Устройство для контроля технического состояния труб обсадных колонн Советский патент 1992 года по МПК E21B47/00 

1.4

И кчПре рпие относится к устройст- nafi для исследования состояния труб обсадных колонн нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является повышение точности определения износа и профиля внутренней поверхности труб обсадных колонн.

На фиг. 1 дана упрощенная конст- рукция скважинного прибора в разрезе на фиг. 2 - изображена блок-схема устройства;на фиг. 3. - вид скважинного прибора в сечении, перпендикулярном оси трубы, и положение преоб- раэователя относительно зоны износа на фиг. А - вид преобразователя в осевом сечении трубы и положение его относительно контролируемой поверхности. .

Устройство для контроля технического состояния труб обсадных колонн состоит из скважинного прибора и нлдземнор1 аппаратуры.

В скважиином приборе 1 установлен бескочтактный преобразователь,состоя ший и . Ш-образного магнитопровода 2 с цементами 3,4,5, средний элемент 4 Jirroporo установлен асимметрично относительно его крайних элементов 3 и 5, которые выполнены разной длины VI короче среднего элемента 4, по- наконечников 6-8, длина 1 которых по оси скважинного прибора больше эазора h между торцами труб обсадных колонн в муфтовом соединении, но меньше зазора 3h,намагничивающей катушки 9, размещенной на среднем элементе 4 магнитопровода 2, измерительной катушки, выполненно из двух частей 10 и 11. размещенных на крайних элементах 3 и 5 магнитопровода 2, раяница между длинами которых равна разнице между длинами участков магнитопровода 2, а также разнице между длинами крайних элементов 3 и 5 магнитопровода 2 относительно его среднего элемента 4.

Бесконтактный электромагнитный преобразователь установлен с помощью кронштейна 12 на втулке 13,вращающейся вокруг оси скважинного прибора с помоги.ю электропривода, содержащего импульсный электродви- гатель 14, шестерни 15 - 18, вал 19.

Электрод аи -ятель 14 удален от преобразователя во избежание электромагнитных помех.

Выходной сиг нал нр1Ч)б)ааователя через систему токосъемников 20 и контактные кольца 21 передается по кабелю 22 каротажнот о подъемника 23 проходящему через ролик 24 блок-баланса к наземной аппаратуре состоящей из блока 25 обработки информации регистраторов 26 и. 27,источника 28 переменного тока стабильной амплитуды, к которому подключена намагничивающая катуп1ка 9.

С помощью центраторов скважин- ный прибор I предварительно центрируется в исследуемой колонне 30 с образованием кольцевого зазора 31 между корпусом 32 скважинного прибора 1 и внутренней поверхностью исследуемой колонны 30 труб, свинчиваемых с помощью муфты 33.

В участках колонны 30, имеющих желобной износ 34, расстояние х (зазор 35) между рабочей поверхностью полюсного наконечника 7 и внутренней поверхностью труб изменяется в функции угла поворота датчика,что приводит к изменению его выходного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Скважинный прибор 1, предварительно отцентрированный с помощью центраторов 29 в исследуемой колонне 30, перемещается вдоль ее оси на каротажном кабеле 22 с помощью каротажного подъемника 23 и ролика 24 блок-баланса (см. фиг. 2).

Движение диаграммной ленты в ре гистраторе 26 синхронизировано с движением скважинного прибора по колонне труб. При этом определяется распределение зон износа в обсадной колонне в функдии глубины. При подъеме скважинного прибора проводится детальное обследование обсадной колонны в интересующих интервалах. Для этого скважинный прибор останавливают в изношенных участках, и на регистраторе 27, синхронно с вращением датчика, записывается круговая диаграмма поперечного профиля, которая интерпретируется для определения износа, профиля внутренней поверхности и их распределения по периметру труб.Однако,как указывалось выше,вьЬсодной синал электромагнитного преобразователя изменяется не только в функции расстояния до исследуемой поверх 1

мости труб, но и угла наклона последней относительно рабочей иоверх- ности элементов магнитопронода преобразователя, т.к. зона электромат - иитног о взаимодействия преобразователя с обсадной колонной определяется проекцией рабочей поверхности элементов магнитопровода на внутрен- Hioid поверхность исследуомых труб. Это иллюстрируется фиг. 3, где покачаны три положен1- я датчика oтftocи- тсльно зоны 34 износа, которые он последовательно (в маправлении,указанном стрелкой) занимает при скани- рованиа внутренней поверхности исследуемого участка обсадной колонны 30. Наилучшие условия контроля обеспечиваются в первом положении преобразователя на чеизношенном участке (в зоне А) ив зоне максимяльного износа, т.е. в этих случз х рабочие поверхности элементов магкитопровода проектируются па исследуемую поверхность труб в натуральную величи- ну. При входе датчика в зону износа (зона В),а также в любом другом положении (например, в зоне С) это ус- псвие не ВЫПОЛИЯРТСЯ,

Таким образом, при контроле изно- шенного участка труб обсадных колонн зона электромагнитно1 о взаимодействия преобрпзователя не постоянна, что приводит к погрешности . Следуе также отметить,что в обслдной колонне положение скважиннох-п прибс ра в процесе исследований является спучайным, так как износ ее может иметь сложную форму и отцентрировать скважинный прибор в ней оказывается невозможным. Эксцентриситет может достигать полной величит ы зазора 31, которьгй по геофизическим нормалям должеп быть не менее 10 мм. Все это значительно снижает точность определения харак- теристик дефектных участков обсадных колонн (реального профиля и износа их по периметру) а поэтому повторные измерения, проведенные в одной и той же обсадной колонне, дают дпу- гой результат,что не позволяет оценить ее остаточную прочность.

Повысить точность определения износа и реального профиля внутренней поверхности труб обсадных колонн оказывается возможным за счет исключения непостоянства угла наклона рабочей поверхности злементов магнитопровода относительно исследуемой

1

riOBOpXMOCTIi Т1. П I y-U llMMfMIMH 1 11 Яния д))угих ;irt Taf4nmi ) iji;rT4-- ров .

KpoNU Tcro, уменьпк Hnin локтрп- маг нитных иаисдок на прро pa оптсг и габаритов пкнажиниого приГтра способствует испол1)3оиаи11е Р плрктро- приводс niaroHoi-o (импульс ней о) Д1 и- гатрля.

На фиг . 4 пригч: .1 и ни/i iiiifu рлто- лателя Р осевом гч чечии трп- Пы и rio ложении его отиоситсльио когП p -;iMpy eMof i iiniuipxiioc rH,

I Намагничи1 а;1нцая KriryuiKa Ч, p.c- положеинля ia средцр ( ЭЛС-МРНТР M,ir- нитппровода 4, с. ядает гмт иитиьи поток Ф , который делиться на дь-э час ги ф и Ф . Магпитнмп поток

ф чамыкается по пути: сррдниГ элемент магнитопровод.а 4 - подюсгь н наконечник 7 - зазор 35 (X) - ИССЛР- ;.;У(МЫЙ участок обсадной колонны 30 - зазор А + о - полюсный наконечник 6 - крайний злемснт магнитопровода 3 - магнитопронод 2 - средний элемент магнитопропода 4.

агнитный ПОТО1С Ф,, заьп-жартгя по пути: средний элемент магнитопроло- да 4 - полюсный,наконечник 7 - тачор 35 (X) - исслед емый участок ор-слд- ной колонны 30 - зазор X 4 - по- люсньш наконечник 8 - крайний элемент магнитопровода 5 - магнито- провод 2- средний элеменп магнитопровода 4.

Перес кая витки измерительных катушек 10 и 11, магнитные потоки Ф .и (2 соответственно наводят в них ЗДС Е,д и Е , Величины которых определяются выражениями:

;i.

Е,о w-W,. Ф, ы

W

I J R

f «1

EI, u).W,

Ф, Ы W ,, де ш - частота тока намагничнлакия;W,, иУ - число витков катушек 10

и 11 соответственно; ф иФ -магнитные потоки, замыкающиеся через крайние ЧЛР- менты магнитопроподл и 5 катушек 10 и 11 moTFicT ственно;

DA 3925

П - намагиичиппкчщая сила катушки 9.

Н I, W,,g

1ц - ток,протекающий через катушку 9; W, - число йитков катушки 9;

и R магнитные сопро1ивления потокам Ф и ф, соответ г

ственно.

Пренебрегая (из-за наличия большого немагнитного зазора 35) магнитным сопротивлением элементов магнито провода 3-5, полюсных наконечников 6-8, исследуемого участка обсадной колонны 30, магнитопровода 2 и магнитными потоками рассеивания, т.е. потоками, замыкаюпщмися в направлениях, отличных от радиального, магнитные сопротивления R,,. иН,

Ml

можно пьтразить через зазоры 35

t/1, и c/j следующим образом (см. фиг. О:

fx),

2 Х + (1

o FO

Ml

2.x +с/г o F/

р и

- магнитная проницаемость и сечение немагнитного зазора в зоне контроля соответственно.

В первом прибл1шении, без учета магнитных полей рассеивания, сечение Fji немагнитного зазора X равно проекции рабочей поверхности концентратора магнитного потока на контролируемую поверхность труб обсадной колонны.Тогда

10 - W o-it-T7, - io-lH W,.

cFo

(о -,

II ч 9

to W,, 7777 -.-г

Ly w

IX +е«1 MO о

ю W,, -IH-WJ,

F о о 2Х - ci i

Вчяв oTHuiiieiiMP , полутом: и

Ег)- W

10 о

9 о 0 гуТХ

f ZX+c/,

to- W,,- 1,-Wq- .. Г„ (

1

0 ,

10

w,o

W, 2X d-,

При W выражение еще больше упрощается:

, Отсюда

2Х fi 2Х -t- сУ,

20

Е,- (2Х 4 сИ, ) Е,. (2Х 4-г/ г)

или

S

5

0

5

0

5

X

-L 4Ем - А Е«о 2 Е,в - Е„

В последнем выражении для X (расстояния до стенки колонны) отсутствуют частота тока намагничивания, 0 его величина, магнитная проницаемость и площадь (сечение) зазора X в зоне Контроля, которая определяется проекцией рабочей поверхности полюсных наконечников на стенку колонны.

Таким образом, оказывается возможным исключить влияние дестабилизирующих факторов, вызывающих иэмененйа указанных выше параметров, и повысить точность определения износа и профиля обсадных колонн, т.е. Достичь поставленней цели.

Полюсные наконечники,установленные на элементах мaгниtoпpbвoдa, идентичны. Они позволяют снизить магнитные потоки рассеивания, . т.е. потоки, замыкающиеся в направленияхi отличных, от радиального и ненесущие информации о расстоянии X до исследуемой поверхности обсадной колонны. Это также способствует сужению зоны исследования в горизонтальной плоскости и вследствие этого - увеличению разрешающей способности преобразователя.

Скважинная телеметрическая система для измерения износа и профиля внутренней поверхности труб обсадных колонн может быть построена из

( гл11л; ртных yijiiiH ц Г шжш цег(;о1И1ой техники ,

Например, подамая выходпмс ги налы с обмоток W и W пргиГ рачовате- ля по каротажному каРеяю на аналого-цифровые преоПразонатрли и далее, в вычислительное устройство для Их обработки согласно выражению

0 1 1

- R,

можно непосредстпинио на буронпй иметь данные об износе и peaльF().ч профиле внутренней поверхности труб обсадных КОЛОТИ с вынодом ifx на цифропсчатающес устроГи-тло и графопостроитель .

Скважиинпя аппаратура может F) этом cjiVMae состоять лтмнь ит датчика и электропривода для осанирова- иия по периметру внутрс:ннеи пг нсрх- ности исследуемых труб обсадных колонн.

Следует также отметить, что исклм1- чение из скважинного прибора акши- ных элементов (транзистс ров, мик.() схем и т.д.) позволяет пошлеть его надежност, TeNitiepaTypHVKT стабильность, верхнее значение диапазона рабочих температур, что являотс-я в настоящее время весьма актуальной задачей в связи с уве.чичением объема глубинного бурения.

Подключение опчотки намагнпчиьа- ния к источнику переменного тока, а не напряжения, необходимо для обеспечения постоянства иагнптодБи.кущей силы обмотки возбужд нин.

В этом случае изменения активного сопротивления обмотки намагничивания из-за изменемии температуры и ее индуктивного сопротиилсю я, обусловленного изменением расстояния между преобразователем и контрол1фуемой трубой, не приводят к изменению протекающего через нее тока, магнитодвижущей силы и чувствительности преобразователя. Использование в-электроде импульсного дйигателя (шагового) способствует увеличению помехозащищенности преобразователя. При этом движение преобразователя вокруг оси скважинного прибора ос тдествля- ется в момент подачи инпупьсов, а измерения проводятся в паузах межл.у ними.

0

,,,а

( л( мь1Й тг.чимко Ж чп iir-cr inn i

4( ИС IlfUlblnfainin И ( ГчрсТ( Ц пя

может быть получен зл гчсп наибплео точной информации c,ir угпини JIP - фрктн|,1х участков ipyf an i .ix колонн и оил нки НУ. огтточ1:(Ч1 прочности, что ПОЧНОЛЧРТ Пре ГНОЧИ11ОРЯТ1,

аварийные ситуации на данном мастоРОЖПГ НИН 1 ги ИЧИМЛ Ь I :V Ч С-Н ИНЫР

, исключакчЦм ncipj ff.r ггч оОгад- ньгх колонн.

Формула

н и я

Ь

5

и

5

0

5

1.Устройство для кон rpc.jiH тсхни- ческог о иостояипя труб :; бспдньгх колонн, содег ЧЩее кориу с (иткснтакт- ным электрома HHTiibU i ,ра;1оазте- .чем в виде ма1чп то1ф Чнг,лп с полюсными наконгчни сами, г измерительно и намагничивающей , )1ентра- торы п элек- ропринод, соелиняюпап. преобразователь с назе мной аппаратурой, о т л и ч а ю m с « с я тем, что,с целью гюньга1е) точности опрг- делен я износа и профиля Tuwrpputieft П1М ерхности труб o6ca;i, ьопонн,маг- нитогиювод выпопнен 1-оГ Г1:1чньп-,сред- нш элемент его устачоял н artibrMCT- {тично относительно ет- . крайних элементов, которые н свою очеред). выполнены разной длины V. короче сред- не г о элемента магнит1 проппда, тг5ме- рительная катушка выпопиона из частей, размещенных на край.мих элемен.тах магнитопровода, а рлшпца ме кду длинами участков магнитопровод.ч рап- на разнице мсжлу длинами еiv крайних элементов относительно среднего, а также разнице ме:зду длинами крайних элементов магнитоп 5оноп,л , причем на- магничивающая катушка размещена нл среднем элементе магните1 110Рода и подключена к источнику теремснцого тока стаб1шьной амплитуды.

2.Устройстйо по п. 1, о т л и- чающеесч тем,что, с целью уменьшения помех при прохотлении преобразователя в зоне муф-оньгх соединений труб, длина ;олюсных наконечников по оси скважинного приГч рл виР- р.ана в соответствии с гсотнс ии иием

h «; U Ь

где 1 - ДЛИНА полюгн i;x илконечичков по оси пр чл011л:п1и5теля; h - зазор между торпямч труб

обсаднь;х KOI;-OHH т муфтоном соедине)пп1.

; j. j ((); ,I 0

II i .iT ctpu I ми гкилжииного прнборл , члек- I lniiJiifiiij; tihiiiMjiiirii и пидр импуль- I lii I I чсктродииг ателп .

9

I.

.

, 1чi ,4

t- X , / -. /T ,

1, , . / ,, .,L: - ,..) , P - ГТГГ 5ТП1Т: ,(-;

,Hiiii b;iUi:ipl ,,

,:-::-ч;;- -:Г i/. x , .-4 : ;-. .

xl jd

Vr.-,

, /x , , -4- Vi -- j 1

шшш

Редактор Г , l-i- м, ;. п

(;o(:i аыпч пь Г.М н лова Сг.чроя : .,Цид : ККорректор А.Тяско

. Н И1Тираж .у.

/ifiSi .Mi - i . ii -, п,- |Н тпениогг1 омитста СССР

:; iu;;i r(,ri)t: rfMiHii и OTKpi.iTi M It s ,,fui, )K- l ;, -уии:1--ая iiai . , n, 4/5

Прои ) iii,). r ( :uiv- ii(i;iii: гафическси крудяриит nv, г. Ув1 ор -1л, ул.. Проектнпл , Д

,c

s

-л

Pr. (

-

Подписное