способ электромагнитной дефектоскопии стальных труб в скважинах
Классы МПК: | E21B47/00 Исследование буровых скважин G01N27/83 путем исследования магнитных полей рассеяния |
Автор(ы): | Миллер А.А. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно- конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-03-13 публикация патента:
27.11.2001 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
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.Описание изобретения к патенту
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.
Класс E21B47/00 Исследование буровых скважин
Класс G01N27/83 путем исследования магнитных полей рассеяния