Способ диагностики целостности металлической колонны

Изобретение относится к области исследования оборудования, применяющегося в нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для диагностики целостности работающей насосной колонны штанг. Способ включает определение и измерение спектра шумов, определение мест трения металлической колонны, проведение диагностики целостности металлической колонны по анализу изменения спектра шумов во времени. Колонну составляют из штанг, располагают ее внутри колонны насосно-компрессорных труб, находящихся внутри обсадной колонны скважины, и подсоединяют ее к насосу. Для диагностики используют один или несколько датчиков приема спектра шумов, один датчик устанавливают на штанге или устьевом оборудовании, или колонне насосно-компрессорных труб, а несколько датчиков, которые работают в одинаковых или разных частотных диапазонах, устанавливают на одной или нескольких штангах, и/или устьевом оборудовании, и/или колонне насосно-компрессорных труб. До начала работы регистрируют естественный спектр шумов, а также спектры шумов от соседних насосов и скважин, после начала работы замеряют спектр шумов от работающей колонны, совершающей возвратно-поступательное и/или вращательное движение. Анализ изменения спектра шумов работающей колонны осуществляют сравнением спектров шумов, выделенных до начала работы, спектров шумов, зарегистрированных при работе колонны штанг, и спектров шумов, зарегистрированных при воспроизведении трения колонны штанг о насосно-компрессорные трубы на стенде, для определения появления и увеличения усталостных трещин. Колонна штанг может быть снабжена скребками-центраторами. Возможна регистрация модельных спектров шумов от элементов колонны штанг, колонны насосно-компрессорных труб и насоса при различных степенях износа и сравнение их с зарегистрированным шумом работающей колонны штанг. Повторное снятие спектра шумов возможно через заранее заданный промежуток времени. Изобретение направлено на повышение диагностики целостности работающей металлической колонны штанг. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области исследования оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно диагностики целостности металлической колонны, используемой для добычи продукции скважин с помощью глубинных насосов с поверхностным приводом или установок электрических центробежных насосов.

Известен способ диагностики целостности труб, основанный на выявлении трещин, в котором из трех излучателей, установленных вокруг трубы, излучаются ультразвуковые волны, при этом труба движется поступательно (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Под ред. Клюева В.В. т.2, М.: Машиностроение, 1976, с.227-231).

Недостатком данного способа является невозможность применения его на практике для диагностики целостности металлической колонны, так как для этого потребуется протянуть мимо трех излучателей всю колонну или переместить три излучателя относительно всей колонны, что невозможно при работающей металлической колонне.

Известен также способ диагностики целостности различных изделий, в том числе выполненных из металла, методом акустической эмиссии, включающий определение и измерение спектра шумов датчиками, в котором акустические сигналы принимаются не менее тремя датчиками, расположенными в разных местах поверхности изделия, а дефект (трещина) выявляется с использованием показаний датчиков с разных сторон от трещины (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Под ред. Клюева В.В. т.2, М.: Машиностроение, 1976, с.285-290).

Недостатком данного способа является практическая невозможность применения его для контроля целостности металлической колонны, имеющей большую протяженность, поскольку для достижения приемлемой точности при выявлении местоположения заранее неизвестной трещины необходимо иметь большое количество датчиков и обеспечить их надежное закрепление на поверхности движущейся колонны.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ диагностики целостности металлической колонны, основанный на выявлении трещин, включающий определение и измерение спектра упругих колебаний, возникающих от движения металлической колонны, определение мест трения металлической колонны, проведение диагностики целостности металлической колонны по анализу изменения указанного спектра во времени (см. SU 1191565 А, кл. Е 21 В 45/00, публ. 15.11.1985).

Недостатком данного способа является недостаточная надежность при выявлении и увеличении трещин.

Техническим результатом предложенного способа является повышение надежности диагностики целостности металлической колонны.

Для достижения указанного технического результата в способе диагностики целостности металлической колонны, основанном на выявлении трещин, включающем определение и измерение спектра шумов, определение мест трения металлической колонны, проведение диагностики целостности металлической колонны по анализу изменения спектра шумов во времени, согласно изобретению колонну составляют из штанг, располагают ее внутри колонны насосно-компрессорных труб, находящихся внутри обсадной колонны скважины, и подсоединяют ее к насосу, для диагностики используют один или несколько датчиков приема спектра шумов, один датчик устанавливают на штанге или устьевом оборудовании, или колонне насосно-компрессорных труб, а несколько датчиков, которые работают в одинаковых или разных частотных диапазонах, устанавливают на одной или нескольких штангах, и/или устьевом оборудовании, и/или колонне насосно-компрессорных труб, до начала работы регистрируют естественный спектр шумов, а также спектры шумов от соседних насосов и скважин, после начала работы замеряют спектр шумов от работающей колонны, совершающей возвратно-поступательное и/или вращательное движение, причем анализ изменения спектра шумов работающей колонны осуществляют сравнением спектров шумов, выделенных до начала работы, спектров шумов, зарегистрированных при работе колонны штанг, и спектров шумов, зарегистрированных при воспроизведении трения колонны штанг о насосно-компрессорные трубы на стенде, для определения появления и увеличения усталостных трещин.

В некоторых случаях колонну штанг снабжают скребками-центраторами.

В некоторых случаях регистрируют спектр шумов от движения колонны без усталостных трещин, затем вставляют в колонну одну или несколько штанг с различными трещинами и регистрируют спектр шумов от ее движения и сравнивают их спектры шумов для определения момента возникновения усталостных трещин.

В некоторых случаях регистрируют модельные спектры шумов от элементов колонны штанг, колонны насосно-компрессорных труб и насоса при различных степенях износа и сравнивают их с зарегистрированным шумом работающей колонны штанг.

В некоторых случаях по профилю ствола скважины по глубине, геометрическим размерам обсадной колонны, колонны насосно-компрессорных труб, колонны штанг и насоса определяют углы изгиба штанг и учитывают их при анализе спектра шумов.

В некоторых случаях по известным углам изгиба штанг и насосно-компрессорных труб на стенде изгибают штанги и насосно-компрессорные трубы под такими же углами, воспроизводят их трение и регистрируют при этом спектр шумов, и сравнивают полученные спектры шумов со спектром шумов работающей колонны штанг.

В некоторых случаях задают определенный промежуток времени для регистрации спектра шумов и снятие спектра шумов производят через эти промежутки времени.

Способ осуществляется следующим образом:

Из штанг, последовательно соединенных друг с другом, например, с помощью муфт, составляют металлическую колонну, располагают ее внутри колонны насосно-компрессорных труб и подсоединяют ее к насосу.

Для диагностики используют один или несколько датчиков приема спектра шумов. В качестве таких датчиков может быть использован обычный сейсмодатчик, представляющий собой пьезокерамическую пластину, на которой с двух сторон нанесено напыление из металла (обычно серебра), обеспечивающую преобразование шумов в электрический сигнал. Сзади на пластине расположен массивный элемент (обычно свинцовый) для балансировки частотной характеристики. Электрический сигнал, соответствующий измеренному шуму и характеризуемый, например, амплитудой и периодом, преобразуют из аналоговой формы в цифровую и при необходимости усиливают. Посредством компьютерной или микропроцессорной обработки получают спектр указанного сигнала. Необходимые для этих преобразований элементы могут быть установлены в корпусе датчика.

При использовании одного датчика он может быть установлен на штанге или устьевом оборудовании или колонне насосно-компрессорных труб.

При использовании нескольких датчиков они могут работать как в одинаковых, так и в разных частотных диапазонах. При этом несколько датчиков устанавливаются на одной или нескольких штангах, и/или на устьевом оборудовании, и/или на колонне насосно-компрессорных труб.

До начала работы регистрируют естественный спектр шумов, а также спектры шумов от соседних насосов и скважин.

При работе колонна штанг совершает возвратно-поступательное и/или вращательное движение, сопровождающееся выделением шумов, спектр которых измеряют упомянутыми одним или несколькими датчиками.

О появлении и увеличении усталостных трещин можно судить по анализу изменения спектра шумов работающей колонны, который осуществляют сравнением спектров шумов, выделенных до начала работы, спектров шумов, зарегистрированных при работе колонны штанг, и спектров шумов, зарегистрированных при воспроизведении трения колонны штанг о насосно-компрессорные трубы на стенде.

Колонна штанг может быть снабжена скребками-центраторами.

Для определения момента возникновения усталостных трещин регистрируют спектр шумов от движения колонны, заведомо не содержащей усталостных трещин, затем вставляют в колонну одну или несколько штанг с различными трещинами и регистрируют спектр шумов от ее движения и сравнивают их спектры шумов для повышения точности анализа изменения спектра шумов.

Также можно регистрировать модельные спектры шумов от элементов колонны штанг, колонны насосно-компрессорных труб и насоса при различных степенях их износа и сравнивать их с зарегистрированным шумом работающей колонны штанг для повышения точности анализа изменения спектра шумов.

В некоторых случаях по известным профилю ствола скважины по глубине, геометрическим размерам обсадной колонны, колонны насосно-компрессорных труб, колонны штанг и насоса определяют углы изгиба штанг и учитывают их при анализе спектра шумов.

По известным углам изгиба штанг и насосно-компрессорных труб на стенде изгибают штанги и насосно-компрессорные трубы под такими же углами, воспроизводят их трение и регистрируют при этом спектр шумов, и сравнивают полученные спектры шумов со спектром шумов работающей колонны штанг.

Снятие спектра шумов может быть произведено через заранее заданные определенные промежутки времени, например, раз в декаду или раз в месяц.

1. Способ диагностики целостности металлической колонны, основанный на выявлении трещин, включающий определение и измерение спектра шумов, определение мест трения металлической колонны, проведение диагностики целостности металлической колонны по анализу изменения спектра шумов во времени, отличающийся тем, что колонну составляют из штанг, располагают ее внутри колонны насосно-компрессорных труб, находящихся внутри обсадной колонны скважины, и подсоединяют ее к насосу, для диагностики используют один или несколько датчиков приема спектра шумов, один датчик устанавливают на штанге, или устьевом оборудовании, или колонне насосно-компрессорных труб, а несколько датчиков, которые работают в одинаковых или разных частотных диапазонах, устанавливают на одной или нескольких штангах, и/или устьевом оборудовании, и/или колонне насосно-компрессорных труб, до начала работы регистрируют естественный спектр шумов, а также спектры шумов от соседних насосов и скважин, после начала работы замеряют спектр шумов от работающей колонны, совершающей возвратно-поступательное и/или вращательное движение, причем анализ изменения спектра шумов работающей колонны осуществляют сравнением спектров шумов, выделенных до начала работы, спектров шумов, зарегистрированных при работе колонны штанг, и спектров шумов, зарегистрированных при воспроизведении трения колонны штанг о насосно-компрессорные трубы на стенде, для определения появления и увеличения усталостных трещин.

2. Способ по п.2, отличающийся тем, что колонну штанг снабжают скребками-центраторами.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регистрируют спектр шумов от движения колонны без усталостных трещин, затем вставляют в колонну одну или несколько штанг с различными трещинами, регистрируют спектр шумов от ее движения и сравнивают их спектры шумов для определения момента возникновения усталостных трещин.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что регистрируют модельные спектры шумов от элементов колонны штанг, колонны насосно-компрессорных труб и насоса при различных степенях износа и сравнивают их с зарегистрированным шумом работающей колонны штанг.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что по профилю ствола скважины по глубине, геометрическим размерам обсадной колонны, колонны насосно-компрессорных труб, колонны штанг и насоса определяют углы изгиба штанг и учитывают их при анализе спектра шумов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что по известным углам изгиба штанг и насосно-компрессорных труб на стенде изгибают штанги и насосно-компрессорные трубы под такими же углами, воспроизводят их трение и регистрируют при этом спектр шумов, и сравнивают полученные спектры шумов со спектром шумов работающей колонны штанг.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что задают определенный промежуток времени для регистрации спектра шумов и снятие спектра шумов производят через эти промежутки времени.