Устройство для определения технического состояния обсадных колонн Советский патент 1984 года по МПК E21B49/00 

Изобрет ение относится к неофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при изучении технического состояния осадных колонн.

Известны устройства, в которых информация о состоянии внутренней поверхности стенки колонны воспринимается с помощью механических рычагов, находяпщхся в непосредственном контакте со стенкой колонны СП.

Недостатком этик.устройств является низкая чувствительность и разрешающая способность по различным типам дефектов ((трещины, отверстия, коррозия ; стенки колонны, поскольку конструкция датчиков рычагов, щупов)) не обеспечивает их избирательно чувствительности к дефектам.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения технического состояния обсадных колонн, содержащее механические датчики, включающие щуп с пьезоэлементом для преобразования упругих колебаний в электрические, передавае)ые по кабелю на поверхность, усилитель и регистрирующий блок С2.

Недостаток известного устройства состоит в низкой разрешанядей способности к различным типам неоднородностей внутренней стенки колонны.

Цель изобретения - повышение разрешакядей способности при определении сквозных нарушений и участков аномальной шероховатости колонны.

Указанная цель достигается тем, что устройство дпя определения технического состояршя обсадных колонн, содержащее щуп с пьезоэлементом для преобразования упругих колебаний в электрические, усилитель и регистрирующий блок, снабжено полосогалми фильтрами низких, средних и высоких ч-астот , а механические датчики выполнет 1 в виде разнотипных щупов, закрепленн|,:х по периметру корпуса пьезоэлемента, причем фильтры установлены между усилителем и регистририишм блоком.

Кроме того, для повьш1ения эффективности вьщеления сквозных нарушени стенки колонны, щуп датчика установлен под углом 60° к внутренней поверхности колонны.

Для повышения эффективности выделения участков аномальной шероховатости или коррозии щуп датчика

02

установлен под углом 90 к внутренней поверхности колонны.

На фиг. I приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - конструкция механических щупов 1-го и П-го рода.

Устройство содержит корпус зонда 1, чувствительный пьезоэлемент 2, механический щуп 1-го рода 3, механический щуп П-го рода 4, механический щуп Ш-го рода 5, звукопоглощающий экран 6, отсек с радиосхемой 7, обсадную колонну 8, соединительные муфты 9, внутреннюю коррозию или шероховатость 10, трещину в колонне 11, отверстие 12, кабель каротажный 13,|Наземный усилитель 14, полосовые фильтры 15, селекторные каскады 16, генератор селекторных импульсов 17, блок времени селекторов 18, ляаграммную ленту трехканальногЬ каротажного осциллографа 19.

На фиг. 2 обозначены: 21 - щуп 1-го рода; 22 и 26 - корпус зонда; 23 и 27 - стенка колонны; 24 отверстие; 25 - щуп П-го рода; 28 коррозия поверхности колонны; ot гол между стенкой колонны и щупом.

На фиг. 3-6 показаны амплитудночастотные характеристики (АЧХ) шумового сигнала, возбуждаемого механическими датчиками 1-го и П-го рода а различных дефектах внутренней Поверхности колонны.

Предлагаемое устройство (фиг.П включает в себя скважинный зонд 1, на котором размещены чувствительные пьезоприемники 2. На наружном защитном корпусе пьезоприемников закреплены механические датчики 3,4 и 5 (упругие щупьП различной конструкции, которые находятся в непосредственном контакте с внутренней поверхностью катонны 8. Каждый чувствительный пьезоприемник в совокупности с механическими датчиками образует самостоятельный узел механоакустического преобразователя, между оторыми размещены звукопоглощающие экраны 6. Вьвле узлов механоакусических преобразователей расположен контейнер с блоком электроники .7. Скважинный прибор соединен с поверхностью каротажьш1м кабелем 13. Наз-емная панель регистрации включает блок предварительного усилителя 14, лок полосовых фильтров 15, генераор селекторных импульсов 17, блок 3 временных селекторов 18, выход кот рых подключен к регистратору 19. Предлагаемое устройство работае следуюсцим образом. Скважинный прибор I перемещают в обсаженной скважине вдоль обсадной колонны. При этом механические датчики различной конструкции (фиг. 2, 1 и П), будучи в непосред ственном контакте с внутренней поверхностью колонны, испытывают воз ствие со стороны различных неоднор ностей в виде коррозии внутренних стенок или технологической шероховатости fО, порывов колонны 11, перфорационных или других отверстий 12. В результате взаимодействия ме-ханических датчиков с указанными неоднородностями.первые вырабат вакгг шумовой сигнал со сложным амп литудно-частотном спектром. Упруги колебания воспринимаются чувствительными пьезоэлементами 2, преобразуются затем в электрический сиг и усиливаются широкополосным усили телем 7 и подаются по каротажному кабелю 13 на поверхность к измерительной панели. Взаимное влияние каждого механи ческого датчика на соседний пьезо лемент устраняется за счет применения звукопоглощающего экрана 6, который размещают между соседними пьезоэлементами. Вид типовых спектров, приведенн на фиг. 3-6, показывает, что механические датчики различного типа С1-го и П-го рода) вырабатывают шу мовой сигнал со специфическими осо бенностями, которые могут быть использованы для идентификации неодн родностей поверхности колонны. Так например, на диаграмме на фиг.З амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) сигнала от датчика 1-го рода, полученная на одиночном отверстии, сосредоточена в низкочастотной области Af,, , в то время как АЧХ сигнала от датчика П-го рода распределена равномерно по всему диапазону от области до области Afj. Наличие коррозии или шероховатости сказывается существенно только на поведении АЧХ сигнала от датчика П-го рода диаграммы на :фиг, 4, 5 и 6), в то время как изм нения АЧХ сигнала от датчика 1-го рода менее заметны. 1504 Учитывая выявленную информативность отдельных частотных составляющих амплитудно-частотной характеристики нГгмового сигнала относительно типа и местоположения дефекта неоднородности поверхности колонны, обработка полезного сигнала в наземной панели ведется путем измерения амплитуд отдельных частотных составляющих шумового сигнала (фиг.П. Сигнал по кабелю 13 поступает в панель на широкополосный усилитель 14. .С выхода усилителя сигнал подает ся на три параллельно включенных полосовых фильтра 15 к полосам пропускания: для первого фильтра - &-f, ; для второго - д f2; для третьего Afj , ширина каждой полосы одинакова и подобрана таким образом, что их сумма д if +u.f2 равна полной ширине диапазона шумового сигнала. С выхода каждого полосового (} шьтра сигнал поступает на вход соответствующего селектора 16, работой которого управляет генератор селекторных импульсов 17. С селекторных каскадов сигнал поступает на вход соответствующих интеграторов 18 и далее на фоторегистратор 19 для записи показаний на диаграммной ленте. Различные неоднородности внутренней поверхности колонны с помощью предпагаемого устройства выделяются путем регистрации частотных составляющих акустического шума, вызванного трением механических датчиков (шумов различного типа о внутреннюю поверхность колонны. Такие неоднородности как отверстия,порывы и стыки муфтовых соединений надежно выделяются путем регистрации интенсивности шумового сигнала в низкочастотной области (u.f) рабочего диапазона (uf). Коррозия проявляет себя некоторой средней интенсивностьюшумового сигнала примерно одинаковой во всех трех частотных диапазонах , Afzи % Грубая и тонкая шероховатость технологического происхождения однозначно проявляют себя повьш1енной ннтенсивностью шумового сигнала соответственно в средней () и высокочастотной (b.fg) областях рабочего диапазона. Предлагаемое устройство позволяет провести оперативное исследование технического состояния обсаженной скважины, установить характер неоднородносгей (коррозия, шероховатость) и повреждений (отверстия, порывы) внутренних поверхностей и стенок колонны. При испытаниях устройство подтве дило высокую чувствительность к ьмк ро-и макронеоднородностям внутренней стенки обсадной колонны и пока0взало более высокую по сравнению с серийной аппаратурой (акустический телевизор САТ-1 разрешающую способность. По предварительным подсчетам экономический эффект от применения устройства при исследовании скважин старого фонда составит не менее 1500-2000 руб. на одну скважину.

23

2f

/

27

/ Х

-Y/ 26

/

25 28

у.

Фиг.2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, содержащее механические датчики, включающие щуп с пьезоэлементом для преобразования упругих колебаний в злектрические, усилитель и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешанмцей способности при определении сквозных нарушений и участков аномальной шероховатости колонны, оно сн-абжено полосонлми фильтрами низких, средних и высоких частот, а механические датчики выполнены в виде разнотипных щупов, закрепленных по периметру корпуса пьезоэлемента, причем фильтры установлены между усилителем и регистрирующим блоком. 2.Устройство по п. 1-, о т л и чающееся тем, что, с целью i повьш1ения эффективности выделения сквозных нарушений стенки колонны, щуп датчика установлен под углом 60° к внутренней поверхности колонны. 3.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что, с целью повЕлпения эффективности выделения участков аномальной шероховатости или коррозии, щуп датчика установлен под углом 90 к внутренней поверхности колонны. Од сл

Отверстие

Ш

Крупная ujepoj oBamocmb Аш Мелкая шерохоба/ггость f,кrц