Устройство для контроля технического состояния труб обсадных колонн
СОЮЗ СОНЕГСЯИХ соци/ листичесних
РЕСПжЛИН г -- Ъ
i5il5 в 21 вв><оо
ГОСУД IPUTBEEII!ЫЙ НОМИТЕТ СССР
Г10 щ плу изоБРе Гений и ОГнРытий (4ll ), ., ц2, Ili
{ /, j,r .. п>ь> < наччно Нс. гле loBHTE III: (i E . лс E 1(T) г il< i p", EE ннк Гкв,lжин
i tl н > р -,:, вм ряг Т> гр Ill 1>нии> рнефть (/ ) 1!.8, E(lEH;ioi; ii Л. !i.(1 майлов (1, .2.741 б2 244,1(088.8) г!6) /;,i», r i E:i åт<льство СССР (: 9 . <2, к><, ..1 Б >7/00, Г. Р! о i/i >9
i ::<" .;>: i;,io1 е Г! ьг тн< ГС(1
>," /!77б 7 > i;, Р г 1 11 >7/04, 1979.
/,:- г >,н.: >е >де тельство ССГР
tj 8б18 ", кл. К 2 В 49/ОО, 1979. .в. T.:1-. ко< г цд.. гельство СССР
Н :)i/ / >7, к ., 21 Б 49/00, 1981.
/.> io1-к .е ".> слете»ьство СССР !" „ б >18, i л, . 1 Н 47/04, 19б7. (. (E) <",ГI>C>11(Г>10 111>> ><О!1 Г>Г>1!!! ) 1„ (Н11Ч!, . .!,(1< ((Х1(>E >1ПЕЯ РУ!> ОВСА(11>1>1Х КО !E E l Ei (> /) H ".бре гение oTiii.о:ится к облас— ис ое< доU liiH>I «.>i- t" . illHH Tp) б обгацн<»< колонн (ОК) нефтяных и газовых скважин. 1<<-нь <>зобретения повышение точности »пределения износа и профиля внугт>виней поверхности труб ОК. Для .-того мягнитопровод (1< .Л) 2 электромагнитного скважинного преобразователя 1 в> EIIÎIIE>cí Ш образ
>ЕЕЕН. Fãî средний зл<-мент (I 4 уст >ноллен ассиметрично >т El ic > т<. "I,н< крайних 3 3 и >, к< го!"ые н.:>>с>лиепы разной днины и кор< не "> 4. Намягнн ii »ающая катушка 9 вы<»лне на из на<в тей, размещеннь<х на . ) 3 н < . Pa9«>гиа между длинами участков И1! 2 равна ра-нице между длинами 3 3 и 5 огногHTcльно О 4, а также разнице Между длинами 3 3 и 3 з. Катушка 9 рази<к(гна на 3 il и подкл>о и i т< ка стабильной амплитудь .
>>1ля уменьшения и< м >< нри прохождении преобразователя 1 л з< н» и фтовьгх соединений труб ОК длина 1,„ полн;.ных наконечни <>I> б — Я МП 2 iio в
Я оси преобразователя 1 выбрана в « гт— в< тствии с соотношгнием; li с 1 311 Я где h — зазор между fol гамп тр) б
ОК в муфтовом соединении. С наземн> и («пнаратурой преобразователь соединен электроприводом, ко горь>й для уменьE.>< ния злектромягнитнь<х и< мех и габа-! ит в преобразователя l Bыполнен в виде импульсного злектродгвигателя
14. Наконечники б — 8 но <лякт сни И% зить потоки рассеивания.Ле>гжение ф нреоб-„>азователя вокруг е .и преобразо- ",1 вателя 1 осуществляется и моиент Iio дачи импульсов, а измерение — в аузах между ниии. 2 з,п. ф-ль>, 4 ил.! 4 39.)
И )ь)61)е) ение относится к устройствам для исследования состояния труб обсадных колонн нефтяных и газовых скнажин.
Ii
Целью изобретения является повышение точности определения износа и профиля внутренней поверхности труб обсадных колонн.
На фиг. 1 дана упрощенная конструкция скважинного прибора в разрезе; на фиг. 2 — изображена блок-схема устройства;на фиг. 3 — вид скважинного прибора в сечении, перпендикулярном оси трубы, и положение преобразователя относительно эоны износа; ня фиг. 4 — вид преобразователя в осевом сечении трубы и положение его относительно контролируемой поверхности.
Устройство для контроля технического состояния труб обсадных колонн состоит иэ скважинного прибора и надземной . аппаратуры.
В скважинном приборе 1 установлен бескочтактный преобразователь,состояI)I)I)i н . Ш-образного магнитопровода 2
1 с элементами 3,4,5, средний элемент
4 ) «foDoI устаповлен асимметрично относительно его крайних элементов
3 и 5, которые выполнены разной длины и короче среднего элемента 4, по" люс ы наконечников 6 — 8, длина
1к которых по оси скважинного прибора больп)е зазора h между торцами тр)6 обсадных колонн в муфтовом соединении, но меньше зазора 3h,намагничивающей катушки 9, размещенной на среднем элементе 4 магнитопровода 40
2, измерительной катушки, выполненной иэ двух частей 10 и 11. размещенных на крайних элементах 3 и 5 магнитопровода 2, разница между длинами которых равна разнице между длинами 4> участков магнит«провода 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 помощью электропривода, содержащего импульсный электродвигатель 14, IIIf c Tf рни 15 — 18, вал 19.
Электродеигя гель 14 удален от преобразователя во избежание элек" тромагнитн,Ix ц )Mf.õ.
Выходнг)й сигнал преобразователя через систему токосъемников 20 и контактные кольца 2! передается llo кябелн) 22 каротажного подъемника 23, проходящему через ролик 24 блок-баланса к наземной аппаратуре состоящей из блока 25 обряботки информации, регистраторов 26 и. 27,источника 28 переменного тока стабильной амплитуды, к которому подключена нямягничивающая катушка 9.
С помощью центраторов 29 скважинный прибор предварительно центрируется в исследуемой колонне 30 с образованием кольцевого зазора 31 между корпусом 32 скважинного прибора 1 и внутренней поверхностью исследуемой колонны 30 труб, свинчива" емых с помошью 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 егс выходного сигнала.
Устройство работает следующим об" разом.
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" гистряторе 26 синхронизировано с движением скважинного прибора по колонне труб. При этом определяется распределение зон износа в обсадной колонне в функции 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, син" хронно 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 вьш|е, выходной сигнал электромагнитного преобразователя изменяется не только в функции расстояния до исследуемой поверх(((<1 )г ности труб, но и у!ла паки< на поГлед«ей относительно рабоч< и поверхности элементов ма гн(гтопронода пре обраэователя, т.к. 3oltл электромагг„ нитного взаимодействия преобразователя с обсадной колонной определяется проекцией рабочей поверхности элементов магнитопровода на внутреннко< поверх((ость исс леду мык труб, 10
Это иллюстрируется фиг. 3, где показаны три положения датчика относительно зоны 34 износа, которые он последовательно (в напр»влепи«,укаэанном стрелкой) занимает при скан«рова).ни<1 в<(утре((ней поверхности исследуемого участка обсадной колонны
30. Наилучшие усл.звчя контроля обеспечиваются в первом полож l!HH преобразователя на !еиэно(ое(шом участке 2О (в зоне Л) и в зоне макс«мальнгго износа, г. е. в этих с.!Ió<(ý-х рабочие поверхности элементов магI Hòo«ðo(3oä» проектируются на исследуемую поверхно<.:ть труб в натураль(3yl<) величи- 25 ну. При входе датчика в зону износа (зона В),а также в любом другом I!o ложении (например, В зоне С) это усПС!3((e НЕ IInlПОЛI(ЯPТСЯ, Так«м образом, яр((контроле изно- 3П шенного участка труб обсадных колонн эона электромагнитн(.го взаимодействия преобразователя не постоянна, что приводит к погрео!иост(» измеpeH«s<. 07едует также отметить,что (3 обс»дной колонне
35 положение скважинног<) прибора 13 процессе исследований яв!(яется спучайным, таК КаК HOHOC ЕЕ МОжс т ИМЕТЬ СЛОжНуЮ форму и отцентрировать скяажинный при. бор н ней ок»зывается непоэможным.
Эксцентриситет может достигать полной величи(ы зазора 31, который по геофизическим нормалям должен быть не менее 10 мм. Все это значительно снижает точность определения харак- 45 теристик дефектных уча-тков обсадньгх колонн (реального профиля и износа их по периметру) а поэтому повторные
) измерения, проведенные в одной и той же обсадной колонне, дают другой 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 элементов магнитопровода относительно исследуемой
1!()Впp):lt<)(Т(1 Т(:! 1! у"!(1!1 n!(!IH)l 1 lt(ll— !!Ця д()уl «x ЛГ(т(1<71!(!1!з(. ).,! ltll у (11(3 !(— ров.
KP<)tI< т<) 1 <) ° ?ìP II(Il!()! «)() " .!1(к тP )MB(н«тных 1<ан<.;,ок на На ф«Г. 4 Пр!<Гс.(! В«Л !!р . разов 3 а т (л я в o c e (3 A t I < е ч е 1(« т () " Г 1 1 «и Г ЕМОй ПП!)ЕРК!!Ос "H. Цама(IIH («(< i()l((чя кат у!ока (! ) р-..— положе(lн»я на среднем э3(с <(е(!тГ маги«7 с
1 ф )»мыкается по пути: Гр<;;и«." / элемент !«»ãH«òoèðo 6 — крайний :)л Mc IIT магнитопронода 3 — магHHTo(7povog 2 — средний элемент маг««топровода 4. 1(»rIII3TI(I п» пЛТок Ф,, .3»e!II!<»e 7 ГЯ 1!< пути: средний элемент магн«7 <) !!popo" Д!1 4 Пoлlос!(ЫЙ НИI;<)!!EÐ" 11!HI< < — 3à 1<)p 3 ) (Х) — исслед. емый у)!астак ()ГГадной колонны 30 — зазор Х + ct, — пс— люсный наконечник 8 — край !!й элемент магнитонровода ) — t Перес"кая витки иэмерительгнo< к»туп(ек 10 и 11, магнитные потоки Ф и Ф соответственно наводят 13 них . ЯС Е<о и Е,, Вели <ины которых oHpppå)7íþTñÿ выражениями; (<, Е!о " <о ) " )о м) Н !.а W мг E = V WH. ф, где <о — частота тока памагничннания; число витков катушек 10 H 11 соответственно; магнитные потоки, замыкаю(циеся через крайние элементы маги«то«роя<да (и 5 кат7л((ек 10 и 11 Гo<)TI!cт ф Ф,— ственно; ЛОЖЕ ««ЕГO OTIIOCH ЕП<,(!О t,o!) 7 Р .;;!3)Рс-1 !4 3925 !! — намагничинан щая сила катушки 9. Н = ?н 5 Е (,) W «с = ш и 4). W 11„ где I„ I 14р (i F () 1 2Х tä 9 иК„ — 1о 2Х +о"г 10 ЪГ» 2Х +d При И, И ше упрощается: выражение еще больЕ<о 2Х +A Е„2Х +с, Отсюда или 1 АЕН - А Elo 2 E,о — Fg, В последнем выражении для Х (расстояния до стенки колонны) отсутствуют частота тока намагничивания, его величина, магнитная проницаемость и площадь (сечение) зазора Х в зоне Контропя, которая определяется проекцией рабочей поверхности полюсных наконечников на стенку колонны. Таким образом, оказывается возможным исключить влияние дестабилизирующих факторов, вызывающих изменение, укаэанных выше параметров, и повысить точность определения износа и профиля обсадных колонн, т.е. достичь поставленной цели. Полюсные наконечники, установленные на элементах магнитопровода, идентичны. Они позволяют снизить магнитные потоки рассеивания, т.е. потоки, замыкающиеся в направлениях, отличных, от радиального и ненесущие информации о расстоянии Х 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 внутрейней поверхности труб обсадных колонн может быть построена иэ Где л и немагнитного зазора в зоне контроля соответственно. 45 н Wg 2Х +<ф, 1о и 9 i4о F0 1о 1 / о Fo 23(«-, F(, = (о 1 о n iy ток,протекающий через катушку 9; число витков катушки 9; магнитные сопротивления потокам Ф и ф соответ1 г ственно. Пренебрегая (иэ-эа наличия боль- 15 moro немагнитного зазора 35) магнитным сопротивлением элементов магнитопровода 3 - 5, полюсных наконечников 6 — 8, исследуемого участка обсадной колонны 30, магнитопровода 20 2 и магнитными потоками рассеивания, т.е. потоками, замыкающимися в направлениях, отличных от радиального, магнитные сопротивления R u R м иг можно выразить через зазоры 35 (Х), и d следующим образом (см. фиг. I): 2 Х +с 2 ° Х+д!г Р мр + F 30 о о о F — магнитная проницаео мость и сечение В первом приближении, без учета магнитных полей рассеивания, сечение Е немагнитного зазора Х равно проекции рабочей поверхности концентратора магнитного потока на контролируемую поверхность труб обсадной колонны. Тогда 1«Wg н 2Х +y 11 я 9 А. о о В чяв отношени — — - получим: ю F ° 11 Е, (2Х +, ) = Е„. (2Х + г) 1 1 < )ч? ) 1 сс) В, — ",E;, 1 . l2 2 Е.> — Г, ных колонн твенно ця баево)>ой моя<но непосредг иметь данные nr профиле внутрен обсяднь)х колонн цифропс.чатaf<)IIIO е построитель. Скваж)ч)нля л изно<.Р и реа))ь1)оч ней поверхности труб C. ВЬIВГЦОМ 1<Х f1rt угт1>о<1< т»о и грлфоЭТОМ <. J < l Ч Я С. C O ? <) 10 С О ЕДИН Е Hill f . < \ ttIJ1 1)TIIH!х v 3!>r >и 1! < 1<>к<)в ttltхf><>HPr> цРГ< OE)f1<>IE Техtll!Kи, Например. П< давая вь)ходные сигнллы r обмоток >«и h> прР бр;1.<овяте1<) > ля и<) карота)i<ному кабелю на аналого-цифровые преоб)ряэопятгли и Палее, в Вычиспитепь)<ое устройство для Их обработки согласно Выражению ппярлтурл может » «(1 ТОЯТЬ >11)Н/Ь ll 3 Д;1 ГЧИ ка и электропривода для с);лниpottaННН по периметру виутр иней 1><ц грх— ности исследуем)х труб обгaJtttf tx копони. Следует также отметить,что цг.!;лю чение из гкважинного прибора лкгивHffx элементов (трвцзистс р;в, мик1оСХЕМ И т.Д,) ПОЛНО»Нет 1;ОВЫГИТЬ ЕГО надежность > тet ft>P paтури ю с тл <бил).— ность, верхиее зня<<Рн)>)е диапазона рабочих темперл-vp, что являгтгя в настоящее время весьма актуальной задачей в связи с vftP.>H÷oHHPÌ объе ма глубинного бур .111!» . Подключение об )отк и намл гнич и-.л НИЯ К ИСТОЧНИКУ )IPРЕМРНН ) (О Т01< Я, Л не напряжения, flrобходимо для обесп чения постоянс:тва млг)11)тод1)и;1<ущеи с лы обмотки возбужд ) ия. В этом случае изменения яктивч<)го сопротивления обмотки намагничивания из-за изменецип 1емпеплтуры и ее иидуктивного сопротин.;<ния, обусловленного изменением расс ояния между преобразователем и KoHTpo)IHpуемой трубой, ие приводят к изменению протекающего через нее тока, магнитодВижущей силы и чувствительчОсти 5О преобразователя. Использование в Электроде импульсиого двигателя (11)я>.ового) способствует увеличению помехоэащищенности преобразователя. При этом движеиие прес>брлзователя вокруг оси скважииного прибора осуществляется в момент подачи импупьсов, а иэмереиия проводятся в паузах между ними. (1+ц)lo< мь»! Тс хнI>ко,1 I> "1f> « 11!й 3<1<1)е) т <> t и< п<>п),ловя»»я 11 >< f pr I < нни МОжР Т t)trtTfr ПОЛУ ЧР Н З Л Г Ч< 1 !r я)1бО)1< P то <цс и 1311<1>ормлцпи Г с<>« . . >1>31»! »Рфе)< THI Ix учяГтl<ОВ л,> > б < б< л,) I! >х КOJ10111(И 0ПРНКИ ИХ <>< THI О >I: f< f;P<>>3 нос ти>что поэво)1>3Рт 11РРГI!<) >1>p< f>ятl ЛВЛРИйНЫЕ ГИТ;ЯПИИ НЯ ДЯННОМ )яаГТОр< ж>1Р)1>!>f 11 fit f>r>I!M 1 1, r. ",: >1>< <с»н»< М >- pfrl > H <. К It<> rt tt tr>r t r r >I < r > 1 C i > >1 о .) Г Д, t— <- о р м у л я и < с Г < 1 с н и я 1 . ) ст1)ОЙГ тf)<>;t»я ко)1тр<)!1>< тРхнf! че< кого состояиця труб .бс.ллцых KO; II fIPpxft<)r T!I "r руб обе i!>t!x I c>f<>f1 », ма) — н)<топРоноД 13! IH<)HHPH !Il-ос Р,) >ным, СРед" пий элемент его угтл )овл >1 а< пммгтрично o T>focHTQJII tftpApc да, и )мерительная кат лпкл pыпо»>,с па H÷ члстей, размещенных ня кряйчих элемРН-! тлх магнитопровода, я ))лл>11>цл МР кцу длинами участков магнитс гроволл рагнл разнице между длинлми е<, крайних элементов относительно p< д>)его, л также разнице между дпццлми крлйних )лементов магнитопро))оцл,;>чс .1 на.млгничивающая катушка 1ч:3."1<.1))г))а нл среднем элементе маг) t Tvt!pnpi äà и подключена к игточнику !I< pемснного тока стабильной амп»итуды. 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тсм,что, с ц<лью уменьшения помех при црохо:т;1<)нии преобрлзователя в зоне IIv<1: ных соединений труб, длина п»югtf fx )IAKQHE чников пО Оси скважин!!>)1 о п1>>1! Орл Вl. брана в соответствии с r, отн; < чи< м h 1 «11) 1 где 1 — длинА полюс» >х»;..1 о)1<")н.!)< КОВ HO OC l! П»> < f>P,>.><>l ë TO I)3 3 h — зазор м" жду т . t>t»... 1 труб обсадных к<:.он» му.j тоном г! ; l ;«) ф /, гг 1, г. г f(Г г,1! г г г jl 1 г ° г:f г г, г г !.f4, (гр ° г г ) Уг 1!<1. f ° i <ггг II, I,,г, l
« II 1 < г, ! !.г < <<г If I>j Vi!< Ill:tI! <(<<к (<г г,, II If!If llf I. III1 f! II,;. Ij,j, l 1 .(I ;, 11 г ! ff Г"";, ; < ! Г)1 1 г tj) <, .; "1 ,, ) .,<б,<р
I!»!<| II!II! и
19 Риг 2 Яр гр Г, O1 1 !11 111 ! f,, !! ),) t 11OIIД --Х!) 11, .,!jiffy,. . К Р е,! 1 -:1 к т 0 1) ) ! f)i » ft Корректор А. Тяско . 11 1 1 011 1): 1 1 1 j)fl.÷f 1 !. IlOPIIHC ffOt-: f, !l, !);11)t тиен1!О1 О !! с№и1с 1.1 1,СC,Ð ! "; рt 1 f i!f1 1! Отк„ )1,1т1 1 l! ).f Il,,f(- )" . ) .",!«.):;f ß f!.f»,,)f, - 1 / ) 1 f . 1 11РО)) 1)1!)!)! Г:" )11, ift!)!lff 1 I)j fftft кo)! !11>ед!1))111111<, Г. У ! ОР )fl 1 11, ПРОРк 1н0)1, 
