Способ определения дефектов в колонне обсадных труб и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК E21B47/00 

что, с целью повьпиения точности контроля, каждый приемный преобразовател выполнен в йиде непроводящего ток несущего элемента, на котором расположены параллельно одна другой три обмотки, первая и третья из кот.орых имеют N витков, а вторая - 2N витков при этом обмотки включены встречно- параллельно.

7.Устройство по п. 6, о т л и- чающееся тем, что вторичньш прибор имеет средство для измерения амплитудной составляющей сигнала, включающее первьй усилитель, соединенный с приемными преобразователями и последовательно соединенные первьш фильтр, блок выпрямления и детектор.

8.Устройство по п. 7, отличающееся тем, что оно снабжено опорными катушками для создания опорного сигнала, указывающего фазу магнитного поля, а вторичный прибор содержит второй усилитель, соединенный с передающей катушкой второй фильтр, первую цепь прохождения импульса через нуль, соединенную с первым фильтром, для определения фазы сигнала, вторую цепь прохождения импульса через нуль, соединенную с вторым фильтром, для определения фёзы опорного сигнала и средство, соединенное с первой и второй цепями прохождения импульса через нуль для генерирования сигнала разности фаз.

9.Устройство по п. 8, отличающееся тем, что вторичный прибор имеет средство умножения для генерации сигнала, который является произведением амплитудного сигнала и сигнала разности фаз.

10.Устройство по пп. 6-9, о т- личающееся тем, что оно снабжено передающей катушкой, связанной с приемной катушкой и размещенной в несущем элемента концентрич но с первой, второй и третьей обмотками и параллельно стенке колонны

950

обсадных труб, для определения места положения дефектов-на внутренней стенке колонны обсадных труб.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что переданицая катушка имеет генераторную обмотку, генерирующую магнитное поле частотой 2 кГц для введения высокочастотных локальных вихревых токов в стенке колонны.

12.Устройство по п. 6, отличающееся тем, что вторичный прибор включает средство для измерения амплитудной и фазовой составляющих по меньшей мере одного сигнала

и средство для определения отличия дефектов колонны буровых труб относительно магнитных аномалий, содержащее средство для объединения амплитудной и фазовой составляющих.

13.Устройство по п. 12, о т л и- чающееся тем, что в качестве средства объединения использован умножитель.

14.Устройство по пп. 6-13, отличающееся тем, что непроводящий ток несущего элемента выполнен в виде остова из стекловолокна

и эпоксидной смолы.

15.Устройство по пп. 6-14, о т - личающееся тем, что каждая обмотка приемного преобразователя имеет не менее 1500 BJJTKOB.

16.Устройство по пп. 6-15, о-т личающееся тем, что первая, вторая и третья многовитковые проводящие обмотки, расположенные на непроводящем ток несущем элементе, заключены в приемный преобразователь,

17.Устройство по пп. 6-16, отличающееся тем, что первая, вторая и третья многовитковые токопроводящие обмотки приемного преобразователя расположены на непроводящем ток несущем элементе вплотную одна к другой в осевой направлении.

1. Способ определения дефектов в колонне обсадных труб из ферромагнитного материала путем генерирования первого переменного магнитного поля, наводящего в трубе круговой ток, принятия измеряемого фазового сигнала от узла дифференциальной приемной катушки, расположенной в непосредственно близости от стенки трубы, удаленной в осевом направлении от источника переменного магнитного поля, отличающийся тем, что с целью повышения точности контроля, принимают фазовый опорньй сигнал от соосно установленной опорной катушки, удаленной в осевом направлении от источника первого переменного магнитного поля, генерируют сигнал разности фаз между измеряемым фазовым сигналом и опорным фазовым сигналом и определяют фактические дефекты по форме разностного сигнала, причем по пику одной полярности судят о магнитной аномалии, а по двум пикам фазового разностного сигнала противоположной полярности судят о реальном дефекте. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер дефекта определяют по произведению амплитудного сигнала на фазовьш разностный сигнал. 3.Способ по .п. 1 iimi 2, отличающийся тем, что генерируют второе магнитное поле с частотой выше частоты первого магнитного поля и наводят местные вихревые токи в трубе в плоскости под углом 90° к круговым токам, наводимым первым магнитным полем, и генерируют второй сигнал в ответ на возмущения в местных вихревых токах. 4.Способ по п. 3, отлича ю- щ и и с я тем, что предусмотрено измерение амплитуды второго сигнала. 5.Способ по пп. 1 - 4, о т л и- чающийся тем, что указанные два пика характеризуются изменением Ьазы от О до -90 , от -90 чеоез О до +90°, от +90 через О до -90° и затем возвращением к 0°, причем пику одной полярности присуще изменение фазы от О до -90°, а затем возвращение к 0°. 6.Устройство для определения дефектов в колонне обсадных труб из ферромагнитного материала, содержащее удлиненный корпус для установки в трубе на каротажном кабеле, передающие катушки для генерирования вдоль продольной оси трубы первого переменного магнитного поля, которое наводит в ней круговые токи, приемные преобразователи для генерирования сигнала в ответ на возмущения кругового тока в трубе и вторичный прибор, отличающееся тем. с . @ СО SI СП) СП ы

1

Изобретение относится к устройству и способу обнаружения расположения и степени дефектов в колонне

ферромагнитных обсадных колонных труб нефтяных скважин, а именно к системе контроля колонны обсадных

3

труб и способу, используняцему принцпы вихревых токов для обнаружения небольших дефектов и других аномали в колонне обсадных труб нефтяной скважины.

Цель изобретения - повьшение точности контроля, а также определение фактических дефектов в ферромагнитн трубе относительно магнитных ано- малий.

На фиг. 1 изображен вариант устройства контроля колонны, .обсадных труб; на фиг. 2 - механическое устройство для установки матрицы прием- НИКОВ; на фиг. 3 - вариант выполнени особенно эффективного узла дифференциальной катушки; на фиг. 4 - пара плоских дифференциальных катушек; на фиг. 5 - схематическое изображение магнитного поля с возмущениями в местах наличия дефекта в колонне обсадных труб скважины; на фиг. 6 и 7 графическое изображение фазы и амплитуды сигнала напряжения, получен- ного с приемного преобразователя; на фиг. 8 - блок-схема электронного бло

35

ка, используемого для измерения фазы и амплитуды сигнала напряжения; на фиг. 9-11 - варианты узлов передаю- ,Q дей и приемной катушек.

Устройство для осуществления способа содержит глубинный прибор и наземную часть, которые соединены кабелем.

Устройство включает глубинньш прибор 1 для контроля колонны буровых труб 2, трос 3, источник 4 питания, мерное колесо 5, механическую тягу 6, самописец 7, блок 8 запомина- ния глубины, переданядие катушки 9, корпус, приборы 10, матрицы приемных преобразователей 11 и 12, патроны 13 и 14, телеметрический приемник 15,

генератора или соответствующей меха- ническрй тяги 6 к самописцу 7 для производства записей на нем, которые являются функцией глубины прибора 1. Поскольку целесообразно, чтобы несколько каротажных записей, осзтцеств- самописцем 7, были представлены вместе с общей шкалой глубины, расположенная на поверхности схема предназначена также, чтобы включать блок 8 запоминания глубины, который приводится в деййтвие мерным колесом 5 для мгновенного запоминания одной группы сигналов данных от прибора 1 для одновременного представления на самописце одной или более групп сигналов данных от прибора 1.

Глубинный прибор 1 контроля колонны обсадных труб снабжен парой со- осно расположенных передающих катушек 9, подвешенных на продолговатом (удлиненном) корпусе 10. Удлиненный корпус 10 или оправка представляет собой в большинстве случаев немагнит- ньй или непроводящий корпус и может быть изготовлен из стекловолокна с металлическим упрочнением так, что они не образуют токопроводящих путей.

Соосно расположенные передающие катушки 9, подвешенные на тросе 3, электрически запитываются с помощью

центрирующие узлы 1& и,приемные пре- источника 4 питания переменным током образователи 17.

Глубинный прибор 1 контроля колонны буровых труб 2 обычно подвешивается на каротажном кабеле или трочерез проводник в тросе 3 с частотами в диапазоне 30-40 Гц. В отличие от приборов контроля, основанных на измерениях утечек потока магнитного потока постоянного тока, прибор 1 основан на создании магнитного потоi ка переменного тока, который исключает необходимость наличия железного сердечника, обеспечивающего низкое сопротивление магнитному потоку. Соосные катушки 9 расположены на заданном расстоянии друг от друга и между ними также подвешены на про долговатом корлусе 10 первая и вто-

се 3. Использование троса 3 обеспечивает возможность перемещения инстру- мента контроля колонны буровых труб по всей длине этой колонны 2. Трос 3 также образует проводники для передачи сигнала от прибора 1 к наземному оборудованию, где сигналы записыва- ются и оцениваются. Кроме того, трос 3 образует цепь питания от рпсполо- женного на поверхности источника 4

питания к прибору 1 контроля и вспомогательным схемам.

Для привязки зaпиcывae ыx измерений, производимьгх прибором 1 контроля колонны буровых-труб, к глубине погружения инструмента на стороне измерений в, колонне 2 имеется мерное колесо 5, предназначенное для перемещения с помощыо кабеля 3 при наматывании и сматывании с лебедки, которая соединена с возможностью взаимодействия, например, с помощью импульсного

0 5

5

Q

генератора или соответствующей меха- ническрй тяги 6 к самописцу 7 для производства записей на нем, которые являются функцией глубины прибора 1. Поскольку целесообразно, чтобы несколько каротажных записей, осзтцеств- самописцем 7, были представлены вместе с общей шкалой глубины, расположенная на поверхности схема предназначена также, чтобы включать блок 8 запоминания глубины, который приводится в деййтвие мерным колесом 5 для мгновенного запоминания одной группы сигналов данных от прибора 1 для одновременного представления на самописце одной или более групп сигналов данных от прибора 1.

Глубинный прибор 1 контроля колонны обсадных труб снабжен парой со- осно расположенных передающих катушек 9, подвешенных на продолговатом (удлиненном) корпусе 10. Удлиненный корпус 10 или оправка представляет собой в большинстве случаев немагнит- ньй или непроводящий корпус и может быть изготовлен из стекловолокна с металлическим упрочнением так, что они не образуют токопроводящих путей.

Соосно расположенные передающие катушки 9, подвешенные на тросе 3, электрически запитываются с помощью

источника 4 питания переменным током

через проводник в тросе 3 с частотами в диапазоне 30-40 Гц. В отличие от приборов контроля, основанных на измерениях утечек потока магнитного потока постоянного тока, прибор 1 основан на создании магнитного потока переменного тока, который исключает необходимость наличия железного сердечника, обеспечивающего низкое сопротивление магнитному потоку. Соосные катушки 9 расположены на заданном расстоянии друг от друга и между ними также подвешены на продолговатом корлусе 10 первая и вто-

рая матрицы приемных преобразователей 11 и 12. Патрон 13 предназначен для размещения схем, показанных в виде блок-схемы (фиг, 8), для оценки фазы и амплитуды сигнала напряжения, обнаруживаемого каждым приемным преобразователем. Патрон 14 предназначе для размещения цифровой телеметрической схемы передачи фазоамплитудного сигнала на распопоженньш на поверхности телеметрический приемник 15 (фиг. 1). Центрирующие узлы 16 используются в сочетании с корпусом 10 чтобы центрировать прибор 1 в колонне буровых труб 2.

Передающие катушки 9 (фиг. 1) разнесены на заданное расстояние относительно матриц 11 и 12 приемников так, что это расстояние достаточно мало, чтобы обеспечивался разумный уровень сигнала в приемных катушках, но достаточно велико, чтобы непосредственное воздействие от катушек 9 не преобладало над сигналом дефекта.

Прибор 1 контроля колонны обсад- fHbix труб снабжен двенадцатью прием- ными преобразователями 17, расположенными в двух матрицах 11 и 12 между кaтyшкa ш 9 и установленными между собой так, чтобы обеспечивать контроль в пределах 360 внутренней поверхности колонны буровых труб. Как показано на фиг. 1, этот полньй охват по окружности лучше всего до- с.тигается путем разделения, на несколько контрольных приемников, сим- метричного расположения половины из них с равными интервалами вокруг одной части корпуса 10 и расположения остальных приемных катушек 17 на второй части корпуса Ю. При угловом смещении приемных преобразователей матрицы 11 относительно приемных преобразователей матрицы 12 каждый из преобразователей в матрице 12 будет .соответственно исследовать узкую продольную полоску колонны 2 обсадных труб, которая лежит между слегка перекрывающимися смежными полосками колонны, которые исследуются с помощью контрольных приемных катушек непосредственно над ними. Когда прибор 1 для контроля перемещается через колонну 2, верхняя матрица 11 приемников будет, непрерывно исследовать ряд разнесенных по окружности полос или продольных полос вдоль стенки колонны, раз деленньгх между собой зазорами, а ниж

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

няя матрица 12 будет непрерьшно исследовать эти зазоры, чтобы обеспечить полное обследвание стенок колонны 2 обсадных труб.

На фиг. 2 показано механическое устройство, которое может быть использовано для установки приемных преобразователей 17 в матрицах 11 и 12 в рабочем взаимодействии с внутренней стенкой колонны 2. Целесоаб- разно расположить матрицу приемников так, чтобы приемные катушки 17 приемников были шарнирно присоединены к наружным концам жестких консолей 18, которые, в свою очередь, их внутренними концами шарнирно присоединены к разнесенным в продольном направлении хомутикам 19, установленным с возможностью скольжения на корпусе 10. Пружины 20 установлены для поджатия приемных катушек в скользящее взаимодействие со стенкой колонны обсадных труб 2.

Специ.альньй узел катушки приемных преобразователей 17 (фиг. 3) предусмотрен в качестве части прибора 1 контроля колонны. Каждый приемный преобразователь 17 включает в себя три отдельные обмотки 2.1 - 23, имеющие N, 2N и N витков соответственно. Обмотки намотаны на сердечник 24 одна рядом с другой. Хотя обмотки 21-23 соединены последовательно между собой, смежные обмотки могут быть намотаны в противоположных направлениях для образования узла дифференциальным соединением обмоток катушки. Как показано на фиг. 3 стрелками 25 и 26, обмотки 21 и 22 намотаны в противоположных направлениях. Обмотка 23 намотана в направлении, противоположном обмотке 22, как показано стрелками 26 и 27. Такое устройство обеспечивает дифференциальное измерение потока магнитного поля, создаваемого соосньми катушками 9 в колонне 2.

На фиг. 4 показана плоская дифференциальная катушка в виде печатной схемы, известная ранее.

Катушка с тремя обмотками, намотанными на остове катушки согласно изобретению, электрически эквивалентна известной плоской катушке по фиг. 4 при использовании для восприятия наличия возмущений магнитного потока, расположенных на небольшом расстоянии от ферромагнитной колонны .обсадных труб. Напряжение V между

концами обмоток 21 и 23 обеспечивает выходной сигнал, электрически экви- валентньш напряжению V. плоской катушки по фиг. 4 для такого же числа витков. Равноценность может быть понята при признании того, что плоская катушка по фиг. 4 имеет N витков для протекания тока в положительном направлении в левой части узла катушки, 2N витков для протекания тока в отрицательном направлении в средней части катушки и витки для протекания тока в положительном направлении в правой части катушки. Электрические напряжения V и V,, по фиг. 4 вычитаются, чтобы образовать показанное напряжение, которое является мерой разности магнитных потоков, связывающих две обмотки. Плоская катушка по фиг. 4 обладает присущим ей ограничением количества витков, тогда как конструкция с тремя обмотками согласно изобретению (фиг. 3), имеющая сердечник, будет принимать порядка 1500-2000 витков. Это увеличение числа витков для каждой обмотки облегчает определение магнитного.поля крайне малых величин, например, порядка 200 мкГс.

Катушки 22 приводятся в действие источником 4 переменного тока, чтобы создавать переменное магнитное поле в колонне 2 обсадных труб и вокруг нее. Действие переменного магнитного поля заключается в том, чтобы возбуждать круговые токи в стенке колонны, Когда существует аномалия колонны в виде углубления или трещины, ток расщепляется и течет вокруг сторон этой аномалии (аналогично потоку воды, обтекающему камень). Эта деформация - потока кругового тока вызывает возмущение магнитного поля, расположенного вблизи дефекта;

Магнитное поле вокруг дефекта можно рассматривать как cyntiy наложений двух магнитных полей. Первая часть суммы представляет собой магнитное поле, которое находилось бы в месте дефекта, если бы дефекта не было, и называется номинальное поле, Вторая часть суммы является полем возмущения, обусловленным только деформацией кругового тока около дефекта, например поле 28 возмущения. Величина это го поля возмущения пропорциональна продольной длине и глубине проникновения дефекта 29 или коррозии. Важной

-ю 5 2025дд,

30

35

50

55

особенностью поля 28 возмущения является фазовая разность между ним и номинальным полем. Если переместиться в осевом направлении на расстояние от катушки 9 достаточно далеко, чтобы линии магнитного поля, проходящие через плоскость перпендикулярную оси колонны, в этой точке проходили через стенку колонны дважды, круговой ток, протекающий в стенке колонны, будет вызывать задержку по фазе на 90°. Возмущение В поля 28 имеет ту же фазу, что и круговой ток, поскольку оно полностью зависит от кругового тока. Следовательно, когда поле 28 возмущения вокруг дефекта 29 имеет такую же напряженность, что и номинальное поле, или больше и приемный преобразователь 17 протягивается поперек дефекта 29 с одинаковой скоростью, фазовая и амплитудная модуляции напряжения переменного тока приемника будут иметь место.

На фиг. 6 и 7- показаны формы сигналов фазы и амплитуды, создаваемые с помощью предложенного устройства. Если поле 28 возмущения (фиг. 5) является преобладающим так, что номинальное поле пренебрежимо мало, когда приемный преобразователь 17 перемещается поперек дефекта 29, фаза напряжения переменного тока приемника будет изменяться (например, сигнал D на фиг 6) от О до -90°, проходя через о, +90°, затем -90° и обратно через О, причем положительная и отрицательная фазы изменяются благодаря дифференциальному соединению обмоток приемного преобразователя 17, Любое увеличение в объеме дефекта 29 не будет изменять этой характеристической фазовой модуляции в том случае, если поле 28 возмущения является преобладающим, Однако ампли- .туда дифференциального сигнала с предложенного устройства пропорциональна эффективному объему аномалии колонны. Для дефектов, имеющих размер, больший в осевом направлении, чем они имеют в направлении окружности, эффективный объем грубо определяется путем определения размера в осевом направлении углубления или трещины и использования его в качестве диаметра для круглого дефекта при такой же глубине проникновения в стенку, что и для фактического дефекта. Для дефектов, имеющих большую длину

в направлении окружности, чем в осевом направлении, эффективный объем грубо является таким же, что и фактический объем. Формы амплитудных сигналов предложенного устройства показаны на фиг. 7.

Для некоторых магнитных аномалий (резкие изменения магнитных свойств, ограниченные небольшой площадью порядка размера поверхности приемной катушки) было установлено, что характеристика фазовой модуляции отличается от характеристики фактического

дефекта. Когда поле возмущения вокруг15 и дефекта различны, перемножение двух

сигналов по всему реальному дефекту дает биполярный сигнал, тогда как по всей магнитной аномалии сигнал произведения по существу односторонний. Фазовьш сигнал становится важ20

магнитной аномалии преобладают или даже имеет величину того же порядка, что и номинальное поле, фазовая модуляция напряжения переменного тока приемника изменяется от 0° (по номинальной колонне) в направлении -90° и затем вновь обратно к 0°. Амплитуда переменного напряжения приемника пропорциональна величине магнитной аномалии, но по сравнению с фактичес-25 кими дефектами амплитудная хара.кте- ристика может рассматриваться относительно нечувствительной для магнитных аномалий. Этот эффект показан на фиг. 6 и 7, где амплитудная характеристика 31 мала, а фазовая характеристика 30 отрицательна. Таким обра30

ным, только когда существует увеличение амплитуды напряжения приемника частотой 35 Гц. Таким образом, перемножение сигналов уменьшает скорость передачи данных, необходимую для передачи всей информации, и это также упрощает проблемы воспроизведения путем уменьшения количества воспроизводимых сигналов..

Детектирование фазовой модуляции может быть осуществлено- с использсг- ванием дискриминатора фазовой модуля- 1щи. Однако более удобньм способ включает в себя использование опорной приемной катушки 32 или пары катушек, соединенных по дифференциальной схеме, установленной концентрич- но с осью прибора 1, расположенной непосредственно под приемным преобразователем 17 (фиг. 1). Кроме того, амплитуда и/или фаза относительно тока передатчика сигнала, принимаемого приемным преобразователем 17, может быть использована для нормализации отдельных характеристик приемников преобразователей так, чтобы запись воспроизводила процент уменьшения толщины стенки.

мы заключаются в том, что фазовая характеристика магнитной аномалии отличается от характеристики реального дефекта, а амплитудная .характеристика магнитной аномалии относително мала по сравнению с характеристикой фактических дефектов.

Поэтому однозначно определение целостности колонны может быть осуществлено на основании зависимости фазовой модуляции при наличии аиома- ЛИИ и пропорциональной зависимости амплитудной модуляции переменного напряжения приемника в отношении объема аномалии.

При рассмотрении типичных форм фазового и амплитудного сигналов на фиг.6 и 7 очевидно, ;что можно умно- жить эти сигналы поточечно без потери информации. Целесообразность перемножения сигналов имеет два аспекта.

Во-первых, если никаких дефектов не имеется под приемным преобразова- телем 17, амплитуда очень мала и перемножение амплитуды и фазы в этом

37695010

положении будет удалять большую часть , присутствующего в кривой

шум обусловлен тем, что

зе. Этот

магнитные свойства изменяются слегка от дюйма к дюйму. Должно происходить значительное изменение в магнитных свойствах, чтобы создать магнитную аномалию. Эти небольшие изменения обычно не рассматриваются как магнитные аномалии.

Второе преимущество заключается в том, что поскольку характеристики фазовой модуляции магнитной аномалии

5

0

5

0

5

0

5

ным, только когда существует увеличение амплитуды напряжения приемника частотой 35 Гц. Таким образом, перемножение сигналов уменьшает скорость передачи данных, необходимую для передачи всей информации, и это также упрощает проблемы воспроизведения путем уменьшения количества воспроизводимых сигналов..

Детектирование фазовой модуляции может быть осуществлено- с использсг- ванием дискриминатора фазовой модуля- 1щи. Однако более удобньм способ включает в себя использование опорной приемной катушки 32 или пары катушек, соединенных по дифференциальной схеме, установленной концентрич- но с осью прибора 1, расположенной непосредственно под приемным преобразователем 17 (фиг. 1). Кроме того, амплитуда и/или фаза относительно тока передатчика сигнала, принимаемого приемным преобразователем 17, может быть использована для нормализации отдельных характеристик приемников преобразователей так, чтобы запись воспроизводила процент уменьшения толщины стенки.

Электронная схема обр аботки сигнала, соединенная с приемным преобразователем 17, показана на фиг. 8. Схема обработки сигнала, используемая для анализа сигнала напряжения, полу- чаемого с каждого приемного преобразователя 17, размещена в патроне, например патроне 13 (фиг.1). Сигнал напряжения, генерирующей при перемещении приемного преобразователя 17 по колонне 2, показывает, существует

ли в колонне реальная аномалия (дефекты) , или существует магнитная аномалия. Магнитная аномалия является недостатком, свойственным материалу колонны, характеризуемому путем воспроизведения магнитных свойств, отличньрс от тех, что присущи остальному материалу колонны.

Сигнал каждого приемного преобра- зователя 17 подается через экраниро- |Ванньй, крученый кабель 33 в схему, имеющую дифференциальный усилитель 34. Выходной сигнал.этого усилителя 34 подается в два различных полосо- вых фильтра 35 и 38. Один полосовой фильтр 35 имеет характеристику с центральной частотой, равной частоте низкочастотной передающей катушки 9 (30-40 Гц).

Другой полосовой фильтр 36 имеет характеристику с центральной частотой 2 кГц. Частота 2 кГц является той частотой, на которой передатчик 37 локального вихревого тока, распо- ложенный перпендикулярно приемной катушке будет работать (фиг.З). Эта передающая катушка 37 используется для разрешения наружньк и внутренних дефектов. Передающая катушке 37 на- водит вихревые токи в колонне 2 в плоскости, параллельной плоскости катушки. Вихревой ток создает второе магнитное поле, которое противодействует полю возбуждения, наведенному соосными передатчиками 9. Результи рующее магнитное поле представляет ;Собой векторную сумму полей возбуж- :дения высокой и низкой частоты. Таки образом, когда приемный преобразователь 17, имеющий вторую передающую катушку 37, намотанную на нем, движется вдоль внутренней стенки колонны, имеющей дефект, поток вихревых токов высокой частоты задерживается, создавая второе возмущенное магнитно поле. Это возмущенное магнитное поле обнаруживается парой катушек благодаря разбалансу измеряемого поля. Этот разабаланс создает увеличение выходного напряжения частоты 2 кГц с пары катушек. Использование оборудования и технических приемов для измерения вихревых токов частотой 2 кГц является стандартным в этой области техники для определения внутренних де- фектов стенки.

Из фиг. 8 видно, что выходной сигнал, полосового фильтра 36 частотой

.-

дjr 20

25 Q 55

;

35

40

2 кГц выпрямляется и детектируется с помощью восстанавливаемого в нулевое состояние пикового детектора 38, Выходной сигнал восстанавливаемого пикового детектора 38 подается в схему 39 выборки с запоминанием уровня. Эта схема 39 выборки с запоминанием уровня осуществляет выборку напряжения восстанавливаемого пикового детектора непосредственно перед его установкой на нуль. После перехода схемы 39 выборки с запоминанием уровня в режим фиксации восстанавли- ваемьй пиковой.детектор 38 устанавливается в нуль.

Выходной сигнал полосового фильтра 35 на 35 Гц подается в двухполупе- риодный выпрямитель 40, выходной сигнал которого подается в восстанавливаемый в нулевое состояние пиковый детектор 41. При переходе через нуль отрицательной части напряжения приемного преобразователя выходной сигнал устанавливаемого в нуль пикового детектора 41 выбирается схемой 42 выборки с запоминанием уровня и устанавливается в нуль, когда схема 42 находится в режиме хранения. Эти события происходят одновременно в пиковом детекторе 38 и схеме 39 для сигнала частотой 2 кГц.

При переходе через нуль положительной части напряжения опорного приемника, связанног: с определенной матрицей 11 или 12 преобразователей, выбираемое аналоговое напряжение вихревого тока частотой 2 кГц и выбираемое аналоговое напряжение частотой 35 Гц подвергают мультиплексной передаче мультиплексорами 43 и 44 вместе с такими же напряжениями с других шести преобразователей, находящихся в отдельной матрице, в два со- , ответствующих аналого-цифровьк преобразователя 45 и 46.

Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 46 частотой 2 кГц затем загружается в выходной буфер 47, где он хранится для передачи расположенной на поверхности телеметричесзсой Схемы 48. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 45 частотой 35 Гц загружается в промежуточный буфер 49, Каждый приемный преобразо-, ватель затем имеет амплитудное слово на частоте 35 кГц, согласованное с соответствующим словом фазы преобра-

зователя и подаваемое в цифровой умножитель 50 с жестким монтажем.

Фазовое слово генерируется путем запуска счетчика, находящегося в схе ме 51 разности фаз при прохождении нуля положительной частью напрджения опорного приемника 32 (фиг. 8), связанного с данной матрицей 11 или 12 приемных преобразова телей. Один onop ный приемник предусмотрен для каждой матршц 11 и 12 (фиг. 1). Счетчик считает с частотой, задаваемой синхронизирующим устройствОхМ, находящимся в схеме 51. Частота тактирующих сигналов выбирается такой, что если- синхронизирующее устройство отпирается для одного полного периода 35 Гц, то имеется полное заполнение счетчика. Счетчик прекращает счет, 5согда отрицательная часть напряжения приемного преобразователя на 35 Гц пересекает нуль. Это приводит к выдаче биполярного фазового слов в величинах двоичного кода сдвига, т.е. порядок нулей пропорционален половине максимального отсчета. До того как каждое фазовое слово будет согласовано с амплитудным словом в умножителе 50, оно.преобразуется в составляющие величины и знака с по- (Ующью арифметической схемы 52. Амплитудная часть слова подается непосред- ствершо в умножитель 50, Знак подается через умножитель 50 непосредственно в схему 53, которая изменяет произведение умножителя. Эта форма произведения фазы-амплитуды затем загружается в выходной буфер 47.

Схема 54 синхронизации и управле- ния предусмотрена для управления установкой в нулевое положение пиковых детекторов и схем выборки с запоминанием и для дополнительного упр ав- ления мультиплексированием сигналов приемньгх преобразователей 17 в мультиплексорах 43 и 44.

Поскольку фаза опорного приемника изменяется относительно фазы передатчика, а данные генерируются относительно фазы опорного приемника, необходимо обеспечить разгруппирование выходных: данньк. После этого данные будут поступать на выходе с постоянной скоростью в один полньй блок данных 35 раз в секунду, независимо от фазовой модуляции опорного приемника 32.

Q 5 0 5 О

0

5

Сигнал опорного приемника 32 подается в дифференциальный усилитель 55 с такими же характеристиками фильтра высоких частот, что и характеристики дифференциального усилителя 34 приемных преобразователей. Этот сигнал затем подается через полосовой фильтр 56 на 35 Гц, подвергается двухполу- периодному выпрямлению в двухполупе- риодном выпрямителе 57 и подается в устанавливаемый в нулевое положение пиковый детектор 58, из которого производится выборка схемой 59 выборки с запоминанием непосредственно перед установкой в нуль. Установка в нулевое положение происходит каждый раз, , когда напряжение опорного приемника. пересекает нуль положительной части на выходе полосового фильтра 56 на 35 Гц. Выходной сигнал схемы 59 выборки с запоминанием затем подается в аналого-цифровой преобразователь 46 через мультиплексор 44. Это преобра- .зование происходит одновременно с преобразованием сигналов приемных преобразователей 17 с соответствующих матриц преобразователей для этого опорного приемника.

Фаза опорного приемника 32 измеряется относительно фазы тока катушек 9 таким же образоМ|Что и фаза при- емного преобразователя 17 измеряется относительно опорного приемника, ис- пользуя аналогичную схему 60 разн ости фаз. Цифровое слово затем подается в промежуточный буфер 61 и пропускается в выходной буфер 47. Амплитудное слово опорного приемника 32 может быть использовано для того, чтобы определить лежит ли фаза опорного приемника между 0-360 или 360-720 с.

Этот фазовый и/или амплитудньй сигнал может быть использован- для нормализации сигнала приемного преобразователя относительно микроскопических изменений и полных/средних толщин стенки, магнитных свойств и изменений мощности передатчика. Эта нормализация может быть осуществлена в.скважине или на поверхности. В предложенном изобретении это осуществляется на поверхности на вычислит- тельной машине

Цифровая телеметрическая система 62 будет затем обрабатывать данные выходного буфера 47 и передавать их на поверхность по кабелю. Находящийся на поверхности приемник 15

13137

1) будет затем раскладывать бло

(фиг.

данных, изменять его формат и воспроизводить информацию на запись как функции глубины.

Дисплей состоит из 24 дорожек, разделенных в группы по 12. Двенадцать амплитуд вихревого тока частотой 2 кГц могут быть воспроизведены, тогда как двенадцать сигналов произведе ния амплитуда-фаза для частоты 35 кГ воспроизводится. Дополнительные инте- ресующие сигналы могут быть воспро- изведены, например фаза опорного приемника относительно напряжения пере- датчика и амплитуда опорного приемника для каждого опорного приемника 32.

Другие варианты расположения матрицы преобразователей и передатчи- ков согласно изобретению также могут быть использованы. На фиг. 9 и 10 показаны варианты расположения матрицы преобразователей и передатчика, которые отличаются от варианта вы- полнения с двумя передатчиками. Вариант-выполнения устройства (фиг.6) схематично изображает использование передатчика 63, расположенного в колонне 64. Передатчик расположен на заданном расстоянии между матрицами 65 и 66 преобразователей. Основным критерием для выбора расстояния между передатчиком 63 и матрицами 65

и 66 преобразователей является умень- , концевые катушки имеют N витков и по; J-

шение эффекта непосредственной связи по магнитному потоку между передатчиком и матрицами независимо от стенним текут наведенные токи в направлении, противоположном направлению катушки с числом витков 2N.

16

ки колонны. Во втором варианте выполнения конфигурации матрицы преобразователей и передатчика (фиг 10), передатчик 63 расположен в колонне 64 на первом заданном расстоянии от первой матрицы 65 преобразователей, расположенной около второй матрицы 66 преобразователей. Второй вариант, однако, отличается от первого тем, что вторая матрица 66 преобразователей, находящаяся на большем расстоянии от передатчика 63, выбирает более слабое магнитное поле, и, таким образом, сигнал с приемных преобразователей, находящихся в матрице 66 преобразователей, должен усиливаться с большим коэффициентом усиления.

В другом варианте вместо 12 приемных катушек преобразователей, расположенных по окружности корпуса инструмента, можно использовать три сроено расположенные катушки, установленные близко между co6oii (фиг. 11). Узел 67 соосных приемных катушек расположен вчутри колонны 64 на постояй- нрм расстоянии от передатчика 63, чтобы раздельно обнаруживать в одном сигнале наличие и отсутствие отверстий или коррозии в стенке корпуса колонны буровых труб вблизи узла 67. Три соосные катушки соединены электрически последовательно так, что две

концевые катушки имеют N витков и по

ним текут наведенные токи в направлении, противоположном направлению катушки с числом витков 2N.

(pus.2

Vf

(puff.y

/V H

26

v

)/(

xxjrx///x

x TXX/XxVfcy xf/.

-90

31

/V

VV

(ригЛ

/4 / X X/y /.

X/V/y XXy

cfJtjff.5

фаза

cpue.6

ai n umyffa

.7

65

/

63