ИНТРОСКОП МАГНИТНЫЙ СКВАЖИННЫЙ И ЛЫЖА ДЛЯ НЕГО
MAGNETIC BOREHOLE INTROSCOPE AND A SKI FOR IT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к исследованию материалов с помощью магнитных средств, в частности, к скважинному магнитному интроскопу.
Уровень техники
Известен интроскоп магнитный скважинный (RU2382357C1, опубл. 20.02.2010). Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин. Сущность: интроскоп состоит из скважинного модуля и наземной диагностической системы. Скважинный модуль содержит намагничивающее устройство в виде гантелеобразного магнитопровода с катушкой намагничивания, основную сканирующую магнитоизмерительную систему в виде строки из N магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер. Каждый из N магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем и крепится с внутренней стороны гибкой лыжи, снабженной ребром жесткости. Один или оба конца лыжи могут перемещаться вдоль внутренней поверхности колонны. Катушка намагничивания залита герметичным компаундом и помещена в защитный кожух. Магнитопровод может быть снабжен сменными полюсами. Интроскоп может быть снабжен дополнительной сканирующей системой, выполненной в виде строки из М магниточувствительных (вихретоковых) датчиков, расположенных на гибких «лыжах», снабженных постоянными магнитами малой мощности, намагничивающими участок эксплуатационной колонны, до уровня, меньшего величины технического насыщения. Интроскоп может быть снабжен блоком гамма-каротажа, блоком электромагнитной толщинометрии, гироскопом. Технический результат: расширение функциональных возможностей, повышение чувствительности и достоверности.
Однако в данном решении не раскрывается возможность использования интроскопа в обсадных колоннах разного диаметра.
Известен сканирующий магнитный интроскоп для дефектоскопического контроля стальных эксплуатационных колонн скважин (RU 2 477 853 C1, опубл. 20.03.2013). Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин. Устройство состоит из скважинного модуля, содержащего намагничивающее устройство, магнитоизмерительную систему из N магниточувствительных датчиков и бортовой контроллер, блока наземной электроники, включающего в себя источник питания, наземный контроллер и систему определения глубины скважинного прибора, персонального компьютера и геофизического кабеля, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством геофизического кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным между собой через стандартный интерфейс, каждый из N информационных входов бортового контроллера связан с выходом одного из N магниточувствительных датчиков. При этом выход источника питания подсоединен к входам намагничивающего устройства и каждого из N магниточувствительных датчиков, а также первому входу бортового контроллера, первый выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу системы определения глубины скважинного прибора, а выходом - к персональному компьютеру. В состав скважинного модуля введены бортовые времязадающее и запоминающее устройства, а в состав блока наземной электроники - наземные времязадающее и запоминающее устройства, причем второй вход бортового и третий вход наземного контроллеров связаны с выходами соответственно бортового и наземного времязадающих устройств, третий вход бортового контроллера подключен к выходу бортового запоминающего устройства, вход которого связан с его вторым выходом, а четвертый вход наземного контроллера соединен с выходом наземного запоминающего устройства, вход которого связан с его вторым выходом. Намагничивающее устройство выполнено сборным на основе магнитопровода из стального сердечника с одной или несколькими вставками из постоянных магнитов, установленными с учетом подключения соседних вставок положительными полюсами к отрицательным. Технический результат заключается в повышении производительности и надежности, а также расширении функциональных возможностей.
Однако в данном решении не раскрывается возможность использования интроскопа в обсадных колоннах разного диаметра.
Известно выбранное в качестве прототипа решение, раскрывающее способ электромагнитной дефектоскопии эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин (RU2651732C1, опубл. 23.04.2018). Изобретение относится к способу электромагнитной дефектоскопии эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является упрощение технологии обнаружения и разделения дефектов, расположенных на внутренней и внешней стенках эксплуатационной колонны, обеспечение высокой точности обнаружения и разделения дефектов. Способ электромагнитной дефектоскопии эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин включает возбуждение электромагнитного поля в стальных эксплуатационных колоннах, измерение и обработку сигналов электромагнитного поля, преобразование сигналов в цифровую форму, передачу их на поверхность и компьютерную обработку. Возбуждение электромагнитного поля производят электромагнитом в два этапа. На первом этапе на электромагнит подают ток питания 500-600 мА, при котором происходит полное магнитное насыщение металла по всей толщине, производят замер и регистрацию электромагнитного поля. На втором этапе ток питания электромагнита уменьшают до 100 мА, уменьшая величину магнитного насыщения толщины металла, и производят замер и регистрацию электромагнитного поля. Затем производят сравнение двух зарегистрированных замеров. При этом замеры электромагнитного поля с малым током питания дают информацию о внутренних и сквозных дефектах. Наличие и характер наружных дефектов определяют путем вычитания из зарегистрированных замеров электромагнитного поля с полным магнитным насыщением зарегистрированных замеров электромагнитного поля с меньшим магнитным насыщением.
Однако в данном решении не раскрывается возможность использования интроскопа в обсадных колоннах разного диаметра.
Раскрытие изобретения
В одном аспекте изобретения раскрыт интроскоп магнитный скважинный, содержащий:
- корпус, содержащий блок электроники и блок намагничивания;
- блок намагничивания, выполненный с возможностью создания магнитного поля достаточного для намагничивания обсадной колонны скважины;
- блок электроники, выполненный с возможностью управления блоком намагничивания и приема данных от магниточувствительных датчиков;
- множество лыж, выполненных с возможностью закрепления своими концами на корпусе;
- множество магниточувствительных датчиков, закрепленных на лыжах и связанных с блоком электроники,
отличающийся тем, что
каждая лыжа выполнена с возможностью закрепления одного конца по меньшей мере в двух положениях, причем в первом положении средняя часть лыжи отведена от корпуса на первое расстояние, а во втором положении средняя часть лыжи отведена от корпуса на второе расстояние, отличающееся от первого.
В дополнительных аспектах раскрыто, что один конец каждой лыжи закреплен на кольце, выполненном с возможностью фиксации в двух положениях на корпусе интроскопа; блок намагничивания выполнен с дополнительной возможностью изменять параметры создаваемого магнитного поля в зависимости от места закрепления лыж.
В другом аспекте изобретения раскрыта лыжа интроскопа, содержащая:
- металлический корпус лыжи, выполненный в виде гибкой полосы металла;
- закрепленный на корпусе лыжи магниточувствительный датчик, выполненный с возможностью восприятия магнитного поля от обсадной колонны скважины, отличающийся тем, что
лыжа выполнена с возможностью крепления на корпусе интроскопа в двух положениях, в которых средняя часть лыжи отведена от корпуса интроскопа на разные расстояния.
В дополнительных аспектах раскрыто, что на обоих концах полосы корпуса лыжи выполнены боковые вырезы для зацепления на соответствующих выступах корпуса интроскопа; боковые вырезы на одном конце выполнены так, чтобы обеспечить возможность движения лыжи вдоль интроскопа в предварительно заданных пределах, а на другом конце выполнены по существу без возможности движения лыжи вдоль интроскопа.
Основной задачей, решаемой заявленным изобретением, является определение состояния обсадных колонн разного диаметра.
Сущность изобретения заключается в том, что «лыжи» интроскопа и корпус интроскопа выполнены так, чтобы обеспечивать возможность исследования обсадных колонн разного диаметра. Для этого обеспечена возможность закрепления концов лыжи в нескольких областях корпуса интроскопа, чтобы середина лыжи, содержащая магниточувствительный датчик, отводилась от корпуса интроскопа на требуемое расстояние, связанное с диаметром исследуемой обсадной колонны.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в возможности исследовать обсадные колонны разного диаметра одним интроскопом.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает принципиальный вид лыжи.
Фиг.2 показывает два положения закрепления лыжи.
Фиг.3 показывает вид закрепленной на корпусе лыжи.
Осуществление изобретения
Эксплуатация нефтяных и газовых скважин осуществляется при комплексном воздействии неблагоприятных внешних факторов: температуры, вибрации, давления, агрессивной среды, механического воздействия на колонну. При этом обеспечение катодной защиты скважин, а также применение ингибиторов коррозии зачастую затруднено и не всегда приводит к эффективному предотвращению коррозии элементов конструкции скважин. Наибольшее воздействие указанных причин характерно в отношении обсадных колонн скважин.
Важной технической задачей, стоящей перед нефтяными компаниями, является оценка технического состояния (ОТС) скважин, обеспечивающая эффективность планирования и осуществления ремонтных работ, выбора режима эксплуатации скважины, соответствующего ее техническому состоянию, определения рационального способа антикоррозионной защиты и т.п. Основной элемент ОТС скважин – дефектоскопия обсадных колонн. Для обследований традиционно применяются методы электромагнитной дефектоскопии, которые реализуются с помощью интроскопов.
Магнитные методы выявления дефектов внутренней структуры колонны основаны на индикации и анализе магнитных полей рассеяния, возникающих в местах расположения дефектов. При помещении изделия в магнитное поле магнитный поток в месте расположения дефекта выходит за пределы поверхности изделия, образуя магнитные полюсы.
Эффективным для диагностирования дефектов сплошности в обсадных колоннах скважин является метод магнитной интроскопии, позволяющий выявлять дефекты труб под слоем коррозионных и парафино-солевых отложений и осуществлять оценочное измерение их геометрических размеров.
Принцип действия интроскопа основан на методе регистрации утечки магнитного потока. Традиционно интроскоп содержит блок намагничивания устройство и многоэлементную систему из датчиков утечки магнитного потока. Блок намагничивания создает в стенках обсадной колонны магнитный поток. При прохождении через область стенки колонны с дефектами или иными особенностями у внутренней поверхности стенки колонны формируется магнитный рельеф в виде суперпозиции магнитного поля намагничивания и магнитного поля рассеяния от дефектов и особенностей колонны. При перемещении интроскопа внутри колоны осуществляется считывание магнитного рельефа, по величине и характеру распределения которого можно судить о параметрах дефектов и особенностей стенки обсадной колонны.
Интроскопы работают в сложных условиях и поэтому конструктивно представляют собой герметичный предпочтительно металлический корпус, внутри которого находится блок намагничивания и блок электроники для управления блоком намагничивания и другими элементами интроскопа и обработки сигналов, снаружи корпуса находится «лыжа». Корпус выполнен по существу в форме цилиндра, так как он перемещается в трубах. Корпус соединен со средствами спуска и подъема интроскопа, со средствами подачи электропитания, со средствами обмена данными, расположенными на поверхности с помощью предназначенных для этого кабелей.
Средства спуска и подъема не раскрываются в данной заявке, так как не имеют отношения к сущности решения, основное их назначение – контролируемый спуск и подъем интроскопа внутри обсадных колонн.
Средство подачи электропитания представляет собой источник постоянного тока, посредством электрического кабеля через герметичный ввод связанный с потребителями тока внутри интроскопа.
Средство обмена данными может быть связано с интроскопом посредством упомянутого электрического кабеля либо посредством отдельной линии передачи данных.
Блок намагничивания представляет собой магнит того или иного типа, что не относится к сущности заявляемого решения. Его функциональность сводится к намагничиванию исследуемых обсадных колонн до заданного уровня.
Блок электроники осуществляет по меньшей мере считывание параметров магнитного поля от обсадных колонн с помощью магниточувствительных датчиков, расположенных на «лыжах» и передачу считанных сигналов на поверхность. Дополнительно блок электроники может измерять толщину стенок колонн и любые другие параметры, что не относится к сущности предложенного решения. Существенным требованием к блоку электроники является лишь прием и обработка данных от магниточувствительных датчиков, расположенных на «лыжах». Используемый блок электроники по аппаратной реализации не отличается существенно от блоков электроники известных из уровня техники, может отличаться лишь его программная часть, что связано с использованием заявленного интроскопа для колонн разного диаметра.
Лыжа представляет собой гибкую вытянутую пластину, обоими концами закрепленную на корпусе интроскопа, причем закрепление осуществляется таким образом, чтобы середина лыжи была отведена от корпуса на такое расстояние, чтобы по существу прикасаться к стенкам обсадной колонны. В средней части лыжи закрепляется по меньшей мере один магниточувствительный датчик. Тип датчика подбирается исходя из условий эксплуатации, требований по точности, ограничений по размерам и т.д.
На корпусе интроскопа закреплено множество лыж, так чтобы охватить весь периметр исследуемой колонны. Таким образом, при движении интроскопа по обсадной колонне в первую единицу времени с помощью датчиков измеряются параметры на одном уровне колонны, во вторую единицу времени измеряются параметры на другом уровне колонны и т.д. Затем все данные о параметрах колонны на разных уровнях объединяют и получают данные о параметрах по всей исследованной длине колонны.
Конкретный способ обработки данных, конкретный способ намагничивания колонны, место расположения и тип датчиков не раскрыты в данной заявке, так как они не относятся к сущности решения.
Датчики связаны с блоком электроники через герметичные соединения, чтобы избежать попадания скважинной жидкости внутрь интроскопа.
В некоторых вариантах осуществления магнитная система обеспечивает намагничивание участка колонны до состояния технического насыщения, в других вариантах осуществления магнитная система обеспечивает намагничивание участка колонны до предварительно заданного уровня, что не относится к сущности решения, также как конструктивные параметры магнитной системы.
Обычно для каждого диаметра труб обсадной колонны используется интроскоп соответствующего диаметра. Существующие магнитные интроскопы позволяют диагностировать только трубы стандарта 5 дюймов с внутренними диаметрами от 124 до 133 мм, или трубы стандарта 6 дюймов с внутренними диаметрами от 144 до 155 мм. Аналогичная ситуация для колонн 4 и 7 дюймов.
Соответственно для исследования труб четырех разных диаметров требуется четыре интроскопа, что приводит к существенным затратам на производство, транспортировку и обслуживание интроскопов всех необходимых диаметров.
Разработчиками был предложен интроскоп, который может работать в трубах по меньшей мере двух размеров, например, 4 и 5 дюймов или 6 и 7 дюймов.
Схема предложенной лыжи 100 показана на фиг.1, на которой обозначены участки 101, 102, 103 для закрепления лыжи на корпусе интроскопа. Благодаря тому, что лыжа изготовлена из гибкого материала при закреплении на корпусе интроскопа в участках 101 и 102 лыжа отгибается от корпуса интроскопа на одно значение, а при закреплении в тех же точках корпуса интроскопа в участках 101 и 103, лыжа отгибается от корпуса на большее значение.
Участок 101 может быть выполнен таким, чтобы обеспечивать некоторый свободный ход лыжи в направлении вдоль корпуса интросокопа.
Внешний вид лыжи закрепленной на корпусе интроскопа показан на фиг.2, на которой 200 – корпус интроскопа, 201 – лыжа, закрепленная в участках 101 и 103, а 202 – лыжа, закрепленная в участках 101 и 102.
Схема крепления лыжи показана на фиг.3, на которой лыжа 300 закреплена на корпусе 303 интроскопа с помощью вырезов в корпусе лыжи  300 и выступов 301 и 302. На фиг.3 участок 304 лыжи свободен, а лыжа закреплена в участке 305, при необходимости закрепление может быть осуществлено в участке 304 лыжи, что изменяет отклонение средней части лыжи от корпуса и обеспечивает приближение лыжи к стенкам обсадной колонны.
Предложенная конструкция лыжи 300 обеспечивает удобство установки ее в корпус интроскопа, однако требует дополнительной фиксации лыжи 300, чтобы она не вылетала из выступов в направлении перпендикулярном корпусу интроскопа. Для этой цели используются специальные накладки, которые закрепляются сверху лыж над выступами 301 и 302. Накладки могут быть заменены кольцом.
В некоторых вариантах осуществления корпус интроскопа содержит переустанавливаемое кольцо с выступами для зацепления лыж, лыжи закрепляются на кольце, а кольцо перемещается и закрепляется в разных точках интроскопа. В предпочтительном варианте лыжи закрепляются в двух разных положениях, однако возможны варианты, в которых закрепление осуществляется в трех и более положениях, чтобы обеспечить возможность исследования обсадных колонн трех и более диаметров.
Для повышения эффективности исследования состояния обсадной колонны блок электроники выполнен с возможностью изменять ток блока намагничивания, чтобы изменять напряженность создаваемого в обсадной колонне магнитного поля и тем самым изменять намагниченность колонны.
Блок намагничивания предпочтительно представляет собой электромагнит, выполненный с возможностью создавать магнитное поле, обеспечивающее намагничивание трубы обсадной колонны до состояния технического насыщения.
Описание работы устройства
Принцип действия предложенного интроскопа не отличается от принципа действия известных интроскопов: при движении по обсадной колонне с помощью магнитной системы интроскопа осуществляется намагничивание стенок обсадной колонны, далее осуществляется считывание параметров обсадной колонны с помощью магниточувствительных датчиков, закрепленных на лыжах интроскопа, далее сигнал от датчиков регистрируется с помощью блока электроники, при необходимости предварительно обрабатывается и отправляется на поверхность, где он обрабатывается предназначенными для этого программно-аппаратными средствами и делается вывод о состоянии обсадной колонны и наличии дефектов.
Вариант 1 осуществления
В первом варианте осуществления корпус интроскопа представляет собой металлический цилиндр диаметром 92 мм, на корпусе которого расположено 20 лыж с магниточувствительными датчиками, в каждой лыже установлено два датчика Холла, блок намагничивания выполнен с возможностью создания магнитного поля достаточного для намагничивания до состояния технического насыщения обсадной колонны диаметром 6 и 7 дюймов.
Настройка блока намагничивания, как и установка лыж в требуемом положении происходит после определения диаметра колонны для исследования.
Лыжи закрепляются на выступах на корпусе интроскопа с помощью предназначенных для этого прижимных пластин, которые в свою очередь крепятся к корпусу интроскопа с помощью резьбовых соединений.
Вариант 2 осуществления
Во втором варианте осуществления корпус интроскопа представляет собой металлический цилиндр диаметром 140 мм, на корпусе которого расположено 24 лыжи с двумя магниточувствительными датчиками на каждой лыже, блок намагничивания выполнен с возможностью создания магнитного поля достаточного для намагничивания до состояния технического насыщения обсадной колонн диаметром 6 и 7 дюймов.
Настройка блока намагничивания, как и установка лыж в требуемом положении происходит после определения диаметра колонны для исследования.
Лыжи закрепляются на кольце, которое в свою очередь закрепляется в одном из двух положений (для колонны диаметром 6 или 7 дюймов) на корпусе интроскопа.
Такое исполнение позволяет быстрее настроить интроскоп для работы с обсадными колоннами разных диаметров, так как настраивается положение одного кольца, а не каждой лыжи отдельно.
Вариант 3 осуществления
В этом варианте осуществления, основанном на втором варианте осуществления, кольцо выполнено с возможностью закрепления в одном из трех положений, что позволяет использовать интроскоп для обсадных колонн трех диаметров.
Вариант 4 осуществления
В этом варианте осуществления, основанном на втором варианте осуществления, кольцо может двигаться вдоль корпуса интроскопа в предварительно заданном диапазоне и может быть закреплено в любой точке этого диапазона, что позволяет точно настроить интроскоп под обсадные колонны разного диаметра.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации изложенной в описании и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспчивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.
Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.
Любые числовые значения, изложенные в материалах настоящего описания или на фигурах, предназначены для включения всех значений от нижнего значения до верхнего значения приращениями в один единичный элемент, при условии что есть интервал по меньшей мере в два единичных элемента между любым нижним значением и любым верхним значением. В качестве примера, если изложено, что величина составляющей или значения технологического параметра, например, такого как температура, давление, время, и тому подобное, например, имеет значение от 1 до 90, предпочтительно от 20 до 80, более предпочтительно от 30 до 70, подразумевается, что значения, такие как от 15 до 85, от 22 до 68, от 43 до 51, от 30 до 32, и т.д., в прямой форме перечислены в этом описании изобретения. Что касается значений, которые являются меньшими, чем единица, при необходимости, один единичный элемент считается имеющим значение 0,0001, 0,001, 0,01 или 0,1. Таковые являются всего лишь примерами того, что определенно подразумевается, и все возможные комбинации многочисленных значений между перечисленными самым низким значением и самым высоким значением должны считаться изложенными в прямой форме в этой заявке подобным образом.