Способ электромагнитной дефектоскопии стальных труб в скважинах

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано при электромагнитной дефектоскопии стальных труб, расположенных в скважине: бурильных, обсадных и насосно-компрессорных. Техническим результатом является получение дополнительной информации о местах разрывов колонны и рассоединений в муфтах обсадной колонны через насосно-компрессорные трубы посредством измерения естественного постоянного магнитного поля одновременно с определением толщины стенки обсадной трубы. Для этого производят излучение зондирующих двухполярных электромагнитных импульсов с помощью генераторной катушки и измерение э.д.с., наведенной в приемной катушке процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующими импульсами. Затем производят вычитание значений э.д.с., полученной после положительного и отрицательного генераторных импульсов. Дополнительно измеряют напряженность естественного магнитного поля вдоль трубы. Для чего складывают замеры э. д. с. на приемной катушке в двух полуциклах работы генераторной катушки. При этом сигналы, вызванные импульсами зондирующего тока, имеющие различную полярность, вычитаются, а сигналы, вызванные естественным магнитным полем, складываются. По величине результирующего сигнала, соответствующего величине скорости изменения естественного магнитного поля, судят о наличии или отсутствии разрывов в колонне. 4 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано при электромагнитной дефектоскопии стальных труб, расположенных в скважине: бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб.

Известен способ магнитной дефектоскопии металлических труб в скважинах, заключающийся в перемещении локатора, содержащего магнитопровод, внутри исследуемой колонны и измерении изменения магнитного поля, соответствующего дефекту колонны (авт. св. СССР N 1263824, кл. E 21 B 47/00). Способ позволяет выделять муфтовые соединения, трещины, вмятины, однако он дает хорошие результаты только в скважинах с одноколонной конструкцией и не обеспечивает определение толщины колонны.

Известен способ обнаружения нарушений, вызванных механическим напряжением, в обсадных трубах нефтяных скважин (патент США N 3392732), заключающийся в измерении напряженности постоянного магнитного поля, индуцированного полем Земли, путем измерения э.д.с., наводимой изменением этого поля в индукционной катушке во время движения прибора по скважине.

Изобретение основано на открытии, что магнитное поле, соответствующее разрывам в железной обсадной трубе, заметно сильнее, чем то, которое связано с муфтами, переходниками или другими частями НКТ или обсадной трубы. Этот способ позволяет определить только разрывы во внешней (обсадной колонне) и муфты НКТ, но также не обеспечивает определение толщины колонны.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ электромагнитной дефектоскопии металлических труб в скважинах, заключающийся в излучении электромагнитного сигнала с помощью генераторной катушки и приема электромагнитного сигнала, вызванного вихревыми токами, возбуждаемыми в обсадных или насосно-компрессорных трубах, в момент выключения тока в генераторной катушке, по величине которого судят о наличии или отсутствии дефектов. Для избавления от квазипостоянных помех используют генераторные импульсы различной полярности, а полученные разнополярные электромагнитные сигналы вычитают (патент РФ N 2074314, кл. E 21 B 47/00, 47/12).

Однако способ не позволяет определять места разрывов колонны и рассоединения в муфтах обсадной колонны через НКТ.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения дополнительной информации о местах разрывов колонны и рассоединения в муфтах обсадной колонны через НКТ посредством измерения естественного постоянного магнитного поля одновременно с измерением процесса спада электромагнитного поля после воздействия зондирующих импульсов переменной полярности, обеспечивающих получение информации о толщине стенки обсадной трубы.

Для решения этой задачи в способе электромагнитной дефектоскопии металлических труб в скважинах, заключающемся в излучении зондирующих двухполярных электромагнитных импульсов с помощью генераторной катушки и измерении э. д. с. , наведенной в приемной катушке процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующими импульсами, вычитании значений э.д.с., полученной после положительного и отрицательного генераторных импульсов, дополнительно измеряют напряженность естественного магнитного поля вдоль трубы, для чего замеры э.д.с. на приемной катушке в двух полуциклах работы генераторной катушки складывают, при этом сигналы, вызванные импульсами зондирующего тока, имеющие различную полярность, вычитаются и по величине результирующего сигнала, соответствующего величине скорости изменения естественного магнитного поля, судят о наличии или отсутствии разрывов в колонне.

На фиг. 1 показан процесс формирования измеряемого сигнала, на фиг. 2 - результаты скважинных измерений с использованием предлагаемого способа. На фиг. 3 приведены результаты наземного моделирования в случае наличия рассоединения в муфте обсадной трубы, на фиг. 4 - в случае отсутствия рассоединения.

Сущность способа заключается в следующем: возбуждение электромагнитного поля в предлагаемом способе осуществляется путем подачи импульсов тока в генераторную зондирующую катушку. В момент выключения тока в трубе, окружающей катушку, возникают вихревые токи, которые являются причиной возникновения спадающего электромагнитного поля. При этом в принимающей катушке возбуждается э.д.с. Измеряя эту э.д.с. на разных временных задержках относительно момента выключения тока, можно судить о состоянии окружающих катушки металлических труб.

При измерении э.д.с., наведенной процессом спада вихревых токов, возможно присутствие низкочастотных аддитивных помех, вклад которых можно считать постоянным в пределах одного цикла измерения.

Для устранения влияния этих помех могут применяться разнополярные импульсы зондирующего тока (природа помех будет рассмотрена ниже).

Рассмотрим процесс формирования измеряемого сигнала (фиг. 1), где: Jген - разнополярные импульсы тока в зондирующей катушке, 1 - э.д.с. на зажимах измерительной катушки, обусловленная спадающими вихревыми токами, 2 - э.д. с. медленно меняющейся аддитивной помехи, = 1+2 - суммарная э.д.с.

Предположим, что мы измеряем 1 на задержке t относительно момента выключения тока t1 и t2 (в момент t1 + t после положительного импульса и в момент t2 + t после отрицательного импульса). Мы получаем значения U1 для положительного импульса Jген и U2 для отрицательного импульса. Предположим, что труба, в которой происходит замер, идеально однородна. Тогда, пренебрегая другими возможными источниками помех, мы можем записать: U1=-U2, где U1 > 0 - напряжение э.д.с. вихревых токов после положительного импульса генератора тока при задержке от момента выключения тока t; U2 < 0 - то же, что и U1, после отрицательного импульса генератора тока.

В момент измерения напряжения U1 э.д.с. низкочастотной помехи 2 может принять значение U3, а в момент измерения U2 соответственно U4. Предположим, что помеха 2 меняется настолько медленно, что U3 - U4 = 0, где - разность между значениями аддитивной помехи, образовавшаяся за время, прошедшее между положительным и отрицательным замерами 1.

В итоге в момент t1 + t на зажимах катушки будет присутствовать напряжение U1 + U3, а в момент t2 + t соответственно U2 + U4.

Применяющийся метод избавления от аддитивной помехи заключается в вычитании значений суммарной э.д.с., полученной после положительного и отрицательного генераторных импульсов: Uсигн = (U1+U3) - (U2+U4) = U1-U2+U3-U4 = U1 - (-U1) + 2U1.

Получившееся значение полезного сигнала Uсигн приблизительно равно удвоенному значению э.д.с., измеренной после одного импульса тока генератора.

При замерах в стальных трубах основным источником аддитивных помех является постоянное магнитное поле, которое увеличивается на некоторых участках колонн. При движении измерительной катушки в этом магнитном поле возникает помеха типа описанной 2.

Измерение этого магнитного поля может дать дополнительную информацию о состоянии стальных труб. В частности, аномалии магнитного поля могут возникать при наличии в колонне немагнитного зазора, связанного с рассоединением в муфтах обсадной трубы. Информация о наличии аномалий магнитного поля также важна потому, что в их районе работа дефектоскопа может быть нарушена из-за ограничения сигнала в усилительном тракте.

Предлагаемый способ получения значения величины напряженности естественного магнитного поля, пропорциональной скорости движения скважинного прибора и производной напряженности поля по оси, направленной вдоль движения прибора, состоит в следующем: находят величину Uпом = (U1+U3)+(U2+U4) = U1+U2+U3+U4=U1-U1+2U4 + 2U4, т. е. замеры, полученные после генераторных импульсов разной полярности, суммируют. Получившаяся величина Uпом примерно равна удвоенной величине аддитивной помехи (при условии, что сигналы от вихревых токов положительной и отрицательной полярности равны по модулю).

На фиг. 2 приведены реальные замеры Uсигн и Uпом, полученные в скважине с использованием данных одного зонда. При прохождении двух муфт кривая Uсигн имеет одинаковые аномалии, вызванные увеличением общей эффективной толщины металла, в котором циркулируют вихревые токи. В то же время аномалия Uпом отмечается на одной муфте и почти отсутствует на другой. Причиной появления аномалии является наличие в муфте, напротив которой наблюдается аномалия Uпом, немагнитного зазоpa, что вызывает возрастание магнитного сопротивления и скачок в этом районе напряженности постоянного магнитного поля.

На фиг. 3 показан результат наземного моделирования ситуации, когда прибор проходил мимо рассоединения в муфте. Для имитации индуцированного поля использовался постоянный магнит. В результате были получены кривые, по форме повторяющие те, что получены в скважине при прохождении прибора мимо аномальной муфты. На фиг. 4 показаны замеры в той же модели, но без рассоединения в муфте. Аномалии Uпом нет, как и в подавляющем большинстве случаев при скважинных замерах.

В способе по патенту США N 3392732 подобные аномалии получены с использованием скважинного прибора, состоящего из катушки индуктивности. Замеры производились через НКТ. Наличие рассоединений в муфтах было затем подтверждено прямым визуальным наблюдением с помощью телевизионной системы инспекции скважин после подъема НКТ.

Предлагаемый способ позволяет с помощью электромагнитного дефектоскопа одновременно обнаруживать разрывы и рассоединения, а также муфты обсадной колонны через НКТ, обнаруживать дефекты типа трещин в одноколонной конструкции и раздельно определять толщину стенок в обсадной трубе и НКТ в многоколонной конструкции.


Формула изобретения

Способ электромагнитной дефектоскопии стальных труб в скважинах, заключающийся в излучении зондирующих двухполярных электромагнитных импульсов с помощью генераторной катушки и измерении э.д.с., наведенной в приемной катушке процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующими импульсами, вычитании значений э.д.с., полученной после положительного и отрицательного генераторных импульсов, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряженность естественного магнитного поля вдоль трубы, для чего складывают замеры э.д.с. на приемной катушке в двух полуциклах работы генераторной катушки, при этом сигналы, вызванные импульсами зондирующего тока, имеющие различную полярность, вычитаются и по величине результирующего сигнала, соответствующего величине скорости изменения естественного магнитного поля, судят о наличии или отсутствии разрывов в колонне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для внутритрубного неразрушающего контроля трубопроводов, главным образом уложенных магистральных газопроводов путем пропуска внутри контролируемого трубопровода устройства, состоящего из одного или нескольких транспортных модулей, продвигающихся внутри трубопровода за счет давления потока газа, транспортируемого по трубопроводу, с установленными на корпусе датчиками, чувствительными к каким-либо параметрам, отражающим техническое состояние магистрального трубопровода

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий магнитным методом

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики, в частности к методам неразрушающего контроля материалов на наличие дефектов, и может быть использовано при выявлении дефектов в изделиях, которые содержат ферромагнитные материалы, а также в криминалистике

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для выявления продольных трещин в заглубленных магистральных трубопроводах

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и преднааначено для магнитной дефектоскопии тонкостенных ферромагнитных

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для выявления дефектов в протяженных объектах, например в трубах магистрального трубопроводного транспорта

Изобретение относится к измерению механического напряжения путем измерения изменений магнитных свойств материалов в зависимости от нагрузки, в частности исследования магнитных полей рассеяния

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при дефектоскопическом контроле ферромагнитных материалов и изделий

Изобретение относится к устройствам для индикации уровня жидкости в скважине и может быть использовано, в частности в нефтяной и газовой промышленности при замерах уровней пластовых и техногенных жидкостей в буровых скважинах

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для контроля глубинных параметров в процессе эксплуатации скважин и передачи регистрируемых параметров на поверхность

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при исследования технического состояния колонны при ремонте скважин

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к вопросам регулирования разработки нефтяных залежей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтепромысловой геофизике для определения углового положения буровой скважины и в геомагнитной навигации для определения курса судна

Изобретение относится к вспомогательным устройствам при производстве буровых работ, и источник электропитания предназначен для питания скважинных глубинных (забойных) телеметрических систем по контролю и автоматизированному управлению процессом проходки ствола

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к геофизическим и гидродинамическим исследованиям действующих скважин

Изобретение относится к геофизическим методам исследований обсаженных скважин и направлено на повышение точности для определения качества перфорации обсадной колонны скважины и границ интервала перфорации
Наверх