СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ Российский патент 2013 года по МПК E21B47/85 G01N27/90 

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:

$$\Phi =\frac{4\pi NI}{R_{mc}+R_{mк}+R_{mз}}$$

где N - число витков соленоида,

I - количество витков соленоида,

R_mс - магнитное сопротивление сердечника,

R_mк - магнитное сопротивление участка колонны,

К_mз - магнитное сопротивление зазора

$$R_{mз}=\frac{l_3}{S_3{\mu }_3}$$

1_з - длина магнитного зазора,

S₃ - площадь магнитного зазора,

µ_з - 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.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважине и может быть применено при электромагнитной дефектоскопии многоколонных конструкций стальных труб. Способ заключается в излучении зондирующих импульсов с помощью генераторного соленоида, расположенного внутри исследуемых труб, ось которого совпадает с осью исследуемых труб, и измерении ЭДС, наведенной в приемных катушках процессом спада электромагнитного поля. При этом измеряют 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. Технический результат заключается в расширении области применения и повышении качества дефектоскопии труб. 10 ил.

Способ электромагнитной дефектоскопии стальных труб, заключающийся в излучении зондирующих импульсов с помощью генераторного соленоида, расположенного внутри исследуемых труб, ось которого совпадает с осью исследуемых труб, и измерении ЭДС, наведенной в приемных катушках процессом спада электромагнитного поля, отличающийся тем, что измеряют магнитный поток на торце генераторного соленоида на расстоянии r от его оси по N секторам в радиальном направлении.