ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 2003 года по МПК E21B49/00 G01N27/90 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано для выявления дефектов колонн и перфорационных отверстий при электромагнитной дефектоскопии труб, расположенных в скважине: бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб.

Известен электромагнитный дефектоскоп PAT фирмы Шлюмберже (Corrosion Evaluation. - проспект фирмы: Schlumberger Wireline Testing, стр.42), содержащий электромагнит, расположенный в центре прибора и питаемый низкочастотным током и окружающие его несколько приемных катушек, измеряющих магнитный поток. Изменение сигнала в приемных катушках отражает изменение толщины стенок колонны. Однако данные измерения магнитного потока не позволяют обнаружить малые дефекты колонны, в частности перфорационные отверстия. Эта же аппаратура PAT дополнительно содержит несколько малых зондов, использующих высокочастотные вихревые токи, которые отражают, кроме мелких дефектов, множество случайных изменений свойств внутренней поверхности трубы, что сильно затрудняет интерпретацию.

Известны также метод и устройство для неразрушающей проверки металлических труб в скважинах, использующее постоянное магнитное поле, содержащее электромагнит для создания магнитного потока и передачи его в трубы, детекторные башмаки, которые при перемещении контактируют с внутренней поверхностью труб и регистрируют магнитный поток (патент США 4751460, кл. G 01 N 27/37).

Недостатком устройства является высокая чувствительность к загрязнению внутренних стенок колонны парафином и отложениями солей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является прибор для контроля обсадных труб фирмы Халлибартон, использующий переменное электромагнитное поле. Прибор содержит однозондовую систему, состоящую из генераторной катушки и пары измерительных катушек, включенных дифференциально и отнесенных от генераторной вдоль оси скважины (Halliburton Logging Services. Casing Inspection Log. - Technical Book For Customer Distribution, Copiright 1985, A Halliburton Company.-P.8-9.).

Недостатком прибора является относительно слабая чувствительность к дефектам колонны малых размеров и невозможность по отдельности выявлять дефекты, расположенные в разных стенках трубы.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения чувствительности устройства к малым дефектам и раздельное выделение дефектов по разным стенкам колонны.

Для решения этой задачи электромагнитный скважинный дефектоскоп, содержащий корпус, генераторную катушку, дифференциально соединенные измерительные катушки, удаленные от генераторной вдоль оси прибора, блок электроники, имеет более чем одну пару измерительных катушек, прижимаемых к стенке скважины, генераторная катушка выполнена в виде соленоида длиной более двух диаметров изучаемой скважины, а магнитная ось измерительных катушек ориентирована перпендикулярно оси дефектоскопа. Магнитные оси катушек одной пары расположены под углом относительно осей другой пары.

Измерительные катушки расположены в двух или более парах контейнеров, прижимаемых к стенке скважины с помощью пружин сжатия, оси которых ориентированы перпендикулярно оси дефектоскопа и смещены на одинаковое расстояние от этой оси. Количество пружин сжатия не менее 4.

На фиг.1 показан общий вид электромагнитного дефектоскопа, схема расположения измерительных и генераторной катушек - фиг.2.

Дефектоскоп содержит генераторную катушку 1, длиной более чем в два раза превышающей диаметр изучаемой скважины, и несколько пар дифференциально соединенных измерительных катушек 2. Магнитные оси измерительных катушек ориентированы перпендикулярно оси прибора и перпендикулярно стенкам изучаемой колонны. Измерительные катушки размещены в контейнерах 3, прижимаемых к стенкам изучаемой колонны пружинами сжатия 4. Магнитные оси катушек одной пары расположены под углом относительно осей другой пары. В описываемом конкретном примере конструкции измерительные катушки расположены в двух парах контейнеров, расположенных выше и ниже генераторной катушки, при этом нижняя пара контейнеров расположена со сдвигом на 90^o относительно верхней, в результате чего обеспечивается перекрытие внутренней поверхности колонны. Количество используемых пар контейнеров и измерительных установок может быть и большим. Каждая пара контейнеров прижимается к внутренним стенкам колонны четырьмя или более пружинами. Оси пружин перпендикулярны оси прибора и смещены от нее в стороны, так что пружины образуют симметричные пары. Блок электроники 5 содержит генераторные и измерительные устройства, устройство управления и скважинную часть цифровой телеметрической системы для передачи информации на поверхность.

Дефектоскоп работает следующим образом. По генераторной катушке 1, магнитная ось которой совпадает с осью прибора, пропускается переменный ток, возбуждающий в окружающей стальной трубе круговые вихревые токи. Переменное магнитное поле этих токов регистрируется измерительными катушками 2, расположенных в контейнерах 3 и прижимаемых во время движения прибора к стенке скважины пружинами 4. При прохождении измерительных катушек мимо дефектов в стенке колонны, например отверстий, коррозионных язв, трещин, отмечаются характерные изменения магнитного поля, фиксируемые дифференциально включенными измерительными катушками. С помощью блока электроники 5 осуществляется преобразование информации, регистрируемой измерительными катушками, в цифровую форму и передача ее на поверхность.

Предложенное устройство позволяет обнаруживать естественные и искусственно созданные дефекты обсадных колонн, в том числе отверстия сверлящей и кумулятивной перфорации. Каждая пара измерительных катушек выделяет только те дефекты, которые расположены на участке колонны, к которому прижаты эти катушки. Таким образом, раздельно выделяются дефекты, расположенные в разных секторах колонны. Использование соленоида определенной длины в качестве генераторной катушки, а также расположение магнитных осей измерительных катушек перпендикулярно стенкам колонны обеспечивает наилучшее соотношение величины аномалии против дефекта к колебаниям фона, обусловленных вариациями электромагнитных свойств. Наличие нескольких пружин сжатия, разнесенных в стороны от оси прибора, обеспечивает равномерный прижим внешней поверхности контейнера к стенке колонны, в частности при отклонении оси прибора от центра скважины.

На фиг. 3 показан пример выделения перфорационных отверстий с помощью предложенного устройства, где 6 - схема расположения перфорационных отверстий в колонне, 7-10 - запись четырьмя зондами верхней и нижней измерительных установок. В исследуемой скважине с помощью перфоратора было пробито 5 перфорационных отверстий, расположенных по двум образующим. Как видно из примера, левый зонд верхней измерительной установки (кривая 7) отметил два перфорационных отверстия, а правый зонд верхней измерительной установки (кривая 9) - три перфорационных отверстия, остальные два зонда отверстий не встретили.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано для выявления дефектов колонн и перфорационных отверстий при электромагнитной дефектоскопии труб, расположенных в скважине: бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб. Техническим результатом является выявление дефектов колонн и перфорационных отверстий при электромагнитной дефектоскопии труб, расположенных в скважине бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб. Устройство содержит корпус, генераторную катушку, дифференциально соединенные измерительные катушки, удаленные от генераторной вдоль оси прибора, блок электроники. При этом дефектоскоп имеет более чем одну пару измерительных катушек, прижимаемых к стенке скважины. Генераторная катушка выполнена в виде соленоида длиной более двух диаметров изучаемой скважины. Причем магнитная ось измерительных катушек ориентирована перпендикулярно оси дефектоскопа. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитный скважинный дефектоскоп, содержащий корпус, генераторную катушку, дифференциально соединенные измерительные катушки, удаленные от генераторной вдоль оси прибора, блок электроники, отличающийся тем, что дефектоскоп имеет более чем одну пару измерительных катушек, прижимаемых к стенке скважины, генераторная катушка выполнена в виде соленоида длиной более двух диаметров изучаемой скважины, при этом магнитная ось измерительных катушек ориентирована перпендикулярно оси дефектоскопа. 2. Электромагнитный скважинный дефектоскоп по п. 1, отличающийся тем, что магнитные оси катушек одной пары расположены под углом относительно осей другой пары. 3. Электромагнитный скважинный дефектоскоп по п. 1, отличающийся тем, что измерительные катушки расположены в двух или более парах контейнеров, прижимаемых к стенке скважины с помощью пружин сжатия, оси которых ориентированы перпендикулярно оси дефектоскопа и смещены на одинаковое расстояние от этой оси. 4. Электромагнитный скважинный дефектоскоп по п. 3, отличающийся тем, что количество пружин сжатия в каждой паре контейнеров не менее 4.