СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ
ELECTROMAGNETIC FLAW DETECTION METHOD OF STEEL PIPES

Название изобретения: Способ электромагнитной дефектоскопии стальных труб.
Область техники, к которой относится изобретение: геофизические исследования скважин.
Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважине и может быть использовано при электромагнитной дефектоскопии многоколонных конструкций стальных труб (бурильных, обсадных и насосно-компрессорных), с одновременным вычислением толщины стенок каждой колонны.
Уровень техники
1. Известен магнитный интроскоп МИ-5 (Фадеев В.Г., Абакумов А.А, Баженов В.В., и др. // Технология магнитной интроскопии для дефектоскопического обследования эксплуатациной колонны скважин// Сб. тез. Докладов V российского - китайского симпозиума по промысловой геофизике М., 2008 Ч 1. с.89-104.) (Л.Ю. Могильнер, А.А. Абакумов, Е.Е. Семин / НТВ Каротажние, Тверь: изд. АИС 2010 вып.192, №3, с.28-36), который основан на регистрации полей рассеяния от дефектов и позволяет выявлять негерметичность колонн, положение интервалов и качество перфорации, определять качество муфтовых соединений, толщину стенки колонны.
Измерительные датчики расположены на рессорах, которые обеспечивают прижим к стенке колонны. Такое расположение не позволяет оценивать эллипсность колонны и изменения внутреннего диаметра.
2. Известно устройство, позволяющее определять дефекты колонн и перфорационные отверстия, - электромагнитный скважинный дефектоскоп, содержащий генераторную катушку, магнитная ось которой ориентирована вдоль оси исследуемой трубы, а магнитная ось измерительной катушки ориентирована перпендикулярно (Пат. РФ №2215143, публ. 27.10.2003, бюл. №30).
Недостатком устройства является отсутствие возможности определять эллипсность труб, изменения внутреннего диаметра и желобообразного износа.
3. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ электромагнитной дефектоскопии труб в скважине (пат. РФ №2176317, 27.11.2001 г.), основанный на излучении зондирующего двухполярного электромагнитного импульса с помощью генераторной катушки и измерении ЭДС, наведенной в приемной катушке процессом спада электромагнитного поля, и дополнительно измеряется естественное магнитное поле вдоль трубы, по его величине судят о наличии или отсутствии разрыва колонн.
Данное устройство не позволяет определять эллипсность колонны, желобообразный износ, изменение внутреннего диаметра труб.
Сущность изобретения. При электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах излучаются зондирующие импульсы с помощью генераторного соленоида, ось которого совпадает с осью скважины, и измеряется ЭДС, наведенная в приемных катушках прибора процессом спада электромагнитного поля.
Предлагается дополнительно измерять магнитный поток, вызванный зондирующими импульсами генераторного соленоида, с помощью датчиков, расположенных по периметру прибора на расстоянии r от оси зонда, напротив торца генераторного соленоида, по N секторам, в радиальном направлении.
Магнитный поток в каждом из секторов зависит от расстояния между поверхностью соленоида и внутренней поверхностью исследуемой трубы.
Магнитный поток описывается формулой:
<mrow><mi>Φ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi><mi>N</mi><mi>I</mi></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>m</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>m</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>m</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
где N - число витков соленоида,
I - количество витков соленоида,
mс
R - магнитное сопротивление сердечника,
mк
R - магнитное сопротивление участка колонны,
mз
К - магнитное сопротивление зазора
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>m</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>μ</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
з
1 - длина магнитного зазора,
3
S - площадь магнитного зазора,
з
µ - магнитная проницаемость вещества.
Такие измерения дают дополнительную информацию не только о состоянии трубы (желобной износ, эллипсность, смятие, внутренняя и сквозная коррозия), но и позволяет определить положение прибора в трубе.
Расцентровка прибора обычно приводит к дополнительным погрешностям в измерении толщины стенки исследуемой трубы.
Техническим результатом изобретения является расширение области применения и повышение качества дефектоскопии труб.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 Соленоид в двухколонной конструкции труб.
1 - внутренняя труба
2 - внешняя труба
3 - линии магнитного поля
4 - соленоид, соосный с трубами
5 - датчики Холла
Фиг.2 Соленоид в трубе.
1 - труба
3 - направление линий магнитного поля
4 - соленоид
6 - радиусы R, обозначающие расстояния от поверхности соленоида до внутренней поверхности исследуемой трубы.
Это расстояние изменяется в процессе исследования, при движении вдоль трубы.
Когда труба правильной цилиндрической формы, и зонд правильно отцентрирован, расстояния R по всем направлениям равны.
Фиг.3 Расположение датчиков Холла.
5 - датчики Холла
7 - расстояния r от поверхности соленоида до датчиков Холла. Являются конструктивным параметром прибора.
При исследовании труб, в процессе движения, расстояния r неизменны.
Фиг.4 Соленоид в трубе с желобным износом
8 - желобной износ, дефицит металла в одном из секторов исследуемой трубы.
При таком дефекте трубы расстояние R в секторе износа увеличивается на некоторую величину Δ, которая приводит к уменьшению магнитного потока в этом направлении.
Фиг.5 Соленоид в эллипсной трубе.
Пунктиром показан цилиндрический профиль трубы.
При таком нарушении трубы расстояние R в одной плоскости увеличивается (горизонтальная в данном случае) на некоторую величину Δ, а в другой плоскости уменьшается.
Фиг.6 Соленоид в трубе с дефектом.
9 - сквозной дефект в трубе.
При таком нарушении расстояние от поверхности соленоида до внутренней поверхности трубы остается во всех секторах практически одинаковым.
Но в секторе с дефектом изменяется направление магнитного потока, который уже не попадает на соответствующий этому сектору датчик Холла, что и регистрируется.
Фиг.7 Соленоид в трубе, смещенный от центра.
Смещение зондовой части прибора от центра исследуемой трубы (несоосность) хорошо интерпретируется по показаниям датчиков Холла, расположенных в противоположных секторах.
Показания в одном секторе при расцентровке увеличиваются, в противоположном секторе - уменьшаются.
Осуществление изобретения
Фиг.8 Устройство прибора
1 - центрирующие устройства
2 - немагнитный герметичный корпус
3 - блок электроники
4 - датчики Холла
5 - зонд с генераторной и приемными катушками индуктивности
6 - направление магнитных линий
С помощью центрирующих устройств прибор размещается соосно в исследуемой трубе. Применяются центраторы с резиновыми упругими элементами, либо с металлическими упругими рессорами как на рисунке.
Немагнитный герметичный корпус позволяет работать в различных средах, в том числе агрессивных, при больших давлениях и температурах. При этом он не искажает естественного направления магнитного потока от зонда.
Блок электроники осуществляет питание всех узлов прибора, синхронизацию их работы, измерение и передачу данных.
Фиг.9 Запись в трубе со сквозными дефектами
1 - окно диаграммы стандартного зонда электромагнитного дефектоскопа
2 - окно диаграмм датчиков Холла (8 кривых)
3 - изображение исследуемой трубы
4 - интервал расцентровки зонда при переходе из трубы в хвостовик. Движение диаграмм - разнонаправленное.
5 - реакция на дефекты стандартного зонда электромагнитного дефектоскопа.
6 - реакция одного из датчиков Холла на дефекты, попавшие в соответствующий сектор.
Фиг.10 Запись в трубе с внешними проточками.
1 - окно диаграммы стандартного зонда электромагнитного дефектоскопа
2 - окно диаграмм датчиков Холла (8 кривых)
3 - Окно «Спектр», формируется из 8 диаграмм. Амплитуда сигнала модулируется цветом: минимум - черный; максимум - красный.
4; 5 - реакция стандартного зонда электромагнитного дефектоскопа на внешние проточки трубы. Датчики Холла на внешние проточки трубы не реагируют.
6 - интервал расцентровки прибора в трубе, имитация с помощью вращения зонда по периметру трубы (приближая поочередно датчики Холла к стенке трубы). На всех диаграммах видны периодические увеличения и уменьшения уровня сигнала.
7 - вращение зонда по периметру трубы, представленное на диаграмме «Спектр». Отчетливо видна «спираль» вращения.