СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР-ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 1997 года по МПК E21B47/00 E21B47/12 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при проведении электрического каротажа скважин, в том числе для дефектоскопии металлических труб, например, расположенных в скважине, в частности стальных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, а также для одновременного измерения толщины стенок каждой из труб многоколонной конструкции.

Известно устройство для неразрушающего контроля обсадных колонн в скважине, содержащее немагнитный корпус, в котором размещены электронный блок и цилиндрический магнит с двумя равными выступами, на которых установлены дифференциально соединенные измерительные катушки, и каротажный кабель, соединенный с блоком регистрации. Устройство позволяет детально фиксировать дефекты на внутренней стенке обсадной трубы [1] Данное устройство обладает низкой чувствительностью и избирательностью измерений и не позволяет определять наличие дефектов во второй и третьей трубах в скважинах с многоколонной конструкцией осадных труб.

Известно устройство для электромагнитного каротажа и дефектоскопии обсадных труб в скважинах, включающее генераторную и измерительные катушки индуктивности, генератор электромагнитных импульсов, каротажный кабель и регистрирующую аппаратуру [2] Недостатком устройства является низкая чувствительность к дефектам малой длины вдоль оси скважины.

Известно устройство для электромагнитной дефектоскопии колонны обсадных труб (прототип), содержащее генераторную систему с генераторными катушки индуктивности, генератором и таймером, и измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и предусилителем, скважинный усилитель, соединенный с узлом передачи сигнала по кабелю, на выходах которого расположены наземный усилитель и устройство управления, соединенные со стробирующим устройством, устройство выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистратор, соединенные между собой [3] Недостатком устройства является низкая точность определения толщины стенок обсадных труб из-за влияния изменений магнитной проницаемости и электропроводности металлических обсадных труб на результаты измерений.

Целью изобретения является повышение точности определения толщины стенки обсадной трубы за счет учета электромагнитных свойств материала трубы, повышение точности измерений за счет отсутствия хаотичных переключений коэффициента усиления в условиях высокого уровня помех, повышение точности интегрирования сигнала в результате применения интегратора с расширенным динамическим диапазоном, а также за счет улучшения соотношения сигнал/шум вследствие применения двухполярного генератора и интегратора совместно с устройством выборки и хранения сигнала.

Это достигается тем, что скважинный электромагнитный толщиномер-дефектоскоп, включающий генераторную систему с генераторными катушками индуктивности, генератором и таймером, и измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и предусилителем, скважинный усилитель, соединенный с узлом передачи сигнала по кабелю, на выходах которого расположены наземный усилитель и устройство управления, соединенные со стробирующим устройством, и устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистратор, соединенные между собой, дополнительно содержит автоматический переключатель коэффициента усиления, вход которого подключен к выходам измерительной системы и таймера, а выход соединен со входом скважинного усилителя, и интегратор, состоящий из набора резисторов, коммутирующих электронных ключей, операционного усилителя и конденсатора с ключом сброса напряжения, выход стробирующего устройства подключен ко входу набора резисторов, коммутируемых электронными ключами, которые подсоединены к первому выходу устройства управления, второй выход которого соединен со входом ключей сброса напряжения, в цепь обратной связи операционного усилителя, соединенного с набором резисторов, подключены конденсатор и ключ сброса напряжения, выход операционного усилителя соединен со входом устройства выборки и хранения, причем после витков и параметры сердечников генераторной и измерительной катушек индуктивности выбирают таким образом, чтобы время затухания переходного процесса в устройстве не превышало 2•10^-4с, а генератор выполнен двухполярным.

На чертеже представлена структурная блок схема скважинного электромагнитного толщиномера-дефектоскопа.

Устройство содержит генераторную систему с генераторной катушкой, соединенной через шунтирующее сопротивление с двухполярным генератором 5, таймером 7, один выход которого подключен к управляющему входу автоматического переключателя коэффициента усиления 8, а второй выход к генератору 5, измерительную систему с измерительной катушкой 2, соединенной через шунтирующее сопротивление 4 с предусилителем 6 выход которого подключен ко входу автоматического переключателя коэффициента усиления 8, выход которого соединен со входом скважинного усилителя 9, узел передачи сигнала по кабелю 10, вход которого соединен с выходом скважинного усилителя 9, а выход со входом наземного усилителя 11 и со входом устройства управления 12 стробирующее устройствао 13, один вход которого соединен с первым выходом устройства управления, а второй вход с наземным усилителем 11, выход стробирующего устройства 13 соединен с первым входом набора резисторов 14, второй вход которого соединен через электронные ключи 15 со вторым выходом устройства управления 12, выход набора резисторов 14 соединен со входом операционного усилителя 16 в цепь обратной связи которого подключены конденсатор 17 и ключ сброса напряжения 18, управляющий вход которого соединен с третьим выходом устройства управления 12, интегратор, образуемый набором резисторов 14, коммутирующими электронными ключами 15, конденсатором 17 с ключом сброса напряжения 18 и операционным усилителем 16, устройство выборки и хранения сигнала 19, вход которого соединен с выходом операционного усилителя 16, а выход связан через аналого-цифровой преобразователь 20 со входом цифрового регистратора 21.

Скважинный электромагнитный толщиномер-дефектоскоп работает следующим образом. Генератор 5 вырабатывает чередующиеся паузами двухполярные импульсы тока, которые пропускаются по генераторной катушке индуктивности 1, переменное электромагнитное поле которой возбуждает в окружающих стальных обсадных трубах вихревые токи, магнитное поле которых регистрируется измерительной катушкой индуктивности 2. Принятый сигнал усиливается предусилителем 5 и подается на переключатель коэффициента усиления 8. По сигналам таймера 7 в фиксированные моменты автоматический переключатель коэффициента усиления 8 изменяет коэффициент усиления скважинного усилителя 9 на фиксированную величину. Сигнал с выхода скважинного усилителя передается по кабелю с помощью узла передачи сигнала по кабелю 10 на вход наземного усилителя 11 и на вход устройства управления 12. Стробирующее устройство 13 с помощью управляющих импульсов, приходящих от устройства управления 12, в требуемые интервалы времени после выключения импульса тока выделяет из сигнала вырезки (стробы), длительность которых увеличивается по мере увеличения времени. Стробы подаются на вход набора резисторов 14 интегратора. Устройство управления 12 с помощью электронных ключей 15 переключает резисторы в наборе резисторов 14 таким образом, что суммарное сопротивление в цепи устанавливается пропорционально длительности стробов. После окончания очередного строба сигнал с выхода операционного усилителя 16 передается на устройство выборки и хранения 19, далее на аналого-цифровой преобразователь 20 и цифровой регистратор 21. После этого по сигналу от устройства управления 12 ключ сброса напряжения 18 замыкается, разряжая конденсатор 17 подготавливая таким образом устройство к обработке следующего строба. При этом за один цикл измерений одновременно обрабатываются несколько стробов (от 8 до 14), измеренных в разное время. Для обеспечения возможности изучения процесса становления поля в обсадной трубе как на ранних временах, от единиц миллисекунд, так и на более поздних временах, число витков и параметры сердечников генераторной и измерительной катушек индуктивности выбирают таким образом, чтобы время затухания переходного процесса в устройстве не превышало 2•10^-4 с. Автоматическое переключение коэффициента усиления в фиксированные моменты позволяет избежать хаотичных переключений коэффициента усиления в условиях высокого При этом время переключения и коэффициенты усиления выбираются исходя из ожидаемого диапазона изменения сигнала. Изменение сопротивления в схеме интегрирующего устройства пропорционально изменению длительности измерительных стробов, организуемое устройством управления, обеспечивает расширение динамического диапазона интегратора и повышение точности интегрирования.

Предложенное устройство позволяет выявлять и определять местоположение дефектов стенок труб, местоположение всех основных конструктивных элементов скважины (пакерные системы, клапаны, центрирующие фонари, башмаки колонны, зоны перфорации) и измерять толщину стенки первой колонны с точностью до 0,5 мм и второй колонны с точностью до 1,5 мм.

Использование: изобретение может быть использовано при проведении электрического каротажа скважин, в том числе для дефектоскопии металлических труб, например, расположенных в скважине, в частности стальных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, а также для одновременного измерения толщины стенок каждой из труб многоколонной конструкции. Сущность изобретения: скважинный электромагнитный толщиномер-дефектоскоп, содержит генераторную систему с генераторными катушками индуктивности, двухполярным генератором и таймером, измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и предусилителем, скважинный усилитель, соединенный с узлом передачи сигнала по кабелю, на выходах которого расположены наземный усилитель и устройство управления, соединенные со стробирующим устройством, и устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистратор, соединенные между собой. Устройство дополнительно содержит автоматический переключатель коэффициента усиления, интегратор, состоящий из набора резисторов, коммутирующих электронных ключей, операционного усилителя и конденсатора с ключом сброса напряжения. Число витков и параметры сердечников генераторной и измерительной катушек индуктивности выбирают таким образом, чтобы время затухания переходного процесса в устройстве не превышало 2•10^-4 с. 1 ил.

Скважинный электромагнитный толщиномер-дефектоскоп, содержащий генераторную систему с генераторными катушками индуктивности, генератором и таймером и измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и предусилителем, скважинный усилитель, соединенный с узлом передачи сигнала по кабелю, на выходах которого расположены наземный усилитель и устройство управления, соединенные со стробирующим устройством, и устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистратор, соединенные между собой, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит автоматический переключатель коэффициента усиления, входы которого подключены к выходам измерительной системы и таймера, а выход соединен с входом скважинного усилителя, и интегратор, состоящий из набора резисторов, коммутирующих электронных ключей, операционного усилителя и конденсатора с ключом сброса напряжения, выход стробирующего устройства подключен ко входу набора резисторов, коммутируемых электронными ключами, которые подсоединены к первому выходу устройства управления, второй выход которого соединен с входом ключей сброса напряжения, в цепь обратной связи операционного усилителя, соединенного с набором резисторов, подключены конденсатор и ключ сброса напряжения, выход операционного усилителя соединен с входом устройства выборки и хранения, причем число витков и параметры сердечников генераторной и измерительной катушек индуктивности выбирают таким образом, чтобы время затухания переходного процесса в устройстве не превышало 2 • 10^- 4с, а генератор выполнен двуполярным.