Электромагнитный скважинный дефектоскоп (варианты)
ELECTROMAGNETIC WELL FLAW DETECTOR (VERSIONS)

Изобретение относится к геофизическим исследованиям технического состояния нефтегазовых скважин и может быть использовано для обнаружения различных дефектов в нескольких колоннах скважин.
Известен электромагнитный скважинный дефектоскоп, содержащий корпус, катушки, расположенные вдоль оси устройства, магнитная ось которых совпадает с осью устройства, блок электроники, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере две приемно-генераторных катушки, каждая из которых состоит из генераторной и приемной катушек с единым сердечником, причем приемно-генераторные катушки выполнены разного размера, разнесены друг от друга на оси устройства на расстояние не меньше длины большей приемно-генераторной катушки (пат. РФ №2507393, приоритет 31.08.2012, опубликовано 20.02.2014).
Недостатком данного устройства является использование зондов, в которых генераторная и измерительная катушки размещены на одном магнитном сердечнике, при этом возникает влияние генераторной катушки на результаты измерения, что приводит к ухудшению разрешающей способности дефектоскопа. Измеряемая ЭДС является суммой двух составляющих: первая - от колонны и вторая - от генераторной катушки. Такая конструкция обуславливает нечувствительность данного устройства к дефектам малого размера, при этом происходит ухудшение определения точности расположения дефектов. При таком способе измерения влияние генераторной катушки на измерительную исключить невозможно.
Другим недостатком известного устройства является относительно большие размеры зондов, длина общего сердечника приемно-генераторных катушек зависит от диаметра исследуемой трубы и может достигать размеров в десятки раз больших, чем исследуемые дефекты, что приводит к потере чувствительности данного устройства к дефектам малого размера и позволяет определять наличие только дефектов большого размера. В итоге для уверенной интерпретации данных, полученных указанным устройством, требуется их подтверждение другими геофизическими методами. Кроме того, известное устройство не позволяет анализировать и выделять поперечные дефекты исследуемой трубы.
Известен скважинный магнитоимпульсный дефектоскоп-толщиномер, содержащий генераторную систему с генератором и таймером, генераторными катушками индуктивности, измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и усилителями, контроллер и передатчик телеметрической линии связи (ТСЛ). Дефектоскоп дополнительно снабжен катушками индуктивности, идентичными катушкам в измерительной системе и расположенными вне зоны влияния на них генераторных катушек индуктивности (пат. РФ №2333461, приоритет 20.11.2006, опубл. 10.09.2008).
Важной особенностью известного прибора является то, что дополнительные измерительные катушки индуктивности расположены вне зоны влияния на них вихревых токов колонны, намагниченной генераторной катушкой индуктивности. При такой конструкции дополнительные измерительные катушки не участвуют непосредственно в измерении дефектов и толщинометрии, а измеряют магнитную неоднородность металла, вызванную остаточной намагниченностью. Эти дополнительные данные позволяют повысить точность измерения толщины колонн и определения дефектов за счет исключения влияния остаточной намагниченности на измеряемый сигнал.
Таким образом, дополнительная измерительная катушка не участвует непосредственно в измерении дефектов и толщинометрии, а измеряют магнитную неоднородность металла, вызванную остаточной намагниченностью, что снижает разрешающую способность дефектоскопа.
Задачей предлагаемого технического решения является улучшение разрешающей способности дефектоскопа, повышение чувствительности к дефектам малого размера и точности определения их расположения за счет подбора оптимального расстояния расположения измерительной катушки от генераторной катушки для обеспечения рабочей зоны влияния генераторной катушки на измерительную.
Указанная задача решается тем, что в электромагнитном скважинном дефектоскопе (прибор), по первому варианту, содержащем основной зонд с генераторной катушкой индуктивности и измерительной катушкой индуктивности, установленными на общем магнитном сердечнике, дополнительные измерительные катушки индуктивности, отнесенные на расстояние от генераторной катушки, блок электроники, в отличие от известного, дополнительные измерительные катушки индуктивности удалены от генераторной катушки индуктивности на расстояние, обеспечивающее оптимальную рабочую зону влияния на них генераторной катушки индуктивности, которое выбирается из условия от 0,01 до 2L, и разнесены между собой по оси прибора на расстояние, выбираемое из условия от 0,01 до 2L, где L - длина основного зонда.
Каждая дополнительная измерительная катушка индуктивности в количестве одной или более штук установлена на отдельном магнитном сердечнике.
Указанная задача решается тем, что в электромагнитном скважинном дефектоскопе (прибор), по второму варианту, содержащем основной зонд с генераторной катушкой индуктивности с магнитным сердечником, измерительные катушки индуктивности, отнесенные на расстояние от генераторной катушки, блок электроники, в отличие от известного, измерительные катушки индуктивности удалены от генераторной катушки индуктивности на расстояние, обеспечивающее оптимальную рабочую зону влияния на них генераторной катушки индуктивности, которое выбирается из условия от 0,01 до 2L, и разнесены между собой по оси прибора на расстояние, выбираемое из условия от 0,01 до 2L, где L - длина основного зонда.
Каждая измерительная катушка индуктивности в количестве одной или более штук установлена на отдельном магнитном сердечнике.
На фиг. 1 представлена схема прибора по первому варианту исполнения.
На фиг. 2 представлена схема прибора по второму варианту исполнения.
На фиг. 3 представлены результаты дефектоскопии модельной колонны, полученные заявленным устройством - кривая, обозначенная а), в сравнении с результатами, полученными дефектоскопом по пат. РФ №2507393 - кривая, обозначенная б).
Прибор, по первому варианту исполнения (фиг. 1), содержит основной зонд с генераторной катушкой индуктивности 1 и измерительной катушкой индуктивности 2, установленными на общем магнитном сердечнике 3, дополнительные измерительные катушки индуктивности 4 и 5 (дополнительные зонды), которые размещены на отдельных магнитных сердечниках 6 и 7, удалены от основного зонда с генераторно-измерительными катушками индуктивности 1 и 2 на расстояние, выбираемое из условия от 0,01 до 2L, и разнесены между собой по оси прибора на расстояние, выбираемое из условия от 0,01 до 2L, где L - длина основного зонда. Указанная зависимость получена экспериментальным путем. Прибор помещен в металлическую колонну 8.
Прибор, по второму варианту исполнения (фиг. 2), содержит основной зонд с генераторной катушкой индуктивности 1, установленной на магнитном сердечнике 3, измерительные катушки индуктивности 4 и 5 (дополнительные зонды), которые размещены на отдельных магнитных сердечниках 6 и 7, удалены от основного зонда с генераторной катушкой индуктивности 1 на расстояние, выбираемое из условия от 0,01 до 2L, и разнесены между собой по оси прибора на расстояние, выбираемое из условия от 0,01 до 2L, где L - длина основного зонда. Указанная зависимость получена экспериментальным путем. Прибор помещен в металлическую колонну 8.
Представленные на фиг. 2 результаты дефектоскопии модельной колонны, полученные заявленным устройством - кривая, обозначенная а), содержат позиции дефектов: 9 - два отверстия по 25 мм, 10 - отверстие 25 мм, 11 - отверстие 14 мм, 12 - продольная «трещина» 30 мм; 13 - продольная трещина 50 мм; 14 - поперечная трещина 30 мм; 15 - поперечная «трещина» 50 мм; 16 - две поперечные трещины по 30 мм каждая.
Прибор, по первому варианту исполнения, работает следующим образом.
По генераторной катушке 1 основного зонда проходит импульс тока, который наводит магнитное поле в исследуемой скважине. В момент спада импульса за счет изменения магнитного поля, пронизывающего колонну 8, в ней возникают вихревые токи. Эти вихревые токи затухают во времени, и скорость их затухания зависит от различных параметров колонны, таких как диаметр, толщина, магнитная проницаемость и электрическая проводимость. Затухающие вихревые токи образуют затухающее магнитное поле в области измерительных катушек индуктивности, что в свою очередь приводит к возникновению электродвижущей силы - ЭДС в измерительных катушках индуктивности 2, 4 и 5.
Дополнительные измерительные катушки индуктивности 4 и 5 разнесены между собой и удалены от основного зонда с генераторной катушкой индуктивности 1 на одно и то же расстояние, установленное экспериментальным путем и выбираемое из условия от 0,01 до 2L, для обеспечения оптимальной рабочей зоны влияния основной генераторно-измерительной катушки индуктивности на дополнительные измерительные катушки индуктивности, где L - длина основного зонда, что позволяет дополнительным измерительным катушкам индуктивности 4 и 5 находиться в зоне действия основного зонда, но влияние на них от генераторной катушки индуктивности 1 будет ослабленным, при этом основной вклад в величину ЭДС будет от исследуемой колонны. При определенном расстоянии между зондами происходит «интерференционный» эффект, т.е. влияние от колонны и от основного зонда становится оптимальным для различения дефекта, а при достаточном удалении дополнительных измерительных катушек 4 и 5 влияние от основного зонда становится пренебрежительно малым, поэтому на измерительных катушках индуктивности 4 и 5 фиксируется только сигнал от колонны 8.
Поскольку расстояние между измерительными катушками и между основным зондом зависит от длины основного зонда L, а его длина выбирается в зависимости от диаметра исследуемой колонны, вида дефектов и их плотности, то заявляемый дефектоскоп позволяет в некоторых случаях не только обнаружить дефект, но и определить вид дефекта, поскольку форма и количество сигнальных линий могут отличаться для различных дефектов.
Данный эффект не наблюдается при использовании зонда с генераторной и измерительной катушками на едином сердечнике.
Прибор, по второму варианту исполнения, работает следующим образом.
По генераторной катушке 1 основного зонда проходит импульс тока, который наводит магнитное поле в исследуемой скважине. В момент спада импульса за счет изменения магнитного поля, пронизывающего колонну 8, в ней возникают вихревые токи. Эти вихревые токи затухают во времени, и скорость их затухания зависит от различных параметров колонны, таких как диаметр, толщина, магнитная проницаемость и электрическая проводимость. Затухающие вихревые токи образуют затухающее магнитное поле в области измерительных катушек индуктивности, что в свою очередь приводит к возникновению электродвижущей силы - ЭДС в измерительных катушках индуктивности 4 и 5.
Отсутствие измерительной катушки индуктивности 2, установленной на одном магнитном сердечнике с генераторной катушкой индуктивности, не сказывается на результатах работы прибора, так как функции измерительных катушек индуктивности 4 и 5 сохраняются и позволяют дефектоскопу выполнить измерения.
Отличительной особенностью заявляемого электромагнитного скважинного дефектоскопа является то, что дополнительные измерительные катушки одновременно находятся в зоне влияния вихревых токов колонны, которая была намагничена генераторной катушкой, и непосредственно участвуют в определении дефектов, но испытывают при этом меньшее влияние за счет отдаления их от генераторной катушки индуктивности. Такое расположение дополнительных измерительных катушек индуктивности позволяет уменьшить влияние на них генераторной катушки и тем самым улучшить разрешающую способность дефектоскопа, повысить чувствительность к дефектам малого размера, а также повысить точность определения вида и расположения дефектов.