Устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб Российский патент 2020 года по МПК G01N27/82 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к дефектоскопии труб при помощи магнитных исследований во время спускоподъемных операций.

Известно устройство для остановки поднимаемой бурильной колонны (ав.св. SU № 1332003, МПК E21B 44/00, E21B 19/08, опубл. 23.08.1987 в Бюл. № 31), содержащее талевый блок с элеватором, буровую лебедку с ленточным тормозом, оперативную шинно-пневматическую муфту, клиновый захват, командоаппарат, сигнализатор замков, блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, датчик веса, датчик перемещения талевого блока и датчик скорости талевого блока отличающееся тем, что, с целью повышения точности остановки колонны бурильных труб в конце цикла ее подъема на дли- ну свечи, устройство снабжено блоком сигнализатора замков, блоком вычисления. положения замка, блоком вычитания оптимальных положений талевого блока, задатчиком числа труб в свече, задатчиком положения сигнализатора замков и шаговым двигателем, при этом сигнализатор замков двумя входами и выходами соединен с соответствующими входами и выходами блока сигнапизатора замков, выход‚ задатчика числа труб в свече подключен к третьему входу блока сигнализатора замков, третий выход которого соединен с первым входом блока вычисления положения замка, выход задатчика положения сигнализатора замков соединен с вторым входом блока вычисления положения замка, два выхода датчика перемещения талевого блока подключены к третьему и четвертому входам блока вычисления положения замка, выход которого соединен с первым входом блока отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, выход датчика скорости талевого блока соединен с первым, а выход датчика веса - с вторым входом блока вычисления оптимальных положений талевого блока, два выхода которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, причем первый выход блока отключения лебедки при подъеме за- груженного элеватора подключен к исполнительному механизму отключения приводного двигателя буровой лебедки, второй - к исполнительному механизму отключения оперативной шинно-пневматической муфты, а третий - с обмоткой управления шаговым двигателем, вал которого сочленен с валом командоаппарата, при этом первый выход командоаппарата соединен с четвертым – с входом блока сигнализатора замков, второй выход командоаппарата соединен с исполнительным механизмом включения клинового захвата, командоаппарата соединен с исполнительным механизмом включения, а четвертый выход - с исполнительным механизмом отключения ленточного тормоза.

Недостаткам данного устройства являются отсутствие индивидуализации труб, что требует повторной перепроверки полученных результатов, и дефектоскопии поднимаемых или опускаемых труб.

Наиболее близким по технической сущности является интроскоп магнитный скважинный (патент RU № 2382357, МПК G01N 27/82, G01V 3/28, опубл. 20.02.2010 в Бюл. № 5), состоящий из скважинного модуля и наземной диагностической системы, содержащей геофизический подъемник, геофизический кабель, сельсин, жестко закрепленный на поверхности земли относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения геофизического кабеля, блок наземной электроники, включающей в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством геофизического кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс, причем спуск в скважину и подъем из скважины скважинного модуля осуществляется с помощью геофизического подъемника и геофизического кабеля, отличающийся тем, что скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде гантелеобразного магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок эксплуатационной колонны, расположенный между полюсов гантелеобразного магнитопровода, до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии эксплуатационной колонны, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде строки из N магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов гантелеобразного магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый из N информационных входов которой связан с выходом одного из N магниточувствительных датчиков, при этом выход источника питания подсоединен ко входам намагничивающего устройства, каждого из N магниточувствительных датчиков и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом к персональному компьютеру, причем каждый из N магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, залит специальным герметичным компаундом, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды эксплуатационной колонны и вибрации, крепится с внутренней стороны гибкой «лыжи», снабженной «ребром жесткости», один или оба конца которой могут перемещаться в направлении вдоль внутренней поверхности эксплуатационной колонны, а катушка намагничивания также залита специальным герметичным компаундом и помещена в защитный кожух.

Недостатком интроскопа являются невозможность проведения дефектоскопии снаружи труб во время их спуска или подъема и отсутствие индивидуализации труб, что требует повторной перепроверки полученных результатов в случае выборки после складирования.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции устройства для магнитной дефектоскопии скважинных труб при их спуске или подъеме из скважины, позволяющего сопоставлять дефекты с каждой конкретной трубой (индивидуализировать).

Техническая задача решается устройством для магнитной дефектоскопии скважинных труб, включающим скважинный модуль и наземную диагностическую систему, содержащую кабель, сельсин, закрепленный относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения ролика в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения, блок наземной электроники, включающей в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс, причем скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок колонны труб, расположенный между полюсов магнитопровода, до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии колонны труб, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика, при этом выход источника питания подсоединен ко входам намагничивающего устройства, соответствующего магниточувствительного датчика и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом к персональному компьютеру, причем каждый из магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, залит специальным герметичным компаундом, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже», которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности труб, а катушка намагничивания помещена в защитный кожух.

Новым является то, что магинтопровод изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами, расположенными с обоих концов внутри и снаружи, снабжен верхними ни нижними торцевыми диэлектриками и выполнен с возможностью установки и фиксации на кондукторном устьевом фланце скважины, катушка намагничивания расположена между наружными кольцевыми выступами, а ряд датчиков – между внутренними с поджатием внутрь, при этом ролик сельсина и гибкие «лыжи» датчиков выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью подымаемых из скважины труб колонны.

Новым является также то, что трубы извлекаемой колонны снабжены индивидуальными визуальными и/или магнитными метками, наносимыми на наружную поверхность, причем сверху магнитопровода установлены по периметру оптический и/или магнитный считыватели информации с визуальной и/или магнитной метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера.

На фиг. 1 изображены на схеме основные блоки устройства.

На фиг. 2 изображена схема скважинного модуля.

На фиг. 3 изображена схема питания скважинного модуля и снятия данных с датчиков.

На фиг. 4 изображен вид А фиг. 2.

Устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб 1 (фиг. 1), включающий скважинный модуль 2 и наземную диагностическую систему 3, содержащую кабель 4, сельсин 5, закрепленный относительно устья 6 скважины 7, представляющий собой преобразователь вращения ролика 8 в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения труб 1, блок наземной электроники 9, включающий в себя источник питания 10 и наземный контроллер 11, а также персональный компьютер 12, подключенные таким образом, что скважинный модуль 2 подсоединен посредством кабеля 3 к блоку наземной электроники 9 и персональному компьютеру 12, связанным через стандартный интерфейс (авторы на это не претендуют).

Скважинный модуль 2 (фиг. 2) содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода 13 с катушкой намагничивания 14, намагничивающее участок труб 1, расположенный между полюсов N и S магнитопровода 13, до состояния, близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии труб 1, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков 15, расположенных равномерно по периметру и размещенных на гибких «лыжах» 16 между полюсов N и S магнитопровода 13. Бортовой контроллер 17, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства с магинтопроводом 13 и основной сканирующей магнитоизмерительной системы с датчиками 15, каждый информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика 15 (показано условно). Бортовой контроллер 17 соединен кабелем 4 с наземным контролером 11 (фиг. 1).

Выход источника питания 10 (фиг. 3) подсоединен ко входам намагничивающего устройства – к каждой катушке намагничивания 14 с магнитопроводом 13 (для выработки H_н – магнитного потока), соответствующего магниточувствительного датчика 15 (для снятия данных о H_р – распределении магнитного поля) и бортового контроллера 17, выход которого связан с первым входом наземного контроллера 11, подключенного вторым входом к выходу сельсина 5, а выходом к персональному компьютеру 12. Каждый из магниточувствительных датчиков 15 связан с бортовым контроллером 17 (соответствующими разъемами 1, 2 … N) через герметичный разъем (на фиг. 2 показан условно). На принцип действия отдельных электронных компонентов устройства авторы не претендуют, так как они известны из открытых источников (например, патенты RU №№ 2382357, 2620327 и т.п.).

При этом каждый из магниточувствительных датчиков 15 (фиг. 4) залит специальным герметичным компаундом (показан условно), обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже» 16, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности труб 1. Катушка намагничивания 14 помещена в защитный кожух 18. Магнитопровод 13 изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами 19, 20, 21 и 22, расположенными соответственно с обоих концов внутри и снаружи, снабжен верхним 23 и нижними 24 торцевым диэлектриками и выполнен с возможностью установки и фиксации на кондукторном фланце 25 (фиг. 2) устья 5 скважины 6. Катушка намагничивания 14 (фиг. 4) расположена между наружными кольцевыми выступами 21 и 22 магнитопровода 13, а ряд датчиков 15 – между внутренними 19 и 20 с поджатием соответствующими пружинами 26 внутрь. Верхний 23 и нижний 24 торцевые диэлектрики предназначены для снижения воздействия магнитного поля, возникающего во внешних источниках (фланце 25, устье 5 скважины 6 и т.д. – фиг. 2). Ролик 8 (фиг. 2) сельсина 4 и гибкие «лыжи» 16 датчиков 15 выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью подымаемых из скважины труб 1 колонны. Пружина 26 (фиг. 4) позволяет проходить внутри муфтам (не показаны) труб 1, а гибкая «лыжа» 16 выдерживает необходимое расстояние от трубы 1 до соответствующего магниточувствительного датчика 15 для снятия корректных данных о распределении магнитного поля.

Для удобства идентификации и составления индивидуального электронного паспорта каждая труба 1 (фиг. 2) извлекаемой колонны может быть снабжена индивидуальными визуальной 27 (цифры, штрих-код и/или т.п.) и/или магнитной 28 (транспондер, намагничивающаяся лента и/или т.п.) метками (показаны условно), наносимыми на наружную поверхность трубы 1. Сверху магнитопровода 13 могут быть установлены по периметру оптический 29 (сканер штрих-кода, оптическая камера или т.п.) и/или магнитный 30 (считыватель магнитный, магнитный декодер или т.п.) считыватели информации с визуальной 27 и/или магнитной 28 метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера 17.

Для удобства доставки к устью 5 (фиг. 1) соответствующей скважины 6 устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб может быть установлено на любой известной мобильной платформе 31 (например, кузов автомобиля, вагончик трактора, прицеп квадроцикла или т.п. – не показаны).

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на фиг. 1 – 4 не показаны или показаны условно.

Устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб работает следующим образом.

Для получения более компактного скважинного модуля 2 (фиг. 1) при изготовлении катушку намагничивания 14 (фиг. 4) в защитном кожухе 18 располагают между наружными кольцевыми выступами 21 и 22 магнитопровода 13, а ряд датчиков 15 с соответствующими пружинами 26 и гибкими «лыжами» 16 – между внутренними выступами 19 и 20 магнитопровода 13. Устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб 1 (фиг. 1) доставляют на мобильной платформе 31 к устью 6 скважины 7, на котором устанавливают скважинный модуль 2 и наземную диагностическую систему 3. Сельсин 5 соединяю с наземным контроллером 11 блока наземной электроники 9, как и скважинный модуль 2, который соединяю с контролером 11 кабелем 4. Переработанная в контроллере 11 информация подается через стандартный интерфейс для визуализации на персональный компьютер 12. При помощи источника питания 10 (аккумулятор, дизель-генератор, трансформатор или т.п.) через кабель 4 (фиг. 3) запитывают намагничивающие устройства скважинного модуля 2 (катушки намагничивания 14 с магнитопроводом 13 и соответствие магниточувствительные датчики 15) и бортовой контроллер 17. При установке на фланец 25 (фиг. 2) устья 6 скважины 7 сверху и снизу магнитопровода 13 (фиг. 4) устанавливают соответственно верхний 23 и нижний 24 торцевые диэлектрики, сверху которых располагают сельсин 5 (фиг. 2) с роликом 8 и бортовой контроллер 17. Ролик 8 сельсина 4 и гибкие «лыжи» 16 датчиков 15 устанавливают так, чтобы они могли взаимодействовать последовательно с наружной поверхностью подымаемых из скважины труб 1. При перемещении трубы 1 вверх ролик 8 катится по ее наружной поверхности, а сельсин 3 преобразует вращение ролика 8 в электрические сигналы и подаёт на наземный контроллер 11 (фиг. 3) для привязки снимаемых магниточувствительными датчиками 15 информации по длине трубы 1. При этом при воздействии протекающего тока в катушке намагничивания 14 (фиг. 2) в магнитопроводе 13 между полюсами N и S создаётся магнитный поток, воздействующее до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии труб 1 по всему периметру. Выработанный магнитопроводом 13 (фиг. 3) магнитный поток H_н намагничивает расположенный против него участок трубы 1, а распределение магнитного поля H_р снимется магниточувствительными датчиками 15, данные с которых поступают на бортовой контроллер 17 и далее по кабелю 4 в наземный контроллер 11. В наземном контроллере 11 данные с бортового контроллера 17 синхронизируются с данными, поступающими с сельсина 5, и сохраняются на жестком диске (не показан) персонального компьютера 12 или другом электронном носителе (не показан).

Для отбраковки трубы 1 (фиг. 2) просто обследуются на критические нарушения целостности стенок (определяется эмпирическим путем) и при превышении величин нарушений соответствующая труба просто отбраковывается (отправляется на отдельное складирование и далее на утилизацию, ремонт или переработку) после извлечения из скважины 7. Для сквозного контроля состояния труб 1 (на этапах перевозки, складирования, ремонта и т.д.), на них заводится индивидуальный паспорт состояния. Для этого каждую трубу 1 снабжают индивидуальными визуальной 27 и/или магнитной 28 метками, наносимыми на наружную поверхность трубы 1, а сверху магнитопровода 13 устанавливают по периметру оптический 29 и/или магнитный 30 считыватели информации с визуальной 27 и/или магнитной 28 метки соответственно. Данные со считывателей 27 и/или 28 передаются на бортовой контроллера 17 и далее на наземный контроллер 11 (фиг. 3), в котором данные с бортового контроллера 17 сельсина 5 привязываются к соответствующей трубе 1 и сохраняются на жестком диске персонального компьютера 12 или другом электронном носителе (например, сервере) для извлечения при необходимости. Это позволяет не дублировать аналогичные исследования труб 1, а также проводить анализ состояния конкретной трубы 1 в зависимости от технологического их использования и т.п. Все это в совокупности позволяет экономить время на исследования труб 1 и обработку данных.

Предлагаемое устройства для магнитной дефектоскопии скважинных труб позволяет проводить дефектоскопию снаружи труб при их спуске или подъеме из скважины и сопоставлять дефекты с каждой конкретной трубой (индивидуализировать).

Использование: для магнитной дефектоскопии скважинных труб. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб включает скважинный модуль и наземную диагностическую систему. Скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок труб, расположенный между полюсов магнитопровода, до состояния близкого к «техническому насыщению», в направлении вдоль образующей линии труб, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый из информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика. Выход источника питания подсоединен ко входам намагничивающего устройства, соответствующего магниточувствительного датчика и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом к персональному компьютеру. Каждый из магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, залит специальным герметичным компаундом, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже», которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности труб. Катушка намагничивания помещена в защитный кожух. Магинтопровод изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами, расположенными с обоих концов внутри и снаружи, снабжен верхними ни нижними торцевыми диэлектриками и выполнен с возможностью установки и фиксации на кондукторном устьевом фланце скважины. Катушка намагничивания расположена между наружными кольцевыми выступами, а ряд датчиков – между внутренними с поджатием внутрь. Ролик сельсина и гибкие «лыжи» датчиков выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью поднимаемых из скважины труб колонны. Технический результат: устройство позволяет проводить дефектоскопию снаружи труб при их спуске или подъеме из скважины и сопоставлять дефекты с каждой конкретной трубой (индивидуализировать). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб, включающее скважинный модуль и наземную диагностическую систему, содержащую кабель, сельсин, закрепленный относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения ролика в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения, блок наземной электроники, включающий в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс, причем скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок труб, расположенный между полюсов магнитопровода, до состояния, близкого к «техническому насыщению», в направлении вдоль образующей линии труб, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый из информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика, при этом выход источника питания подсоединен ко входам намагничивающего устройства, соответствующего магниточувствительного датчика и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом к персональному компьютеру, причем каждый из магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, залит специальным герметичным компаундом, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже», которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности труб, а катушка намагничивания помещена в защитный кожух, отличающееся тем, что магинтопровод изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами, расположенными с обоих концов внутри и снаружи, снабжен верхними ни нижними торцевыми диэлектриками и выполнен с возможностью установки и фиксации на кондукторном устьевом фланце скважины, катушка намагничивания расположена между наружными кольцевыми выступами, а ряд датчиков – между внутренними с поджатием внутрь, при этом ролик сельсина и гибкие «лыжи» датчиков выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью поднимаемых из скважины труб колонны.

2. Устройство для магнитной дефектоскопии скважинных труб по п. 1, отличающееся тем, что трубы извлекаемой колонны снабжены индивидуальными визуальными и/или магнитными метками, наносимыми на наружную поверхность, причем сверху магнитопровода установлены по периметру оптический и/или магнитный считыватели информации с визуальной и/или магнитной метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера.