RU2401383C1 - Method of analysing well casing inner surface - Google Patents
Method of analysing well casing inner surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2401383C1 RU2401383C1 RU2009105922/03A RU2009105922A RU2401383C1 RU 2401383 C1 RU2401383 C1 RU 2401383C1 RU 2009105922/03 A RU2009105922/03 A RU 2009105922/03A RU 2009105922 A RU2009105922 A RU 2009105922A RU 2401383 C1 RU2401383 C1 RU 2401383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- casing
- transducer
- main
- auxiliary
- profile
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований глубоких и сверхглубоких нефтегазовых скважин и предназначено для контроля технического состояния обсадных колонн в скважинах.The invention relates to the field of geophysical research of deep and superdeep oil and gas wells and is intended to control the technical condition of casing strings in wells.
Известен способ исследования профиля внутренней поверхности обсадных колонн с буровым раствором в скважине прибором радиусного метода контроля зазоров между внутренней поверхностью колонны и наружной поверхностью защитного кожуха вращающегося датчика прибора с двумя присоединенными к измерительной схеме идентичными по параметрам основным и вспомогательным трансформаторными преобразователями с полюсными наконечниками, обращенными к стенке кожуха. Этот способ впервые использованный в профилографе ЭПОК-1 (Шоц М.Б. Электромагнитный профилограф обсадных колонн ЭПОК-1. Информационный листок (межотраслевая информация) №43-76, серия 08-12. ВНИИОЭНГ, 1976. Исследование и внедрение методов и средств повышения надежности и долговечности обсадных колонн, Андрианов И.И., Козырев Ю.С., Павлов А.И. и др. - В кн.: Бурение, испытание и освоение глубоких скважин на Северном Кавказе, в Дагестане и Грузии, 1976, с.63-68. Труды СевКавНИПИнефть) по авт.свид. СССР №261318 (опубл. 04.09.72) [патенты: США №3727126, Франции №2108800 и ФРГ №2046733], предназначенном преимущественно для определения профиля внутренней поверхности и желобного износа обсадных колонн, предусматривает в процессе контроля технического состояния обсаженных скважин шунтирование полюсных наконечников вспомогательного (или иначе компенсационного) трансформаторного преобразователя ферромагнитным телом в виде пластины, размещаемой внутри кожуха. Такая реализация способа не обеспечивает необходимой точности измерений в условиях глубоких и сверхглубоких скважин из-за невозможности учета влияния внешних дестабилизирующих факторов (температуры, давления, магнитной проницаемости бурового раствора и др.) на результаты исследований. Это снижает точность определения сминающих и критических внутренних давлений изношенных обсадных труб, а также приводит к недостоверным расчетам страгивающих нагрузок на изношенные муфтовые соединения.There is a method of studying the profile of the inner surface of casing strings with drilling fluid in the well using a radial method for monitoring gaps between the inner surface of the string and the outer surface of the protective casing of the rotating sensor of the device with two main and auxiliary transformers with pole tips facing the measuring circuit that are identical and facing casing wall. This method was first used in the EPOK-1 profilograph (Shots MB Electromagnetic casing profilograph EPOK-1. Information leaflet (interindustry information) No. 43-76, series 08-12. VNIIOENG, 1976. Research and implementation of methods and tools for increasing reliability and durability of casing strings, Andrianov II, Kozyrev Yu.S., Pavlov AI, etc. - In the book: Drilling, testing and development of deep wells in the North Caucasus, Dagestan and Georgia, 1976, p. .63-68. Proceedings of SevKavNIPIneft) on autosvid. USSR No. 261318 (publ. 04.09.72) [patents: US No. 3727126, France No. 2108800 and Germany No. 2046733], intended primarily to determine the profile of the inner surface and groove wear of casing strings, provides for shunting of pole pieces in the process of monitoring the technical condition of cased holes auxiliary (or otherwise compensatory) transformer converter with a ferromagnetic body in the form of a plate placed inside the casing. Such an implementation of the method does not provide the necessary measurement accuracy in deep and ultra-deep wells due to the impossibility of taking into account the influence of external destabilizing factors (temperature, pressure, magnetic permeability of the drilling fluid, etc.) on the research results. This reduces the accuracy of determining crushing and critical internal pressures of worn casing pipes, and also leads to unreliable calculations of straining loads on worn coupling joints.
Известен также способ исследования обсадных колонн в скважине по авт.свид. СССР №1286758 (заявл. 17.04.85), обеспечивающий выявление желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом путем использования вспомогательного трансформаторного преобразователя датчика в режиме второго измерительного преобразователя, аналогичного основному, при диаметрально противоположной их установке внутри кожуха. Этот способ также не позволяет получить высокую точность измерений из-за нестабильности параметров преобразователей при изменении температуры окружающей среды. Другим его недостатком является привнесение в результаты определения внутреннего диаметра обсадных колонн дополнительной погрешности при наличии у преобразователей погрешностей одного знака.There is also a method of researching casing strings in a well by autosvid. USSR No. 1286758 (declared. 04.17.85), which provides the identification of trough-shaped workings and the degree of wear of the casing by a drilling tool by using an auxiliary transformer transducer of the sensor in the mode of a second measuring transducer, similar to the main one, when diametrically opposite to their installation inside the casing. This method also does not allow to obtain high measurement accuracy due to the instability of the parameters of the transducers when the ambient temperature changes. Another drawback is the introduction of additional errors in the results of determining the inner diameter of the casing strings in the presence of errors of the same sign for the transducers.
Основным общим недостатком указанных способов является зависимость результатов исследования технического состояния обсадных колонн от изменения магнитной проницаемости рабочей среды. Это вынуждает градуировку преобразователей осуществлять в буровом растворе, извлеченном из скважины на устье непосредственно перед проведением ее исследования. Однако такая операция не позволяет обеспечить необходимой точности определения геометрических характеристик внутренней поверхности обсадных колонн, так как магнитные свойства бурового раствора не являются неизменными как во времени, так и по глубине ствола скважины вследствие воздействия температуры, количества, состава и скорости осаждения примесей.The main common drawback of these methods is the dependence of the results of the study of the technical condition of the casing strings from changes in the magnetic permeability of the working medium. This forces the calibration of the transducers to be carried out in the drilling fluid extracted from the well at the wellhead immediately before conducting its research. However, such an operation does not provide the necessary accuracy in determining the geometric characteristics of the inner surface of the casing strings, since the magnetic properties of the drilling fluid are not constant both in time and in the depth of the wellbore due to the influence of temperature, quantity, composition and deposition rate of impurities.
Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования внутренней поверхности обсадных колонн, заключающийся в том, что в каждой профилографируемой точке исследуемого профиля производят измерение выходных напряжений основного преобразователя, вычитают из них выходные напряжения вспомогательного преобразователя с последующей регистрацией и обработкой получаемых текущих разностных напряжений (Абрамов А.А., Измайлов Л.Б., Климов В.В. Разработка устройства для определения износа обсадных колонн в процессе бурения скважин. Отчет о НИР. УДК 622.248.56.05, № 0284.0056650, 1984, с.55-64). Этот способ предусматривает размещение основного и вспомогательного преобразователей один над другим вдоль оси скважинного прибора с ориентацией полюсных наконечников в одну сторону и радиальным смещением их рабочих поверхностей относительно друг друга. При этом полюсные наконечники основного преобразователя служат для определения зазоров между ними и внутренней поверхностью обсадной колонны, находясь на наименьшем расстоянии от ее образующей по сравнению с полюсными наконечниками вспомогательного преобразователя. Благодаря этому при разностном выделении полезного сигнала расчетным путем устраняется не только влияние нестабильности характеристик преобразователей и элементов конструкции обсадных колонн при изменении температуры бурового раствора, но и исключается влияние изменения магнитной проницаемости последнего на результаты измерений. Однако при всех очевидных достоинствах этот способ имеет и ряд серьезных недостатков, существенно ограничивающих с метрологической точки зрения его применение в аппаратуре для исследования обсадных колонн в глубоких и сверхглубоких скважинах. С одной стороны это объясняется тем, что в реальных условиях образующая внутренней поверхности обсадной колонны, относительно которой в двух разнесенных по глубине точках производятся измерения зазоров чаще всего из-за плохого качества центрирования скважинного прибора не является строго параллельной плоскостям рабочих поверхностей полюсных наконечников основного и вспомогательного преобразователей. Наиболее значительно этот фактор проявляет себя на концах желобообразных выработок. По этим причинам в результаты измерений будет вноситься дополнительная погрешность, прямо пропорциональная расстоянию между нейтралями сердечников основного и вспомогательного преобразователей. Очевидно, что для минимизации указанной погрешности нейтрали сердечников преобразователей должны располагаться в единой поперечной плоскости скважинного прибора, а это противоречит техническим возможностям рассматриваемого способа. С другой стороны радиальное смещение полюсных наконечников преобразователей относительно друг друга уменьшает на величину этого смещения и без того малый диапазон работы датчика, обычно не превышающий 30÷35 мм, а также снижает чувствительность вспомогательного преобразователя, что в конечном итоге сказывается на качестве исследования технического состояния обсадных колонн. Другим недостатком рассматриваемого способа является необходимость одновременного измерения выходных напряжений преобразователей с заданным по периметру шагом сканирования внутренней поверхности обсадных колонн. Это приводит к вынужденному применению электронных схем для промежуточных преобразований сигналов в скважинном приборе, что ограничивает его использование в сложных термобарических условиях глубоких и сверхглубоких скважин. И, наконец, размещение преобразователей один над другим вдоль оси скважинного прибора увеличивает его осевой габарит, что нежелательно при концевом расположении датчика под нижним центратором, так как это на участках обсадных труб с установленными пластырями ухудшает проходимость прибора на спуске в случае эксцентриситета датчика при наличии угла наклона оси его кожуха по отношению к исследуемой внутренней поверхности колонны.Closest to the proposed method is the study of the inner surface of the casing strings, which consists in measuring output voltages of the main transducer at each profiled point of the profile under investigation, subtracting the output voltages of the auxiliary transducer from them, followed by recording and processing the resulting current differential voltages (A. Abramov A., Izmailov LB, Klimov VV Development of a device for determining the wear of casing strings during well drilling. about research UDC 622.248.56.05, No. 0284.0056650, 1984, p. 55-64). This method involves placing the main and auxiliary transducers one above the other along the axis of the downhole tool with the orientation of the pole pieces in one direction and the radial displacement of their working surfaces relative to each other. In this case, the pole pieces of the main transducer serve to determine the gaps between them and the inner surface of the casing, being at the smallest distance from its generatrix compared to the pole pieces of the auxiliary transducer. Due to this, by differential extraction of the useful signal by calculation, not only the influence of the instability of the characteristics of the transducers and casing string structural elements when the temperature of the drilling fluid is changed, but also the influence of the change in the magnetic permeability of the latter on the measurement results is eliminated. However, with all the obvious advantages of this method, it also has a number of serious drawbacks that significantly limit its use from the metrological point of view in equipment for studying casing strings in deep and superdeep wells. On the one hand, this is due to the fact that under real conditions the generatrix of the inner surface of the casing, relative to which the gaps are measured at two points separated in depth most often because of the poor quality of centering of the downhole tool, is not strictly parallel to the planes of the working surfaces of the pole tips of the main and auxiliary converters. Most significantly, this factor manifests itself at the ends of the trough-like workings. For these reasons, an additional error will be introduced into the measurement results, directly proportional to the distance between the neutrals of the cores of the primary and secondary transducers. Obviously, to minimize this error, the neutrals of the cores of the transducers should be located in a single transverse plane of the downhole tool, and this contradicts the technical capabilities of the method under consideration. On the other hand, the radial displacement of the pole tips of the transducers relative to each other reduces the already small range of the sensor, usually not exceeding 30 ÷ 35 mm, by the magnitude of this displacement, and also reduces the sensitivity of the auxiliary transducer, which ultimately affects the quality of the study of the technical condition of the casing columns. Another disadvantage of this method is the need for simultaneous measurement of the output voltages of the transducers with a given perimeter scan step of the inner surface of the casing strings. This leads to the forced use of electronic circuits for intermediate signal transformations in a downhole tool, which limits its use in difficult thermobaric conditions of deep and superdeep wells. And, finally, placing the transducers one above the other along the axis of the downhole tool increases its axial dimension, which is undesirable for the end position of the sensor under the lower centralizer, since this reduces the passability of the device on the descent in sections of casing with patches in the case of an eccentricity of the sensor in the presence of an angle the inclination of the axis of its casing with respect to the investigated inner surface of the column.
Изобретением решается задача повышения точности исследования обсадных колонн в условиях глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин.The invention solves the problem of increasing the accuracy of the study of casing strings in deep and superdeep oil and gas wells.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе исследования профиля внутренней поверхности обсадных колонн с буровым раствором в скважине прибором радиусного метода контроля зазоров между внутренней поверхностью колонны и наружной поверхностью защитного кожуха вращающегося датчика прибора с двумя присоединенными к измерительной схеме, идентичными по параметрам основным и вспомогательным трансформаторными преобразователями с полюсными наконечниками, обращенными к стенке кожуха, заключающемся в том, что в каждой профилографируемой точке исследуемого профиля производят измерение выходных напряжений основного преобразователя, вычитают из них выходные напряжения вспомогательного преобразователя с последующей регистрацией и обработкой получаемых текущих разностных напряжений, выходные напряжения вспомогательного преобразователя формируют пропорциональными магнитной проницаемости раствора путем шунтирования его полюсных наконечников ферромагнитным телом с зазором по отношению к наружной поверхности кожуха, обеспечивающим свободную циркуляцию раствора, при этом ферромагнитное тело размещают от наружной поверхности кожуха на расстоянии, не превышающем диапазона работы преобразователей, а сам вспомогательный преобразователь устанавливают на одном высотном уровне с основным.To achieve the named technical result in the proposed method for studying the profile of the inner surface of casing strings with drilling fluid in the borehole by the radial method for checking the gaps between the inner surface of the casing and the outer surface of the protective casing of the rotary sensor of the device with two main and auxiliary transformer connected to the measuring circuit, identical in parameters transducers with pole tips facing the wall of the casing, namely, that at each profiled point of the profile under study, the output voltages of the main transducer are measured, the output voltages of the auxiliary transducer are subtracted from them, followed by registration and processing of the obtained current differential voltages, the output voltages of the auxiliary transducer are formed proportional to the magnetic permeability of the solution by shunting its pole tips with a ferromagnetic body with a gap with respect to to the outer surface of the casing, providing freedom dnuyu circulation solution, wherein the ferromagnetic body is arranged on the outer surface of the housing at a distance not exceeding the range of the transducers, and the auxiliary drive is mounted on a level with the main altitude.
Кроме того, в предлагаемом способе при проведении исследований осуществляют корректировку градуировочной зависимости датчика с учетом изменения магнитной проницаемости раствора, для чего производят кратковременное магнитное шунтирование полюсных наконечников основного преобразователя и формируют соответствующее нулевому зазору между внутренней поверхностью колонны и наружной поверхностью кожуха опорное разностное напряжение, а контролируемые зазоры, соответствующие каждой профилографируемой i-й точке исследуемого j-го профиля, определяют по формулеIn addition, in the proposed method, when conducting studies, the calibration of the sensor is adjusted taking into account changes in the magnetic permeability of the solution, for which a short-term magnetic shunting of the pole pieces of the main transducer is made and the reference differential voltage is formed between the inner surface of the column and the outer surface of the casing, while the controlled the gaps corresponding to each profiled i-th point of the studied j-th profile, determined by the formula
где а - расстояние от полюсных наконечников преобразователей до наружной поверхности кожуха;where a is the distance from the pole pieces of the transducers to the outer surface of the casing;
в - расстояние от наружной поверхности кожуха до встречной поверхности ферромагнитного тела, шунтирующего полюсные наконечники вспомогательного преобразователя;in - the distance from the outer surface of the casing to the opposite surface of the ferromagnetic body, shunting the pole pieces of the auxiliary transducer;
- опорное разностное напряжение, постоянное по величине, при данном составе бурового раствора на заданной глубине для j-го исследуемого профиля; - reference differential voltage, constant in magnitude, for a given composition of the drilling fluid at a given depth for the j-th studied profile;
- выходное напряжение основного преобразователя, соответствующее нулевому зазору между внутренней поверхностью колонны и наружной поверхностью кожуха, для j-го исследуемого профиля; - the output voltage of the main Converter, corresponding to a zero gap between the inner surface of the column and the outer surface of the casing, for the j-th studied profile;
- выходное напряжение вспомогательного преобразователя для j-го исследуемого профиля; - output voltage of the auxiliary converter for the j-th studied profile;
j=1, 2, 3, …, № - порядковый номер исследуемого профиля;j = 1, 2, 3, ..., No. - serial number of the studied profile;
№ - количество исследуемых профилей;No. - the number of profiles studied;
- текущее разностное напряжение для j-го исследуемого профиля в i-ой профилографируемой точке; - the current differential voltage for the j-th profile under study at the i-th profiled point;
- текущее выходное напряжение основного преобразователя для j-го исследуемого профиля в i-й профилографируемой точке; - the current output voltage of the main converter for the j-th studied profile at the i-th profiled point;
i=1, 2, 3, …, k - порядковый номер профилографируемой точки исследуемого профиля;i = 1, 2, 3, ..., k is the serial number of the profiled point of the profile under study;
k - количество профилографируемых точек исследуемого профиля.k is the number of profiled points of the studied profile.
Причем в предлагаемом способе магнитное шунтирование основного преобразователя может быть осуществлено путем прижима кожуха к неизношенной внутренней поверхности исследуемого участка колонны.Moreover, in the proposed method, magnetic shunting of the main transducer can be carried out by pressing the casing to the unworn internal surface of the investigated section of the column.
Кроме того, магнитное шунтирование основного преобразователя может быть осуществлено с помощью устанавливаемой на приборе ферромагнитной шторки.In addition, magnetic shunting of the main converter can be carried out using a ferromagnetic shutter installed on the device.
Кроме того, формирование опорного разностного напряжения может быть осуществлено с помощью размещаемого в приборе дополнительного преобразователя, аналогичного по параметрам первым двум, который периодически подключают к измерительной схеме взамен основного преобразователя при полюсных наконечниках, шунтированных дополнительным ферромагнитным телом с фиксированным зазором, равным расстоянию от полюсных наконечников основного и вспомогательного преобразователей до наружной поверхности кожуха.In addition, the formation of the reference differential voltage can be carried out using an additional converter placed in the device, similar in parameters to the first two, which is periodically connected to the measuring circuit instead of the main converter with pole tips, shunted by an additional ferromagnetic body with a fixed gap equal to the distance from the pole tips main and auxiliary converters to the outer surface of the casing.
Причем целесообразно дополнительный преобразователь устанавливать внутри кожуха на одном высотном уровне с основным и вспомогательным преобразователями, а плоскость ориентации его полюсных наконечников располагать под углом 90-135° относительно плоскостей ориентации полюсных наконечников двух остальных преобразователей.Moreover, it is advisable to install the additional converter inside the casing at the same height level with the main and auxiliary converters, and the orientation plane of its pole pieces should be positioned at an angle of 90-135 ° relative to the orientation planes of the pole pieces of the other two transducers.
Кроме того, целесообразно выделение текущих и опорных разностных напряжений осуществлять из выходных напряжений преобразователей, получаемых путем их двухполупериодного выпрямления.In addition, it is advisable to separate the current and reference differential voltages from the output voltages of the converters obtained by their half-wave rectification.
Причем целесообразно двухполупериодное выпрямление выходных напряжений преобразователей осуществлять поочередно с помощью одного выпрямителя.Moreover, it is advisable to half-wave rectify the output voltages of the converters alternately using one rectifier.
Отличительными признаками предлагаемого способа исследования внутренней поверхности обсадных колонн от указанного выше известного наиболее близкого к нему являются формирование выходных напряжений вспомогательного преобразователя, пропорциональных магнитной проницаемости бурового раствора путем шунтирования его полюсных наконечников ферромагнитным телом с зазором по отношению к наружной поверхности защитного кожуха, обеспечивающим свободную циркуляцию раствора, размещения ферромагнитного тела от наружной поверхности кожуха на расстоянии, не превышающем диапазона работы преобразователей и установке при этом вспомогательного преобразователя на одном высотном уровне с основным, а также осуществление в скважинных условиях корректировки градуировочной характеристики датчика с учетом изменения магнитной проницаемости раствора путем кратковременного магнитного шунтирования полюсных наконечников основного преобразователя и формирования при этом соответствующего нулевому зазору между внутренней поверхностью обсадной колонны и наружной поверхностью кожуха опорного разностного напряжения с последующим определением контролируемых зазоров по алгоритму (1). Другими отличительными признаками являются возможные варианты формирования опорного разностного напряжения, осуществляемые путем прижима кожуха к неизношенной внутренней поверхности исследуемого участка колонны либо с помощью устанавливаемой на скважинном приборе ферромагнитной шторки, либо с помощью размещаемого в приборе дополнительного преобразователя, аналогичного по параметрам первым двум, который периодически подключают к измерительной схеме взамен основного преобразователя при полюсных наконечниках шунтированных дополнительным ферромагнитным телом с фиксированным зазором, равным расстоянию от полюсных наконечников основного и вспомогательного преобразователей до наружной поверхности кожуха. Кроме того, отличительным признаком является обеспечение возможности установки дополнительного преобразователя внутри кожуха на одном высотном уровне с основным и вспомогательным преобразователями с ориентацией его полюсных наконечников относительно плоскостей ориентации полюсных наконечников двух последних под углом 90÷135°. Отличительными признаками, кроме того, являются выделение текущих и опорных разностных напряжений из выходных напряжений преобразователей, получаемых путем их двухполупериодного выпрямления, а также осуществление двухполупериодного выпрямления выходных напряжений преобразователей поочередно с помощью одного выпрямителя.The distinguishing features of the proposed method for studying the inner surface of the casing from the above known closest to it are the formation of output voltages of the auxiliary transducer, proportional to the magnetic permeability of the drilling fluid by shunting its pole tips with a ferromagnetic body with a gap relative to the outer surface of the protective casing, providing free circulation of the solution placing a ferromagnetic body from the outer surface of the casing at a distance not exceeding the operating range of the transducers and installing an auxiliary transducer at the same altitude level as the main one, as well as adjusting the calibration characteristics of the sensor under borehole conditions taking into account changes in the magnetic permeability of the solution by means of short-term magnetic shunting of the pole pieces of the main transducer and the formation of the corresponding zero clearance between the inner surface of the casing and the outer surface of the skin ha of the reference differential voltage with the subsequent determination of controlled gaps according to the algorithm (1). Other distinctive features are the possible options for the formation of the reference differential voltage, carried out by pressing the casing to the unworn internal surface of the investigated section of the column or using a ferromagnetic shutter installed on the borehole device, or using an additional converter placed in the device, similar in parameters to the first two, which are periodically connected to the measuring circuit instead of the main converter with pole tips shunted additional a solid ferromagnetic body with a fixed gap equal to the distance from the pole pieces of the main and auxiliary transducers to the outer surface of the casing. In addition, the hallmark is the ability to install an additional transducer inside the casing at the same height level with the main and auxiliary transducers with the orientation of its pole pieces relative to the orientation planes of the pole pieces of the latter two at an angle of 90 ÷ 135 °. Distinctive features, in addition, are the separation of the current and reference differential voltages from the output voltages of the converters obtained by their half-wave rectification, as well as the implementation of two-half-wave rectification of the output voltage of the converters in turn using one rectifier.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1-8.The proposed method is illustrated by the drawings shown in figures 1-8.
На фиг.1 показана электрокинематическая схема измерительной части скважинного профилографа для исследования внутренней поверхности обсадных колонн.Figure 1 shows the electrokinematic diagram of the measuring part of the downhole profilograph to study the inner surface of the casing strings.
На фиг.2 - график зависимости показаний профилографа от величины контролируемых зазоров между внутренней поверхностью обсадной колонны и наружной поверхностью защитного кожуха датчика.Figure 2 is a graph of the profiler readings on the size of the controlled gaps between the inner surface of the casing and the outer surface of the protective casing of the sensor.
На фиг.3 представлен один из вариантов исполнения скважинного профилографа, общий вид с частичным продольным разрезом.Figure 3 presents one of the options for downhole profilograph, a General view with a partial longitudinal section.
На фиг.4 - второй возможный вариант исполнения скважинного профилографа, фрагмент общего вида с частичным продольным разрезом.Figure 4 is a second possible embodiment of a downhole profilograph, a fragment of a General view with a partial longitudinal section.
На фиг.5 - разрез А-А на фиг.4.Figure 5 is a section aa in figure 4.
На фиг.6 - вид Б на фиг.4.In Fig.6 is a view of B in Fig.4.
На фиг.7 - электрокинематическая схема третьего возможного варианта исполнения скважинного профилографа.7 is an electrokinematic diagram of a third possible embodiment of a downhole profilograph.
На фиг.8 изображена возможная схема установки преобразователей датчика для третьего варианта исполнения скважинного профилографа.On Fig shows a possible installation diagram of the transducers of the sensor for the third embodiment of the downhole profilograph.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Перед проведением исследования обсаженной скважины профилограф, выполненный в соответствии с электрокинематической схемой на фиг.1, с помощью унифицированного кабельного наконечника подсоединяют через трехжильный геофизический бронированный кабель к типовой компьютеризированной каротажной станции. После чего в наземных условиях осуществляют проверку работоспособности прибора, снятие градуировочной зависимости и ввод полученных данных в компьютер станции. При этом профилограф, как обычно, содержит компенсированный охранный корпус, центраторы, элементы управления и контроля, измерительную схему, бесконтактный датчик взаимоиндуктивного (трансформаторного) типа, заключенный в тонкостенный магнитопрозрачный защитный кожух с приводом вращения. Причем в рассматриваемом способе датчик представляет собой чувствительный модуль, составленный из двух жестко соединенных с кожухом 1 (см. фиг.1), идентичных по параметрам и электрически связанных между собой трансформаторных преобразователей, один из которых по назначению является основным 2, а другой - вспомогательным 3. Преобразователи 2 и 3 содержат П-образные сердечники из шихтованной электротехнической стали с малыми потерями на гистерезис и установлены в кожухе 1 вдоль его образующих на одном высотном уровне, т.е. при размещении нейтралей упомянутых сердечников в одной поперечной плоскости. Полюсные наконечники сердечников преобразователей 2 и 3 обращены в разные стороны и расположены от наружной поверхности кожуха 1 на одинаковых расстояниях, обычно не превышающих a=2÷3,5 мм, и образуют, таким образом, разомкнутые магнитные цепи, т.е. содержащие условно воздушные начальные зазоры a=const, обладающие, как правило, большим магнитным сопротивлением по сравнению с остальными частями цепей. С целью устранения влияния дестабилизирующих факторов на работу преобразователей 2 и 3 их обмотки возбуждения имеют одинаковое количество витков W1=W'1 и последовательно подключены к источнику U стабилизированного переменного тока I1 питания со стабилизированной частотой. Вторичные (или иначе сигнальные) обмотки преобразователей 2 и 3 также имеют равное количество витков W2=W'2 и подключены к измерительной схеме, обеспечивающей поочередную передачу их выходных напряжений, например, по одной из жил (ЖК) и оплетке (броне) геофизического кабеля на вход каротажной станции с последующим измерением, регистрацией и первичной обработкой получаемой информации, заключающейся в выделении разностных напряжений путем вычитания выходных напряжений вспомогательного преобразователя 3 из выходных напряжений основного преобразователя 2. Для осуществления этого процесса измерительная схема содержит двухпозиционный коммутатор К. Во избежание фазовых искажений и исключения помех, связанных с влиянием изменения электрических характеристик геофизического кабеля, выделение разностных напряжений целесообразно проводить на постоянном токе. Для чего в измерительную схему профилографа введен двухполупериодный диодный выпрямитель Д. При этом основной преобразователь 2 служит для определения зазоров δi между внутренней поверхностью обсадной колонны 4 (при образовании с ней замкнутой магнитной цепи) и наружной поверхностью кожуха 1. Вспомогательный преобразователь 3 зашунтирован ферромагнитным телом в виде пластинчатого экрана 5 из магнитомягкой стали с зазором в=const относительно наружной поверхности кожуха 1 и предназначен для получения выходного напряжения, пропорционального магнитной проницаемости рабочей среды в упомянутом зазоре, который по понятным соображениям не может превышать диапазона работы преобразователей 2 и 3, а с конструктивно-технологической точки зрения его выбор предпочтителен в диапазоне в=7÷15 мм. Причем сердечники преобразователей 2 и 3 имеют синфазное (однонаправленное) течение магнитных потоков, что обеспечивает взаимное отталкивание их магнитных полей друг от друга соответственно в сторону внутренней поверхности колонны 4 и экрана 5. Это позволяет установить преобразователи 2 и 3 на достаточно близком расстоянии друг от друга без экранирования и улучшить диаграмму направленности датчика при его вращении.Before conducting a cased well survey, a profilograph made in accordance with the electro-kinematic diagram of FIG. 1 is connected via a unified cable lug through a three-core geophysical armored cable to a typical computerized logging station. Then, in terrestrial conditions, they check the operability of the device, remove the calibration dependence and enter the data into the station computer. In this case, the profiler, as usual, contains a compensated security case, centralizers, control and monitoring elements, a measuring circuit, a non-contact sensor of a mutually inductive (transformer) type, enclosed in a thin-walled magneto-transparent protective casing with a rotation drive. Moreover, in the considered method, the sensor is a sensitive module, composed of two rigidly connected to the casing 1 (see Fig. 1), identical in parameters and electrically interconnected transformer converters, one of which is the main 2 for the purpose and the other is auxiliary 3.
Исходя из разностного метода выделения полезного сигнала характеристика рассматриваемого датчика профилографа может быть представлена в следующем общем виде:Based on the difference method of extracting the useful signal, the characteristic of the considered profilograph sensor can be represented in the following general form:
где - коэффициент пропорциональности;Where - coefficient of proportionality;
ω=2πf - круговая частота тока питания;ω = 2πf is the circular frequency of the supply current;
f - частота тока;f is the current frequency;
I1 - величина тока в обмотках возбуждения преобразователей;I 1 - the magnitude of the current in the field windings of the converters;
W1 - число витков в обмотках возбуждения преобразователей;W 1 - the number of turns in the field windings of the converters;
W2 - число витков в сигнальных обмотках преобразователей;W 2 - the number of turns in the signal windings of the converters;
µo - магнитная проницаемость воздуха;µ o - magnetic permeability of air;
µp - магнитная проницаемость рабочей среды (бурового раствора);µ p - magnetic permeability of the working fluid (drilling fluid);
SB - площадь поперечного сечения воздушного зазора у полюсных наконечников преобразователей.S B is the cross-sectional area of the air gap at the pole tips of the converters.
Характеристика (2) представляет собой зависимость , получаемую в процессе градуировки профилографа на устье скважины в изъятом из нее буровом растворе (фиг.2). Для получения этой зависимости используют градуировочное приспособление, например, в виде имитирующей участок колонны ферромагнитной желобообразной пластины, оснащаемой электронным штангенциркулем и устанавливаемой на корпусе прибора с возможностью радиального перемещения относительно полюсных наконечников основного преобразователя 2 от точки соприкосновения с поверхностью кожуха 1 на расстояние, не превышающее диапазона его работы. Результаты градуировки заносятся в память компьютера каротажной станции и в дальнейшем используются при исследовании внутренней поверхности обсадной колонны. Причем в условиях нормальной среды (на воздухе) с µр=µо характеристика (2) примет вид:Characteristic (2) is a relationship obtained in the process of calibrating the profilograph at the wellhead in the drilling fluid withdrawn from it (figure 2). To obtain this dependence, a calibration device is used, for example, in the form of a ferromagnetic gutter plate imitating a column section equipped with an electronic vernier caliper and mounted on the device’s body with the possibility of radial movement relative to the pole tips of the
где .Where .
При этом кривая (на чертеже показана пунктиром), зависимости , отражающая характеристику (3), будет являться исходной и по форме совпадать с рабочей кривой, представленной на фиг.2, а также пересекать ось абсцисс в прежней точке, т.е. на расстоянии в от начала координат, обеспечивая при этом получение и переход к его отрицательным значениям при δi>в. Опорная точка исходной кривой, находящаяся на оси ординат при δi=0, будет располагаться ниже опорной точки рабочей кривой, а нижняя ветвь исходной кривой в области отрицательных значений займет верхнее положение по отношению к нижней ветви рабочей кривой. Отсюда следует, что по показаниям профилографа, полученным в процессе его градуировки в рабочей среде с отличающейся магнитной проницаемостью можно построить семейство кривых, пересекающихся в одной точке на оси абсцисс и характеризующихся разным местоположением опорных точек на оси ординат с соответствующими им опорными разностными напряжениями. Очевидно, что определение этих напряжений в скважинных условиях позволит, как это показано ниже, переходить вследствие изменения магнитной проницаемости рабочей среды от одной градуировочной зависимости к другой.In this case, the curve (shown in phantom in the drawing), the dependencies , reflecting characteristic (3), will be initial and coincide in shape with the working curve shown in figure 2, and also cross the abscissa axis at the previous point, i.e. at a distance from the origin, while providing and the transition to its negative values for δ i > in. The reference point of the original curve, located on the ordinate axis with δ i = 0, will be located below the reference point of the working curve, and the lower branch of the original curve in the region of negative values will occupy the upper position in relation to the lower branch of the working curve. It follows that according to the profilograph readings obtained during its calibration in a working medium with different magnetic permeability, it is possible to construct a family of curves intersecting at one point on the abscissa axis and characterized by different locations of the reference points on the ordinate axis with the corresponding reference differential voltages. Obviously, the determination of these stresses in downhole conditions will allow, as shown below, to pass due to changes in the magnetic permeability of the working medium from one calibration dependence to another.
Несомненно, реализация предлагаемого способа с предварительным осуществлением градуировки профилографа на устье скважины в рабочей среде благодаря разностному выделению полезных сигналов и наличию при этом раствора в рабочих зазорах преобразователей 2 и 3 обеспечивает достаточно высокую точность исследования внутренней поверхности обсадных колонн с нахождением в них растворов, содержащих барит, сидерит, гематит. Однако для исследования обсаженных скважин с утяжеленными буровыми растворами, содержащими добавки магнетита и иные ферромагнитные включения, подобное использование способа является нерациональным из-за осаждения ферромагнитных частиц и различной их концентрации в растворе на разных глубинах. Кроме того, градуировка профилографа в буровом растворе на устье перед спуском в скважину снижает удобство пользования и производительность исследований.Undoubtedly, the implementation of the proposed method with preliminary calibration of the profilograph at the wellhead in the working medium due to the difference in the selection of useful signals and the presence of a solution in the working gaps of the
Очевидно, что наиболее предпочтительной как с метрологической, так и с эксплутационной точек зрения является такая форма реализации предлагаемого способа, которая предусматривает возможность градуировки профилографа на заданных глубинах в обсаженной скважине непосредственно перед проведением измерений. Такая возможность возникает при нахождении алгоритма определения δij, позволяющего исключить из результатов измерений коэффициент пропорциональности А. Для этого достаточно произвести кратковременное магнитное шунтирование полюсных наконечников основного преобразователя 2 и получить соответствующее нулевому зазору (δi=0) между внутренней поверхностью колонны 4 и наружной поверхностью кожуха 1 опорное разностное напряжение в виде:Obviously, the most preferable from both a metrological and operational point of view is such a form of implementation of the proposed method, which provides for the possibility of graduating a profilograph at predetermined depths in a cased well immediately before measurements. This possibility arises when finding the algorithm for determining δ ij , which allows to exclude the proportionality coefficient A. From the measurement results, it is enough to make a short-term magnetic shunting of the pole pieces of the
Учитывая, что для профилографа хотя бы незначительное время находящегося в неизменной рабочей среде коэффициент пропорциональности А в пределах этого времени является величиной постоянной, из выражений (2) и (4) будем иметьConsidering that for a profilograph at least an insignificant time in an unchanged working medium, the proportionality coefficient A within this time is a constant value, from expressions (2) and (4) we will have
Отсюда после преобразований получим предназначенный для вторичной компьютерной обработки передаваемой из обсаженной скважины полезной информации искомый алгоритм (1) определения контролируемых зазоров δij, соответствующих каждой профилографируемой i-ой точке исследуемого j-го профиля внутренней поверхности обсадной колонны.Hence, after the transformations, we obtain the desired algorithm (1) for determining controlled gaps δ ij corresponding to each profiled i-th point of the investigated j-th profile of the inner surface of the casing, intended for secondary computer processing of useful information transmitted from the cased well.
Как следует из выражения (1), оно приемлемо для осуществления предлагаемого способа в любой реально существующей скважинной среде, так как общеизвестно, что магнитная проницаемость твердого тела (колонны, сердечников преобразователей) всегда меньше проницаемости вещества (бурового раствора). Таким образом, предлагаемый способ по определению становится универсальным и в зависимости от способа магнитного шунтирования основного преобразователя при δi=0 может быть реализован в трех вариантах исполнения.As follows from the expression (1), it is acceptable for the implementation of the proposed method in any really existing downhole environment, since it is well known that the magnetic permeability of a solid body (columns, transducer cores) is always less than the permeability of a substance (drilling fluid). Thus, the proposed method by definition becomes universal and, depending on the method of magnetic shunting of the main transducer at δ i = 0, can be implemented in three versions.
Вариант 1. Для осуществления предлагаемого способа может быть применен профилограф, использующий принципы построения известных устройств для контроля технического состояния обсаженных скважин, обеспечивающих возможность радиального перемещения датчика в скважине [см., например, авт.свид. СССР №787627 (опубл. 15.12.80) и авт.свид. СССР №863849 (опубл. 15.09.81)]. Такой профилограф (фиг.3) включает в себя измерительную часть, выполненную в соответствии с электрокинематической схемой, представленной на фиг.1, и содержит датчик, жестко связанный с защитным кожухом 1 и состоящий из идентичных по параметрам основного и вспомогательного трансформаторных преобразователей 2 и 3, первый из которых предназначен для взаимодействия с внутренней поверхностью исследуемой обсадной колонны 4, а второй - для взаимодействия с желобообразным ферромагнитным экраном 5, жестко связанным с кожухом 1 и установленным с фиксированным зазором в по отношению к его наружной поверхности. П-образные сердечники преобразователей 2 и 3 несут на себе соответственно обмотки возбуждения 6 и 7, питаемые стабилизированным переменным током со стабилизированной частотой, а также - сигнальные обмотки 8 и 9. Причем полюсные наконечники преобразователей 2 и 3 расположены на одинаковых расстояниях от наружной поверхности кожуха 1, равных величине а. При этом кожух 1 выполнен из термостойкого твердого диэлектрика либо из немагнитного металла с высоким удельным электрическим сопротивлением (манганин, сталь, титан) и совместно с экраном 5 жестко присоединен к параллелограммному механизму, закрытому на чертеже гибким рукавом 10 и смонтированному на торце ротора 11 с возможностью радиального перемещения датчика под действием привода 12, установленного внутри ротора 11. Другими типовыми элементами конструкции профилографа, обеспечивающими осуществление предлагаемого способа, являются корпус 13, заполненный диэлектрической жидкостью, компенсатор давления 14, верхний и нижний центраторы 15 и 16, электрический блок 17, расположенный в баростойкой камере с электровводом 18 и связанный через унифицированный кабельный наконечник 19 с трехжильным геофизическим бронированным кабелем 20, подключенным ко входу компьютеризированной каротажной станции (не показана), привод 21 вращения ротора 11, несущего измерительную часть, и защитный кожух 22 этой части прибора.
Перед спуском рассмотренного профилографа в обсаженную скважину производят в нормальных условиях с использованием градуировочного приспособления снятие градуировочной зависимости в соответствии с характеристикой прибора (3). При зазоре δi=0 получают опорное напряжение в виде:Before lowering the considered profilograph into a cased hole, under normal conditions using a calibration device, the calibration dependence is removed in accordance with the characteristics of the device (3). When the gap δ i = 0 receive the reference voltage in the form:
Величину этого напряжения заносят в память компьютера каротажной станции и с применением алгоритма (1) осуществляют тестирование профилографа с целью определения его точностных характеристик и готовности к проведению исследования технического состояния обсадных колонн в скважинах. Причем эту подготовительную операцию целесообразно проводить на базе перед выездом на скважину.The magnitude of this voltage is recorded in the memory of the logging station computer and, using algorithm (1), a profilograph is tested to determine its accuracy characteristics and readiness to conduct a study of the technical condition of casing strings in wells. Moreover, it is advisable to carry out this preparatory operation at the base before going to the well.
После ввода профилографа в исследуемую колонну 4 с буровым раствором его останавливают. С помощью привода 12 измерительную часть прибора радиально перемещают в направлении зоны чувствительности основного преобразователя 2 до обеспечения рабочего зазора порядка δр=6÷10 мм, определяемого величиной разности между номинальным радиусом внутренней поверхности исследуемой колонны 4 и расстоянием от центра вращения датчика до максимально удаленной от него образующей наружной поверхности кожуха 1. После чего, с помощью привода 21 осуществляют сканирование датчиком внутренней поверхности колонны 4, определяют по показаниям профилографа неизношенный участок этой поверхности, останавливают напротив него датчик, а затем с помощью привода 12 вводят в соприкосновение с этой поверхностью наружную поверхность кожуха 1 и измеряют в случае µp≠µо опорное разностное напряжение в виде (4). Величину этого напряжения заносят в память компьютера каротажной станции для обеспечения последующего измерения зазоров δij в каждой профилографируемой i-ой точке исследуемого j-го профиля колонны 4. Выполняемая, таким образом, контрольная метрологическая операция позволяет в случае изменения магнитной проницаемости рабочей среды автоматически осуществлять корректировку градуировочной зависимости прибора и с высокой точностью по алгоритму (1) определять текущие значения зазоров δij. После отвода кожуха 1 с датчиком от внутренней поверхности колонны 4 на расстояние δр включают привод 21 вращения датчика и начинают спуск профилографа до заданной глубины со скоростью, обеспечивающей величину шага (обычно hc=0,2÷0,3 м) винтового сканирования, исключающего потерю информации о наличии дефектов на внутренней поверхности исследуемой колонны 4. Основной задачей, решаемой при этом, является выявление зон желобообразного износа и их протяженности на внутренней поверхности исследуемой колонны 4.After entering the profilograph into the
При завершении осуществляемого, таким образом, зондирования ствола обсаженной скважины профилограф останавливают на заданной глубине, затем приподнимают до выявленной зоны износа внутренней поверхности колонны и в соответствии с описанной выше методикой производят очередную контрольную метрологическую операцию для уточнения величины ранее измеренного опорного разностного напряжения . После чего с шагом hc при остановках прибора для получения более качественной (детальной) информации в интересующих оператора интервалах желобного износа выполняют профилографирование поперечных профилей внутренней поверхности исследуемой колонны. Эту операцию повторяют по мере протяженности и количества зон износа, а получаемую в ходе исследования информацию используют в дальнейшем для определения расчетным путем фактических прочностных характеристик исследованной обсадной колонны.At the end of the cased well borehole sounding performed in this way, the profilograph is stopped at a predetermined depth, then it is raised to the identified wear zone of the inner surface of the column and, in accordance with the method described above, the next control metrological operation is performed to refine the value of the previously measured reference differential voltage . Then, in increments of h c, when the device stops, to obtain better (detailed) information in the intervals of groove wear of interest to the operator, profiling of the transverse profiles of the inner surface of the column under study is performed. This operation is repeated as the length and number of wear zones are used, and the information obtained during the study is used in the future to determine by actual calculation the actual strength characteristics of the studied casing string.
Вариант 2. Для осуществления предлагаемого способа без радиального перемещения датчика может применен профилограф, который также как и в первом варианте включает в себя измерительную часть, выполненную в соответствии с электрокинематической схемой, представленной на фиг.1, и содержит (фиг.4) аналогичные элементы конструкции: защитный кожух 1 датчика, основной и вспомогательный трансформаторные преобразователи 2 и 3, первый из которых предназначен для взаимодействия с внутренней поверхностью исследуемой обсадной колонны 4, а второй - для взаимодействия с желобообразным ферромагнитным экраном 5, обмотки возбуждения 6 и 7 и сигнальные обмотки 8 и 9, размещенные на П-образных сердечниках преобразователей 2 и 3, а также неизображенные на чертеже центраторы, компенсатор давления и другие вспомогательные элементы, характерные для аппаратуры данного типа. Новыми и конструктивно отличающимися элементами являются: ротор 23, жестко связанный с кожухом 1 и экраном 5, несущий неподвижно закрепленный в нем палец 24, реверсивный привод 25 вращения ротора 23, размещенный в корпусе 26, а также упор 27 в виде кольцевого сектора (фиг.5), жестко смонтированный на шторке 28, которая соосно установлена на корпусе 26 с возможностью вращения относительно его поверхности. При этом шторка 28 имеет верхнее окончание, выполненное в виде цилиндрического стакана с доньевым отверстием, охватывающим кольцевую канавку, предусмотренную на поверхности нижней части корпуса 26 и исключающую, например, за счет сил фрикционного взаимодействия самопроизвольное вращение шторки 28 на теле корпуса 26. Причем внутренняя поверхность нижней части шторки 28 имеет возможность беззазорного (для обеспечения δi=0) вхождения в соприкосновение с наружной поверхностью кожуха 1 в зоне действия основного преобразователя 2.
Осуществление предлагаемого способа с применением профилографа описанной конструкции предусматривает выполнение аналогичных операций в той же последовательности, что и в первом варианте его реализации. Однако в отличие от профилографа с радиальным перемещением датчика в приборе, изображенном на фиг.4 в исходном состоянии, получение опорного разностного напряжения обеспечивают с помощью шторки 28, шунтирующей полюсные наконечники основного преобразователя 2. Причем измерение этого напряжения может производиться при вращении ротора 23 с датчиком, например, против направления вращения часовой стрелки (см. фиг.5). В этом случае палец 24, находясь в контакте с правым концом упора 27, будет обеспечивать принудительное вращение шторки с сохранением исходного положения относительно полюсных наконечников основного преобразователя 2, необходимого для проведения контрольной метрологической операции. После завершения этой операции с помощью реверсивного привода 25 изменяют направление вращения ротора 23 на противоположное. В этом случае палец 24, выходя из соприкосновения с правым концом упора 27, совершает свободное перемещение на 180° до вхождения в контакт с его левым концом. После чего, шторка 28 захватывается этим пальцем 24 и вращается совместно с ротором 23 по направлению вращения часовой стрелки. При этом нижняя (шунтирующая) часть шторки 28 располагается за экраном 5, а полюсные наконечники основного преобразователя 2 открываются для обеспечения возможности сканирования внутренней поверхности колонны с определением геометрических характеристик как винтового, так и поперечных ее профилей по алгоритму (1).Implementation of the proposed method using a profilograph of the described design involves performing similar operations in the same sequence as in the first embodiment. However, in contrast to the profilograph with radial movement of the sensor in the device depicted in figure 4 in the initial state, obtaining the reference differential voltage provide with the help of a
Рассмотренный вариант осуществления предлагаемого способа не исключает применение шунтирующих шторок и механизмов их срабатывания иного вида.The considered embodiment of the proposed method does not exclude the use of shunt shutters and other types of triggering mechanisms.
Вариант 3. В отличие от рассмотренных выше настоящий вариант осуществления предлагаемого способа исключает необходимость применения в используемом профилографе операций по принудительному магнитному шунтированию чувствительного элемента датчика для получения опорных разностных напряжений. Для обеспечения этого, представленная на фиг.7 электрокинематическая схема профилографа отличается от схемы на фиг.1 наличием дополнительного трансформаторного преобразователя 29 с шунтирующим его полюсные наконечники дополнительным ферромагнитным телом 30 в виде пластины из магнитомягкой стали, а также выполнением коммутатора К трехпозиционным в виде электроизоляционной платы с тремя контактными пластинами 31, 32 и 33, имеющими вид кольцевых секторов, и поводка 34, несущего электрическую щетку типа «мухолапка». Дополнительный преобразователь 29 выполнен аналогичным по параметрам основному и вспомогательному преобразователям 2 и 3. При этом его П-образный сердечник несет на себе обмотку возбуждения последовательно подключенную к обмоткам возбуждения первых двух преобразователей 2 и 3 и имеет количество витков . Сигнальная обмотка дополнительного преобразователя 29 также имеет равное с двумя другими количество витков и подсоединена к ним с возможностью их поочередного подключения с помощью коммутатора К к измерительной схеме профилографа. Коммутатор К в наипростейшем виде позволяет подключать к геофизическому кабелю через выпрямитель Д сигнальную обмотку основного преобразователя 2 в течение промежутка времени, обеспечиваемого поворотом поводка на 180° при скольжении его щетки по поверхности контактной пластины 31. Две другие контактные пластины 32 и 33 обеспечивают контактирование с щеткой при перемещении поводка 34 на угол, меньший 90°. Причем контактная пластина 32 подключена к сигнальной обмотке вспомогательного преобразователя 3, а контактная пластина 33 к сигнальной обмотке дополнительного преобразователя 29. При этом зазоры между всеми контактными пластинами 31, 32 и 33 используются для получения всплеск-меток, позволяющих определять очередность подключения к каротажной станции (на схеме не показана) преобразователей 2, 3 и 29. Причем полюсные наконечники дополнительного преобразователя 29 зашунтированы ферромагнитным телом 30 с зазором а, равным соответствующим зазорам основного и вспомогательного преобразователей 2 и 3, а сам преобразователь 29 предназначен для имитации беззазорного по отношению к кожуху 1 шунтирования полюсных наконечников основного преобразователя 2 с целью получения при периодическом проведении контрольных метрологических операций опорных разностных напряжений . Для обеспечения возможности проведения исследования обсаженных скважин профилографом, выполненным в соответствии с описанной схемой (см. фиг.7), необходимо, чтобы угловая скорость поводка 34 коммутатора К была вдвое меньше угловой скорости вращения датчика. Эта задача легко решается с помощью одного электродвигателя с двумя редукторами (на схеме не показаны), имеющими отличающиеся передаточные отношения. Что же касается местоположения дополнительного преобразователя 29 с шунтирующим его полюсные наконечники ферромагнитным телом 30, то оно может быть любым в зависимости от конструкции профилографа, однако наиболее предпочтительной для минимизации погрешностей, вызванных изменением температуры окружающей среды, является его установка внутри кожуха 1 на одном высотном уровне с основным и вспомогательным преобразователями 2 и 3, т.е. при расположении нейтралей их сердечников в одной поперечной плоскости. Причем для уменьшения взаимного влияния электромагнитных полей преобразователей 2, 3 и 29 плоскости ориентации их полюсных наконечников целесообразно располагать под углом 90÷135° одна относительно другой. На фиг.9 при поперечном сечении кожуха 1 и виде снизу изображена возможная схема установки преобразователей 2, 3 и 29. При этом кожух 1 с целью повышения компактности измерительной части профилографа выполнен в поперечном сечении профилированным, благодаря чему экран 5 и ферромагнитное тело 30 оказываются вписанными по наружной поверхности с кожухом 1 в окружность одного диаметра. Причем в данном случае плоскость ориентации полюсных наконечников основного преобразователя 2 расположена под углом 120° к плоскости ориентации полюсных наконечников вспомогательного преобразователя 3 и под углом 105° к плоскости ориентации полюсных наконечников дополнительного преобразователя 29. При необходимости в кожухе 1 между преобразователями 2, 3 и 29 на хвостовике 35 могут быть установлены три одинаковые экранирующие пластины 36, изготовленные из магнитомягкой стали.
Процесс осуществления предлагаемого способа в данном варианте в основном аналогичен процессам в первых двух вариантах. Однако в отличие от них проведение контрольных метрологических операций в рассматриваемом процессе исследования внутренней поверхности колонны не требует остановок профилографа на заданных глубинах. Это объясняется тем, что при вращении датчика за один оборот поочередно происходит регистрация показаний дополнительного преобразователя 29, а затем вспомогательного преобразователя 3 (см. фиг.7). Полученные величины напряжений заносятся в память компьютера каротажной станции и при следующем обороте датчика, обеспечивающем сканирование внутренней поверхности исследуемой колонны во время нахождения щетки поводка 34 на контактной пластине 31, участвуют в операциях выделения текущих разностных напряжений и определения зазоров δij по алгоритму (1). Этот процесс может повторяться до тех пор, пока не будет прекращено вращение датчика. Здесь следует отметить, что при увеличении длины контактной пластины 31, соответствующем уменьшении длин контактных пластин 32 и 33 и изменении передаточных отношений вышеупомянутых редукторов можно существенно повысить производительность исследования профилографом обсаженной скважины за счет увеличения числа непрерывно следующих один за другим оборотов датчика с подключенным к каротажной станции основным преобразователем 2 в промежутках между одинарными оборотами, используемыми для съема информации с дополнительного и вспомогательного преобразователей 29 и 3.The process of implementing the proposed method in this embodiment is basically similar to the processes in the first two variants. However, in contrast to them, carrying out control metrological operations in the process of studying the inner surface of the column under consideration does not require stops of the profilograph at given depths. This is because when the sensor rotates in one revolution, the readings of the
Использование изобретения позволит значительно повысить точность определения профиля внутренней поверхности и желобного износа внутренней поверхности обсадных колонн в глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважинах.The use of the invention will significantly improve the accuracy of determining the profile of the inner surface and the groove wear of the inner surface of the casing strings in deep and superdeep oil and gas wells.
Claims (8)
,
где а - расстояние от полюсных наконечников преобразователей до наружной поверхности кожуха;
в - расстояние от наружной поверхности кожуха до встречной поверхности ферромагнитного тела, шунтирующего полюсные наконечники вспомогательного преобразователя;
Uопорj=UОПj-UВПj - опорное разностное напряжение постоянное по величине при данном составе бурового раствора на заданной глубине для j-го исследуемого профиля;
UОПj - выходное напряжение основного преобразователя, соответствующее нулевому зазору между внутренней поверхностью колонны и наружной поверхностью кожуха, для j-го исследуемого профиля;
UВПj - выходное напряжение вспомогательного преобразователя для j-го исследуемого профиля;
j=1, 2, 3, …, № - порядковый номер исследуемого профиля;
№ - количество исследуемых профилей;
Uрезij=Uδij-UВПj - текущее разностное напряжение для j-го исследуемого профиля в i-й профилографируемой точке;
Uδij - текущее выходное напряжение основного преобразователя для j-го исследуемого профиля в i-й профилографируемой точке;
i=1, 2, 3, …, k - порядковый номер профилографируемой точки исследуемого профиля;
k - количество профилографируемых точек исследуемого профиля.2. The method according to claim 1, characterized in that during the studies, the calibration of the sensor is adjusted taking into account the change in the magnetic permeability of the solution, for which a short-term magnetic shunting of the pole pieces of the main transducer is performed and a corresponding zero clearance is formed between the inner surface of the column and the outer surface of the casing reference differential voltage, and controlled gaps corresponding to each profiled i-th point of the studied 7th profile I, determined by the formula
,
where a is the distance from the pole pieces of the transducers to the outer surface of the casing;
in - the distance from the outer surface of the casing to the opposite surface of the ferromagnetic body, shunting the pole pieces of the auxiliary transducer;
U support j = U OPj -U VPj - reference differential voltage constant in magnitude for a given composition of the drilling fluid at a given depth for the j-th studied profile;
U OPj - the output voltage of the main Converter, corresponding to zero clearance between the inner surface of the column and the outer surface of the casing, for the j-th studied profile;
U VPj is the output voltage of the auxiliary converter for the j-th studied profile;
j = 1, 2, 3, ..., No. - serial number of the studied profile;
No. - the number of profiles studied;
U resij = U δij -U VPj - current differential voltage for the j-th profile under study at the i-th profiled point;
U δij is the current output voltage of the main converter for the j-th studied profile at the i-th profiled point;
i = 1, 2, 3, ..., k is the serial number of the profiled point of the profile under study;
k is the number of profiled points of the studied profile.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105922/03A RU2401383C1 (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Method of analysing well casing inner surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105922/03A RU2401383C1 (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Method of analysing well casing inner surface |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009105922A RU2009105922A (en) | 2010-08-27 |
RU2401383C1 true RU2401383C1 (en) | 2010-10-10 |
Family
ID=42798404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009105922/03A RU2401383C1 (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Method of analysing well casing inner surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2401383C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017205955A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | Intelligent Wellhead Systems Inc. | Apparatus and method for measuring a pipe within an oil well structure |
-
2009
- 2009-02-19 RU RU2009105922/03A patent/RU2401383C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АБРАМОВ А.А. и др. Разработка устройства для определения износа обсадных колонн в процессе бурения скважин. Отчет о НИР, гос.рег. N 0284.0056650. - Краснодар, 1984, с.55-64. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017205955A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | Intelligent Wellhead Systems Inc. | Apparatus and method for measuring a pipe within an oil well structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009105922A (en) | 2010-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10613244B2 (en) | Focused symmetric pipe inspection tools | |
US10338030B2 (en) | Defects inspection through detection of magnetic fields | |
US9869172B2 (en) | Downhole multi-pipe scale and corrosion detection using conformable sensors | |
US8299797B2 (en) | Method and apparatus for well logging resistivity image tomography | |
WO2016007883A1 (en) | Evaluation tool for concentric wellbore casings | |
US9803466B2 (en) | Imaging of wellbore pipes using deep azimuthal antennas | |
US20140216734A1 (en) | Casing collar location using elecromagnetic wave phase shift measurement | |
US10132954B2 (en) | Downhole tool with radial array of conformable sensors for downhole detection and imaging | |
CN106596715B (en) | Array type transient electromagnetic method multilayer tubular column damage detection system and method | |
EA014920B1 (en) | Method and apparatus for determining formation resistivity ahead of the bit and azimuthal at the bit | |
US10670562B2 (en) | Micro-focused imaging of wellbore pipe defects | |
US9341053B2 (en) | Multi-layer sensors for downhole inspection | |
US10954778B2 (en) | Locating positions of collars in corrosion detection tool logs | |
US20140366640A1 (en) | Fluid Flow Measurement Sensor, Method, and Analysis | |
US9933543B2 (en) | Downhole inspection, detection, and imaging using conformable sensors | |
US10067258B2 (en) | Downhole measurement and survey tools with conformable sensors | |
RU2382357C1 (en) | Well magnetic introscope | |
RU2401383C1 (en) | Method of analysing well casing inner surface | |
WO2015099739A1 (en) | Apparatus and methods of reducing error in measurements | |
WO2017192148A1 (en) | Ranging and resistivity evaluation using current signals | |
US11693144B2 (en) | Downhole tubular inspection combining partial saturation and remote field eddy currents | |
US20200057025A1 (en) | Reduction of core response dependence on radius of first pipe in corrosion detection tools | |
WO2018118074A1 (en) | Calibrating a corrosion detection tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130220 |