells: Abstracts of the international symposium, Ufa, April 23-24, 1997. - P.29-30). The downhole tool contains a group of probes with different orientation of the coils relative to the axis of the probe. This makes it possible to identify crack type defects of any direction.

Применяемый в прототипе поперечный зонд (Фиг.1) имеет две центрально расположенные катушки индуктивности 1 и 2, оси которых перпендикулярны оси корпуса прибора 3 и ортогональны друг другу. При симметричном расположении прибора относительно задней и передней стенки колонны 4а, 4б (Фиг.2) силовые линии магнитного поля 5 расположены так же симметрично, как показано на фиг.2 для отдельно взятой обмотки 2 в разрезе трубы 4. Поперечный зонд хорошо чувствует поперечные дефекты труб. На фиг.2 показана отдельно взятая обмотка в разрезе трубы и расположение силовых линий магнитного поля. Однако поперечные зонды, применяемые в этой аппаратуре, имеют ряд недостатков:Used in the prototype transverse probe (Figure 1) has two centrally located inductors 1 and 2, the axes of which are perpendicular to the axis of the housing 3 and orthogonal to each other. With a symmetrical arrangement of the device relative to the rear and front walls of the columns 4a, 4b (FIG. 2), the magnetic field lines 5 are located symmetrically as shown in FIG. 2 for a single winding 2 in the section of the pipe 4. The transverse probe senses transverse defects well pipes. Figure 2 shows a single winding in the context of the pipe and the location of the magnetic field lines. However, the transverse probes used in this equipment have several disadvantages:

1. При расцентровке прибора или появлении дефекта поле становится несимметричным. Так как каждая обмотка чувствует “переднюю” и “заднюю” стенку трубы, интерпретация результатов становится сложной. На фиг.3 изображен эффект изменения магнитного поля при расцентровке прибора или появлении дефекта.1. When the instrument is misaligned or a defect appears, the field becomes asymmetric. Since each winding feels the “front” and “back” wall of the pipe, the interpretation of the results becomes difficult. Figure 3 shows the effect of changes in the magnetic field during misalignment of the device or the appearance of a defect.

2. Результат измерения сильно зависит от положения обмоток относительно дефекта. При повторных записях, когда прибор повернулся и положение обмоток поперечного зонда относительно дефекта изменилось, результат не повторяется.2. The measurement result is highly dependent on the position of the windings relative to the defect. When re-recording, when the device turned and the position of the transverse probe windings relative to the defect changed, the result is not repeated.

Предлагаемое изобретение позволит намного облегчить интерпретацию получаемой информации, так как исключается смешивание сигналов от “передней” и “задней” стенок трубы, а каждая из обмоток поперечного зонда работает только со своим сектором измеряемой колонны. При повторных записях поворот прибора приведет только к переходу аномалии от дефекта в другой сектор, что несложно для восприятия.The present invention will greatly facilitate the interpretation of the information obtained, since mixing signals from the “front” and “rear” walls of the pipe is excluded, and each of the windings of the transverse probe only works with its sector of the measured column. During repeated recordings, turning the device will only lead to the transition of the anomaly from the defect to another sector, which is not difficult for perception.

Для решения этой задачи в предлагаемом электромагнитном скважинном дефектоскопе, содержащем немагнитный корпус, электронный блок, продольный и поперечный зонды с катушками индуктивности, каждая из которых включает в себя генераторную и приемную обмотки, для облегчения обнаружения и интерпретации дефектов, улучшения разрешающей способности аппаратуры, поперечный зонд имеет не менее трех катушек индуктивности, расположенных по периметру центрального ферромагнитного сердечника.To solve this problem, the proposed electromagnetic borehole flaw detector containing a non-magnetic body, an electronic unit, longitudinal and transverse probes with inductors, each of which includes a generator and receiving windings, to facilitate the detection and interpretation of defects, improve the resolution of the equipment, a transverse probe has at least three inductors located along the perimeter of the central ferromagnetic core.

На Фиг.4 показано сечение предлагаемого поперечного зонда, в котором используются 4 катушки индуктивности. Чтобы исключить влияние “задней” стенки трубы, между катушками 6, 7, 8, 9 установлен ферромагнитный сердечник 10, служащий экраном. В результате мы получаем зонд с 4-мя катушками, каждая из которых отвечает за свой сектор поверхности трубы. Каждая из катушек 6, 7, 8, 9 включает в себя две обмотки: генераторную, которая наматывается толстым проводом для пропускания большого тока, и приемную, имеющую многократно большее количество витков, намотанных тонким проводом. С ее помощью на основе трансформаторного эффекта сигнал генераторной обмотки усиливается для подачи на вход измерительной схемы, что позволяет улучшить соотношение сигнал/шум. Такое расположение катушек позволяет максимально приблизить их к стенке трубы.Figure 4 shows a cross section of the proposed transverse probe, which uses 4 inductors. To exclude the influence of the “back” wall of the pipe, a ferromagnetic core 10, which serves as a screen, is installed between the coils 6, 7, 8, 9. As a result, we get a probe with 4 coils, each of which is responsible for its sector of the pipe surface. Each of the coils 6, 7, 8, 9 includes two windings: a generator winding, which is wound with a thick wire to pass a large current, and a receiving one, which has a much larger number of turns wound with a thin wire. With its help, based on the transformer effect, the signal of the generator winding is amplified to supply a measuring circuit to the input, which allows to improve the signal-to-noise ratio. This arrangement of coils allows them to be brought closer to the pipe wall.

Выбор количества катушек определяется условиями применения прибора, а именно его диаметром. При разработке аппаратуры малого диаметра (36, 42, 45 мм) используется минимальное количество катушек, достаточное для определения положения зонда в трубе - 3 шт. При разработке аппаратуры большого диаметра количество катушек может быть увеличено, и становится возможным измерение большего количества секторов.The choice of the number of coils is determined by the conditions of use of the device, namely its diameter. When developing equipment of small diameter (36, 42, 45 mm), the minimum number of coils sufficient to determine the position of the probe in the pipe is used - 3 pcs. When developing large diameter equipment, the number of coils can be increased, and it becomes possible to measure more sectors.

Дефектоскоп работает в следующей последовательности. По генераторным обмоткам пропускается импульс тока, возбуждающий в изучаемой колонне вихревые токи. Запись производится по окончании разгонного токового импульса, в режиме торможения. Получаемые в приемных обмотках сигналы имеют форму экспоненциальных спадов и несут в себе информацию как о расстоянии от катушки до стенки колонны, так и о характеристиках колонны.The flaw detector operates in the following sequence. A current pulse is passed through the generator windings, exciting eddy currents in the studied column. Recording is done at the end of the accelerating current pulse, in braking mode. The signals received in the receiving windings are in the form of exponential decays and carry information both about the distance from the coil to the column wall and about the characteristics of the column.

При движении по скважине в зоне дефектов, таких как трещины, перфорационные отверстия, коррозионные язвы, в каждом из секторов наблюдается специфическая картина. Сопоставляя измерения разных секторов, можно выделить характерные случаи:When moving down the well in the area of defects, such as cracks, perforations, and corrosion ulcers, a specific pattern is observed in each of the sectors. Comparing the measurements of different sectors, we can distinguish characteristic cases:

- аномалия в одном из секторов (несимметричный дефект);- an anomaly in one of the sectors (asymmetric defect);

- одинаковые аномалии во всех секторах (симметричный дефект, проточка, разрыв, муфта, изменение диаметра трубы);- identical anomalies in all sectors (symmetrical defect, groove, rupture, coupling, change in pipe diameter);

- аномалии во всех секторах, разнополярные (расцентровка прибора).- Anomalies in all sectors, bipolar (instrument alignment).

Измерения с помощью предлагаемого дефектоскопа позволяют определить положение прибора в колонне и внести поправки в измерения продольного зонда, отвечающего за толщинометрию. В результате применения предлагаемого дефектоскопа появляется новое качество измерений, которое позволяет уверенно обнаруживать и квалифицировать дефекты. Кроме того, становится возможным обнаружение дефектов с меньшими размерами, недоступных для аппаратуры с обычными зондами.Measurements using the proposed flaw detector allow you to determine the position of the device in the column and make corrections to the measurements of the longitudinal probe, which is responsible for thickness gauge. As a result of using the proposed flaw detector, a new quality of measurements appears, which allows you to confidently detect and qualify defects. In addition, it becomes possible to detect defects with smaller sizes, inaccessible to equipment with conventional probes.

Claims

An electromagnetic well detector containing a non-magnetic body, an electronic unit, longitudinal and transverse probes with inductors, each of which includes a generator and receiving windings, characterized in that the transverse probe has at least three inductors located along the perimeter of the central ferromagnetic core.