[go: up one dir, main page]

WO2020111979A1 - Устройство для электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн - Google Patents

Устройство для электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн Download PDF

Info

Publication number
WO2020111979A1
WO2020111979A1 PCT/RU2019/050099 RU2019050099W WO2020111979A1 WO 2020111979 A1 WO2020111979 A1 WO 2020111979A1 RU 2019050099 W RU2019050099 W RU 2019050099W WO 2020111979 A1 WO2020111979 A1 WO 2020111979A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
unit
measuring
generating
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2019/050099
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Пятницкий
Андрей Александрович Арбузов
Дмитрий Александрович ДАВЫДОВ
Алексей Юрьевич Вдовин
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
"miks" LLC
Original Assignee
"miks" LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "miks" LLC filed Critical "miks" LLC
Priority to US17/297,698 priority Critical patent/US11867662B2/en
Priority to GB2107914.0A priority patent/GB2594807B/en
Priority to CA3121086A priority patent/CA3121086A1/en
Publication of WO2020111979A1 publication Critical patent/WO2020111979A1/ru
Priority to NO20210672A priority patent/NO348761B1/no
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9006—Details, e.g. in the structure or functioning of sensors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1014—Flexible or expansible centering means, e.g. with pistons pressing against the wall of the well
    • E21B17/1021—Flexible or expansible centering means, e.g. with pistons pressing against the wall of the well with articulated arms or arcuate springs
    • E21B17/1028—Flexible or expansible centering means, e.g. with pistons pressing against the wall of the well with articulated arms or arcuate springs with arcuate springs only, e.g. baskets with outwardly bowed strips for cementing operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/006—Detection of corrosion or deposition of substances
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/08—Measuring diameters or related dimensions at the borehole
    • E21B47/085—Measuring diameters or related dimensions at the borehole using radiant means, e.g. acoustic, radioactive or electromagnetic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013—Arrangements for scanning
    • G01N27/902—Arrangements for scanning by moving the sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/904—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents with two or more sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals
    • G01N33/204—Structure thereof, e.g. crystal structure
    • G01N33/2045—Defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
    • G01V3/28—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device using induction coils

Definitions

  • the invention relates to geophysics and can be used to control the technical condition of casing strings, tubing and other columns of oil and gas wells.
  • MTT electromagnetic module
  • the MTT probe consists of one generator coil and twelve miniature magnetic sensors mounted on the inside of the springs. The generator operates at three frequencies. The amplitude and phase of the signal on the measuring coil depend on the amount of metal surrounding the sensor. The described probe allows you to identify defects on one tubing string (tubing) or the casing interval after leaving the tubing and does not allow to separate defects on the inner and outer columns.
  • An electromagnetic borehole flaw detector comprises a housing, a generator coil, the magnetic axis of which is oriented along the axis, and the magnetic axis of the measuring coil is oriented perpendicular to the axis of the flaw detector.
  • an alternating current is passed through the generator coil, exciting circular eddy currents in the surrounding steel pipe, which induce the EMF in the measuring coils.
  • Flaw detector works as follows.
  • the EMF of transients is recorded as a function of time.
  • the measuring unit under the control of the controller separates in time the signals from the measuring inductors, amplifies them and digitizes them and transfers data to the surface via communication lines.
  • a disadvantage of the known device is the inability to get rid of the interfering mutual influence of the measuring inductance coils located around the perimeter of the probe, especially in devices of small diameter (less than 50 mm).
  • the measuring inductance coils the axes of which are perpendicular to the surface under study, have only one working pole.
  • the second pole is distant from the test surface by the length of the coil, which reduces the sensitivity of the coil to changes in the magnetic field on the test surface.
  • the perpendicular arrangement of the reading coils to the magnetic axis of the generating coil determines their sensitivity only to deviations of the uniform magnetic field of the eddy currents excited by a change in the field of the generator coil, since the field of eddy currents in the absence of defects and electromagnetic anomalies in the zones of the reading coils parallel to the magnetic axis of the generator coils.
  • the reading coils of the known device are not able to record a smooth change in the thickness of the studied pipe in extended sections, i.e. corrosion of large areas. Also, the fact that the signal on the coils does not depend on the thickness of the studied pipe makes it impossible to perform a numerical estimate of this thickness.
  • the objective of the invention is to provide a device for magneto-induction flaw detection of pipes in well strings, which provides an increase in the information content of measurement, both along the length of the studied pipes and in azimuth.
  • the technical result is to increase the accuracy of flaw detection.
  • a device for flaw detection of casing strings of a well including a unit for generating an electromagnetic field, a unit for receiving sensors and a control unit for recording and analyzing data fixed in the housing, while ⁇
  • the unit for generating an electromagnetic field to create exciting pulses of a given amplitude and duration is a generator coil with a core made of a material with high magnetic permeability
  • the receiving sensor unit includes an integral measuring coil and N radial measuring coils located around the winding of the generator coil, each measuring coil having a U-shaped core, the poles of which are oriented perpendicular to the surface of the column under study, and the axis of symmetry of the winding is parallel to the axis of symmetry of the winding of the generator coil ,
  • the control unit, recording and analyzing data includes N operational amplifiers with variable gain and analog-to-digital converters (ADCs), which transmit signals from the measuring coils to a microcontroller connected to a computer with software for analyzing column defects, while the microcontroller controls the generation unit electromagnetic field, as well as gain and ADC.
  • ADCs analog-to-digital converters
  • the device can be made in such a way that the radial measuring coils are located radially symmetric with respect to the axis of symmetry of the winding of the generator coil.
  • the device can be designed in such a way that the integral measuring coil is wound on the same core as the generator coil.
  • the device can be made in such a way that the electronic part includes a power supply unit that contains stabilizers and ensures uninterrupted operation of the electronics.
  • the device can be implemented in such a way that the control, recording, and data analysis unit has an excitation pulse generation module, which is a controlled voltage inverter with current stabilization to obtain bipolar magnetic field excitation by a generator coil, which eliminates the influence of the local magnetizations of the studied pipe.
  • an excitation pulse generation module which is a controlled voltage inverter with current stabilization to obtain bipolar magnetic field excitation by a generator coil, which eliminates the influence of the local magnetizations of the studied pipe.
  • the device can be designed in such a way that to improve the sensitivity of the device, an electronic circuit is used that provides a switchable gain, which allows you to record the same response in two stages, while at the second, later time stage, the response is recorded with a large gain .
  • the description provides an example implementation using 8 radial measuring coils. However, the claimed technical result can be achieved with a different number of radial coils.
  • the case of the device can be made of a conductive non-magnetic metal.
  • the device may further comprise a rotation angle meter for taking into account the rotation of the device as the device is drawn.
  • FIG. 1-3 shows a three-dimensional model and cross-section of the sensor part of the device. The following notation is introduced:
  • FIG. 4 shows the decentration of the tubing in the string and the corresponding readings on the radial measuring coils. The following notation is introduced:
  • FIG. 5 shows cases of detection of various local defects on different pipes.
  • FIG. 6 shows a block diagram of the electronic part of the device. The following notation is introduced:
  • Improving the accuracy of flaw detection is achieved through the use of at least 3 identical, radially symmetrically arranged bipolar U-shaped receiving sensors, the windings of which are coaxial with the winding of the generator coil, and U-shaped cores made of high magnetic material permeability form as close as possible to the investigated surface of the pole of the sensors.
  • the sensors are located at an equal distance from the investigated surface.
  • the number of sensors can be increased within the limits of the requirements for the maximum diameter of the device.
  • the maximum distance between two adjacent sensors along the chord should be less than or equal to the length of the sensor.
  • the inventive device is equipped with an integral receiving coil wound on a single core with a generator coil. This allows us to calculate the integral thickness of the column under study as an additional parameter, to determine the construction of the second column, in the first place, the presence of coupling joints, and so on. to increase the accuracy of interpretation by taking into account the influence of the design of the second column on the recorded signal.
  • the location of the windings of the receiving sensors, coaxial with the winding of the generator coil determines their sensitivity not only to defects and electromagnetic anomalies of the studied pipe, but also to its thickness, which makes it possible to estimate the metal loss in the sensitive zone of the sensor.
  • FIG. Figure 5 shows the result of recording with a device (7) with artificially created decentration of tubing (6) in a column (5).
  • the signals recorded by the radial measuring coils R4 and R8 do not change during the model's progress, and the signals recorded by the radial measuring coils R2 and R6 have a maximum mutually opposite slope.
  • the radial measuring coil R2 is as close as possible to the column at the top of the model, and, on the contrary, the radial measuring coil R6 is as close as possible to the column at the bottom of the model.
  • the device detects the decentration of tubing in the string.
  • the angle measuring device can be made either as a separate module, which is part of the device, or as a separate device.
  • the block diagram of the electronic part of the device (Fig. 6) reflects the following main functions: generation of excitation pulses, reception and registration of data, and data analysis with their storage in the device memory.
  • Generation module (10) allows you to create exciting pulses of a given frequency, as well as change the polarity of these pulses, which makes it possible to use the bipolar mode.
  • This module is controlled by a microcontroller (9) and is physically located in close proximity to it.
  • Reception and registration of data is provided by operational amplifiers (13) with a variable gain (controlled by microcontroller 9) and ADC (8).
  • Physically operational amplifiers (13) can be N pieces, which is determined by the number of receiving coils.
  • the receiving coil has a feature - instead of ordinary earth, virtual earth is used, the potential of which is equal to half the level that can process ADC (8). This feature allows you to get rid of the additional scheme of negative power formation, which reduces noise. This has been taken into account when processing data.
  • the following occurs the data coming from the ADC is distributed into the device memory, creating frames that are then read by the processing programs. Interaction with a PC occurs through the interface module (11).
  • the power supply unit of the device (12) consists of several stabilizers that provide the necessary voltage levels for the electronic components of the device.
  • the firmware of the microcontroller implements two operating modes of the device: stand-alone and real-time measurement mode.
  • stand-alone mode the device is programmed from a PC and runs on the required research program - a cyclogram - on the surface and beyond, the device performs research, while the device is powered by a separate battery pack. At the end of the study, the device reconnects to the PC for downloading and data analysis.
  • real-time measurement mode programming and data acquisition during research is carried out interactively, with constant communication with a PC. Power and data transmission is made via a geophysical cable.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для контроля технического состояния обсадных колонн, насосно-компрессорных труб и других колонн нефтяных и газовых скважин. Сущностью изобретения является устройство для дефектоскопии обсадных колонн скважины, включающее блок генерации электромагнитного поля, блок приёмных сенсоров и блок управления, регистрации и анализа данных, закрепленные в корпусе, при этом, ▪ блок генерации электромагнитного поля для создания возбуждающих импульсов заданной амплитуды и длительности представляет собой генераторную катушку с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью, ▪ блок приемных сенсоров включает интегральную измерительную катушку и N радиальных измерительных катушек, расположенных вокруг обмотки генераторной катушки, причём каждая измерительная катушка имеет сердечник П-образной формы, полюса которого направлены перпендикулярно к поверхности исследуемой колонны, а ось симметрии обмотки параллельна оси симметрии обмотки генераторной катушки, ▪ блок управления, регистрации и анализа данных включает N операционных усилителей с изменяемыми коэффициентами усиления и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которые передают сигналы от измерительных катушек микроконтроллеру, подключенному к компьютеру с программным обеспечением для анализа дефектов колонны, при этом микроконтроллер управляет блоком генерации электромагнитного поля, а также коэффициентами усиления и АЦП. Технический результат в повышении информативности измерения, как по длине исследуемых труб, так и по азимуту, при этом обеспечивается повышение точности дефектоскопии.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН
Область техники
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для контроля технического состояния обсадных колонн, насосно-компрессорных труб и других колонн нефтяных и газовых скважин.
Уровень техники
Известен электромагнитный модуль (МТТ) фирмы Sondex W.L.E. для выявления дефектов в насосно-компрессорных трубах (Magnetic thickness tools-MTT. Leding Oilfield technology. Sondex, p.10, http://www.sondex.com). Зонд МТТ состоит из одной генераторной катушки и двенадцати миниатюрных магнитных датчиков, установленных на внутренней стороне рессор. Генератор работает на трех частотах. Амплитуда и фаза сигнала на измерительной катушке зависят от количества металла, окружающего датчик. Описанный зонд позволяет определять дефекты на одной колонне НКТ (насосно-компрессорной трубы) либо интервал обсадной колонны после выхода из НКТ и не позволяет разделять дефекты на внутренней и внешней колоннах.
Из уровня техники известен патент РФ N°2215143, опубликованный 27.10.2003, «Электромагнитный скважинный дефектоскоп», в котором раскрыто устройство, позволяющее выявлять дефекты колонн и перфорационных отверстий. Электромагнитный скважинный дефектоскоп содержит корпус, генераторную катушку, магнитная ось которой ориентирована вдоль оси, а магнитная ось измерительной катушки ориентирована перпендикулярно оси дефектоскопа. В устройстве по генераторной катушке пропускается переменный ток, возбуждающий в окружающей стальной трубе круговые вихревые токи, которые наводят ЭДС в измерительных катушках. При прохождении измерительных катушек мимо дефектов в стенке колонны отмечаются характерные изменения магнитного поля.
Наиболее близким к заявляемому решению является дефектоскоп, описанный в патенте РФ на изобретение N°2372478, публикованном в 10.11.2009, «Электромагнитный скважинный дефектоскоп». В документе описано устройство с использованием нескольких (больше трех) измерительных катушек индуктивности, расположенных по периметру зонда, с магнитными осями, направленными перпендикулярно его оси. При этом, устройство работает на каротажном кабеле и содержит продольную генераторную катушку индуктивности, ось которой совпадает с осью зонда, измерительные катушки (не менее трех), расположенные по периметру зонда, с магнитными осями, направленными перпендикулярно оси генераторной катушки. Дефектоскоп работает следующим образом. По генераторной катушке индуктивности пропускается однополярный импульсный ток намагничивания с фиксированной амплитудой и частотой и с одинаковой длительностью, который возбуждает в окружающей стальной трубе вихревые токи. В приемных катушках регистрируется ЭДС переходных процессов как функция времени. Блок измерительный под управлением контроллера разделяет во времени сигналы от измерительных катушек индуктивности, усиливает их и оцифровывает и по линиям связи передает данные на поверхность. Недостатком известного устройства является невозможность избавиться от мешающего взаимного влияния измерительных катушек индуктивности, расположенных по периметру зонда, особенно в приборах малого диаметра (меньше 50 мм). При этом измерительные катушки индуктивности, оси которых перпендикулярны исследуемой поверхности, имеют только один рабочий полюс. При этом второй полюс отдален от исследуемой поверхности на длину катушки, что снижает чувствительность катушки к изменения магнитного поля на исследуемой поверхности. При такой конструкции измерительных катушек индуктивности дефект регистрируется в более широком радиальном секторе. Фактически, в известном устройстве локальный точечный дефект фиксируется в секторе 180°. Также, в известном устройстве перпендикулярное расположение считывающих катушек к магнитной оси генерирующей катушки обуславливает их чувствительность только к отклонениям равномерного магнитного поля вихревых токов, возбуждаемых изменением поля генераторной катушки, поскольку поле вихревых токов в отсутствие дефектов и электромагнитных аномалий в зонах считывающих катушек параллельно магнитной оси генераторной катушки. Таким образом, считывающие катушки известного устройства не способны фиксировать плавное изменение толщины исследуемой трубы на протяженных участках, т.е. коррозии обширных зон. Также, тот факт, что сигнал на катушках не зависит от толщины исследуемой трубы, делает невозможным выполнить численную оценку этой толщины.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание прибора для магнитоиндукционной дефектоскопии труб в колоннах скважин, что обеспечивает повышение информативности измерения, как по длине исследуемых труб, так и по азимуту.
Технический результат заключается в повышении точности дефектоскопии.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для дефектоскопии обсадных колонн скважины, включающее блок генерации электромагнитного поля, блок приёмных сенсоров и блок управления, регистрации и анализа данных, закрепленные в корпусе, при этом, · блок генерации электромагнитного поля для создания возбуждающих импульсов заданной амплитуды и длительности представляет собой генераторную катушку с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью,
· блок приемных сенсоров включает интегральную измерительную катушку и N радиальных измерительных катушек, расположенных вокруг обмотки генераторной катушки, причём каждая измерительная катушка имеет сердечник П-образной формы, полюса которого направлены перпендикулярно к поверхности исследуемой колонны, а ось симметрии обмотки параллельна оси симметрии обмотки генераторной катушки,
· блок управления, регистрации и анализа данных включает N операционных усилителей с изменяемыми коэффициентами усиления и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которые передают сигналы от измерительных катушек микроконтроллеру, подключенному к компьютеру с программным обеспечением для анализа дефектов колонны, при этом микроконтроллер управляет блоком генерации электромагнитного поля, а также коэффициентами усиления и АЦП.
Устройство может быть выполнено таким образом, что радиальные измерительные катушки расположены радиально-симметрично по отношению к оси симметрии обмотки генераторной катушки.
Устройство может быть выполнено таким образом, что интегральная измерительная катушка, намотана на тот же сердечник, что и генераторная катушка.
Устройство может быть выполнено таким образом, что электронная часть включает блок питания, который содержит стабилизаторы и обеспечивает бесперебойную работу электроники.
У стройство может быть выполнено таким образом, что блок управления, регистрации и анализа данных имеет модуль генерации импульсов возбуждения, представляющий собой управляемый инвертор напряжения со стабилизацией тока для получения биполярного возбуждения магнитного поля генераторной катушкой, что позволяет исключить влияние локальных намагниченностей исследуемой трубы.
Устройство может быть выполнено таким образом, что для улучшения чувствительности прибора используется электронная схема, обеспечивающая переключаемый коэффициент усиления, что позволяет регистрировать один и тот же отклик в два этапа, при этом, на втором, более позднем во времени этапе отклик регистрируется с большим коэффициентом усиления. В описании представлен пример реализации с использованием 8 радиальных измерительных катушек. Тем не менее, заявляемый технический результат можно достичь с иным числом радиальных катушек.
Корпус прибора может быть изготовлен из проводящего немагнитного металла.
В устройстве дополнительно может содержаться измеритель угла поворота для учета вращения прибора по мере протяжки прибора.
Описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1-3 изображена трехмерная модель и сечения сенсорной части устройства. Введены следующие обозначения:
поз. 1 - генераторная катушка на сердечнике с высоким m,
поз. 2 - радиальные измерительные катушки на П-образных сердечниках,
поз. 3 - интегральная измерительная катушка на сердечнике с высоким m,
поз. 4 - защитный кожух из немагнитного сплава.
На фиг. 4 изображено децентрирование НКТ в колонне и соответствующие показания на радиально-измерительных катушках. Введены следующие обозначения:
поз. 5 - колонна,
поз. 6 - НКТ,
поз. 7 - прибор.
На фиг. 5 изображены случаи обнаружения различных локальных дефектов на разных трубах.
На фиг. 6 изображена структурная схема электронной части устройства. Введены следующие обозначения:
поз. 8 - аналого-цифровые преобразователи (АЦП),
поз. 9 - модуль микроконтроллера с ПЗУ,
поз. 10 - модуль генерации импульсов возбуждения
поз. 11 - интерфейсный модуль,
поз. 12 - блок питания,
поз. 13 - операционные усилители
Осуществление изобретения
Повышение точности дефектоскопии достигается за счет применения в конструкции заявляемого прибора не менее 3-х идентичных, радиально-симметрично расположенных двухполюсных П-образных приемных сенсоров, обмотки которых имеют соосное с обмоткой генераторной катушки расположение, а сердечники П-образной формы из материала с высокой магнитной проницаемостью формируют максимально приближенные к исследуемой поверхности полюса сенсоров. При этом сенсоры находятся на равном от удалении от исследуемой поверхности. Таким образом, достигается максимальная фокусировка сенсоров по отношению к исследуемой поверхности.
Для увеличения разрешающей способности по азимуту число сенсоров может быть увеличено в пределах ограничений требований максимального диаметра прибора. Для обеспечения перекрытия зон чувствительности по радиусу максимальное расстояние между двумя соседними сенсорами по хорде должно быть меньше или равно длине сенсора.
Применение сердечников генераторной катушки и приемных сенсоров из материала с высокой магнитной проницаемостью повышает энергию генерируемого поля и чувствительность сенсоров и делает возможным применение в качестве корпуса прибора проводящих немагнитных металлов вместо дорогостоящих радиопрозрачных материалов.
Дополнительно заявляемый прибор оснащен интегральной приемной катушкой, намотанной на одном сердечнике с генераторной катушкой. Это позволяет вычислить интегральную толщину исследуемой колонны как дополнительный параметр, определить конструкции второй колонны, в первую очередь наличие муфтовых соединений и, т. о. повысить точность интерпретации за счет учета влияния конструкции второй колонны на регистрируемый сигнал.
В заявляемом изобретении соосное с обмоткой генераторной катушки расположение обмоток приемных сенсоров обуславливает их чувствительность не только к дефектам и электромагнитным аномалиям исследуемой трубы, но и к ее толщине, что делает возможным оценку потери металла в чувствительной зоне сенсора.
Также на уровень сигнала сенсора будет влиять присутствие внешних по отношению к исследуемой труб (обсадных колонн и кондукторов). Это связано с тем, что при достаточной длине и мощности генераторной катушки вихревые токи будут возбуждаться также и во внешних по отношению к исследуемой трубах. Экспериментально доказано, что вихревые токи во внешних трубах будут эффективно генерироваться при длине катушке 4/3 от диаметра интересующей трубы. Таким образом, при заявляемом радиально- симметричном расположении сенсоров при центрированном положении прибора внутри исследуемой трубы уровень сигналов на различных сенсорах будет зависеть от положения исследуемой трубы по отношению к внешней колонне или кондуктору, что дает возможность реализации способа оценки децентрирования исследуемой трубы внутри колонны. При этом в случае центрированной конструкции скважины расстояния между исследуемой трубой и внешней по отношению к ней колонне одинаковы по радиусу и, соответственно, и сигналы приемных датчиков будут одинаковы по уровню. В случае децентрирования исследуемой трубы внутри колонны уровни сигналов будут различными, причем уровень сигнала конкретного приемного сенсора будет тем больше, чем ближе исследуемая труба в зоне его действия к внешней колонне и наоборот (фиг.5). На фиг. 5 представлен результат регистрации прибором (7) с искусственно созданным децентрированием НКТ (6) в колонне (5). Сигналы, регистрируемые радиальными измерительными катушками R4 и R8, не изменяются в процессе продвижения прибора по модели, а сигналы, регистрируемые радиальными измерительными катушками R2 и R6 имеют максимальный взаимно противоположный наклон. Таким образом, радиальная измерительная катушка R2 максимально приближена к колонне в верхней части модели, и, напротив, радиальная измерительная катушка R6 максимально приближена к колонне в нижней части модели. Прибор фиксирует децентрирование НКТ в колонне.
Для оценки децентрирования и учета вращения прибора во времени по мере его продвижения вдоль НКТ важна информация о взаимном расположении исследуемой трубы и приемных сенсоров. Эту информацию можно получить при использовании устройства измерения угла поворота прибора во времени (например, стандартного инклинометра или гироскопа). На основе указанной информации может быть осуществлена корректировка положения сенсоров. Устройство измерения угла может быть выполнено как в виде отдельного модуля, входящего в состав прибора, так и в виде отдельного прибора.
Кроме того, повышение точности дефектоскопии достигается и за счет применения биполярного возбуждения электромагнитного поля генераторной катушкой - чередование возбуждающих импульсов разной полярности, что позволяет исключить влияние локальных намагниченностей исследуемой трубы.
Структурная схема электронной части прибора (Фиг. 6) отражает следующие основные функции: генерацию импульсов возбуждения, прием и регистрацию данных и анализ данных с сохранением их в памяти прибора. Модуль генерации (10) позволяет создавать возбуждающие импульсы заданной частоты, а также изменять полярность этих импульсов, что дает возможность использовать биполярный режим. Данный модуль управляется микроконтроллером (9) и физически находится в непосредственной близости от него. Прием и регистрация данных обеспечивается операционными усилителями (13) с изменяемым коэффициентом усиления (управляется микроконтроллером 9) и АЦП (8). Физически операционных усилителей (13) может быть N штук, что определяется числом приемных катушек. В АЦП (8) регистрируется один и тот же отклик в два этапа - сначала на более ранних временах с меньшим коэффициентом усиления, а после на более поздних временах с большим коэффициентом усиления, что позволяет улучшить чувствительность прибора. Приемная катушка имеет особенность - вместо обычной земли используется виртуальная земля, потенциал которой равен половине уровня, который может обрабатывать АЦП (8). Данная особенность позволяет избавиться от дополнительной схемы формирования отрицательного питания, что уменьшает шумы. Это учтено при обработке данных. При анализе данных происходит следующее - данные, поступающие с АЦП, распределяются в память прибора, создавая кадры, которые затем считываются программами обработки. Взаимодействие с ПК происходит через интерфейсный модуль (11). Блок питания прибора (12) состоит из нескольких стабилизаторов, обеспечивающих необходимые уровни напряжений питания электронных узлов прибора.
Встроенное программное обеспечение микроконтроллера реализует два режима работы прибора: автономный и режим измерений в реальном времени. В автономном режиме прибор программируется от ПК и запускается на требуемую программу исследований - циклограмму - на поверхности и далее, прибором производится исследование, при этом питание прибора обеспечивается отдельным батарейным блоком. По окончании исследования прибор вновь подключается к ПК для выгрузки и анализа данных. В режиме измерений в реальном времени программирование и получение данных во время исследований выполняется интерактивно, с постоянной связью с ПК. Питание и передача данных производится по геофизическому кабелю.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для дефектоскопии обсадных колонн скважины, включающее блок генерации электромагнитного поля, блок приёмных сенсоров и блок управления, регистрации и анализа данных, закрепленные в корпусе, при этом,
· блок генерации электромагнитного поля для создания возбуждающих импульсов заданной амплитуды и длительности представляет собой генераторную катушку с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью,
· блок приемных сенсоров включает интегральную измерительную катушку и N радиальных измерительных катушек, расположенных вокруг обмотки генераторной катушки, причём каждая измерительная катушка имеет сердечник П-образной формы, полюса которого направлены перпендикулярно к поверхности исследуемой колонны, а ось симметрии обмотки параллельна оси симметрии обмотки генераторной катушки,
· блок управления, регистрации и анализа данных включает N операционных усилителей с изменяемыми коэффициентами усиления и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которые передают сигналы от измерительных катушек микроконтроллеру, подключенному к компьютеру с программным обеспечением для анализа дефектов колонны, при этом микроконтроллер управляет блоком генерации электромагнитного поля, а также коэффициентами усиления и АЦП.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, радиальные измерительные катушки расположены радиально-симметрично по отношению к оси симметрии обмотки генераторной катушки.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что имеет интегральную измерительную катушку, намотанную на тот же сердечник, что и генераторная катушка.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что электронная часть включает блок питания, который содержит стабилизаторы и обеспечивает бесперебойную работу электроники.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок управления, регистрации и анализа данных имеет модуль генерации импульсов возбуждения, представляющий собой управляемый инвертор напряжения со стабилизацией тока для получения биполярного возбуждения магнитного поля генераторной катушкой, что позволяет исключить влияние локальных намагниченностей исследуемой трубы.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что для улучшения чувствительности прибора используется электронная схема, обеспечивающая переключаемый коэффициент усиления, что позволяет регистрировать один и тот же отклик в два этапа, при этом, на втором, более позднем во времени этапе отклик регистрируется с большим коэффициентом усиления.
7. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что используется 8 радиальных измерительных катушек.
8. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что корпус прибора изготовлен из проводящего немагнитного металла.
9. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что дополнительно может содержать измеритель угла поворота для учета вращения прибора по мере протяжки прибора.
PCT/RU2019/050099 2018-11-28 2019-07-01 Устройство для электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн Ceased WO2020111979A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/297,698 US11867662B2 (en) 2018-11-28 2019-07-01 Apparatus for multisensor electromagnetic defectoscopy and integrity monitoring of well casings
GB2107914.0A GB2594807B (en) 2018-11-28 2019-07-01 An apparatus for multisensor electromagnetic defectoscopy and integrity monitoring of well casings
CA3121086A CA3121086A1 (en) 2018-11-28 2019-07-01 An apparatus for multisensor electromagnetic defectoscopy and integrity monitoring of well casings
NO20210672A NO348761B1 (en) 2018-11-28 2021-05-26 An apparatus for multisensor electromagnetic defectoscopy and integrity monitoring of well casings

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800606 2018-11-28
EA201800606A EA034115B1 (ru) 2018-11-28 2018-11-28 Устройство для осуществления мультисенсорной электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн скважины и контроля технического состояния

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020111979A1 true WO2020111979A1 (ru) 2020-06-04

Family

ID=68653591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/050099 Ceased WO2020111979A1 (ru) 2018-11-28 2019-07-01 Устройство для электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11867662B2 (ru)
CA (1) CA3121086A1 (ru)
EA (1) EA034115B1 (ru)
GB (1) GB2594807B (ru)
NO (1) NO348761B1 (ru)
WO (1) WO2020111979A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114689686B (zh) * 2022-03-14 2025-07-22 江苏师范大学 一种基于脉冲涡流的浆料状态检测探头、装置及方法
US12421840B2 (en) * 2023-05-17 2025-09-23 Saudi Arabian Oil Company Non-intrusive inspection methodology of landing base and surface pipe
CN118260820B (zh) * 2024-04-10 2024-10-01 合肥工业大学 一种圆管纤维缠绕成型仿真方法、系统、介质及产品

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090195244A1 (en) * 2005-12-09 2009-08-06 Schlumberger Technology Corporation Electromagnetic imaging method and device
RU2372478C1 (ru) * 2008-04-09 2009-11-10 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС") Электромагнитный скважинный дефектоскоп
RU2468197C1 (ru) * 2011-04-01 2012-11-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин и устройство для его осуществления
RU138022U1 (ru) * 2013-08-22 2014-02-27 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС") Электромагнитный скважинный дефектоскоп
US20160061776A1 (en) * 2013-04-22 2016-03-03 Obschestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostiu "Miks" Method and Device for Multi-Sensor Electromagnetic Defectoscopy of Well Casings

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU691559A1 (ru) * 1978-04-17 1979-10-15 Южное Морское Научно-Производственное Геолого-Геофизическое Объединение "Южморгео" Устройство дл определени дефектов обсадных колонн
US5144565A (en) * 1990-03-26 1992-09-01 K. J. Law Engineers, Inc. Measurement of metallurgical properties in ferromagnetic test parts
US5532587A (en) * 1991-12-16 1996-07-02 Vetco Pipeline Services, Inc. Magnetic field analysis method and apparatus for determining stress characteristics in a pipeline
US5293117A (en) * 1992-05-14 1994-03-08 Western Atlas International, Inc. Magnetic flaw detector for use with ferromagnetic small diameter tubular goods using a second magnetic field to confine a first magnetic field
RU2215143C2 (ru) 2001-10-04 2003-10-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин Электромагнитный скважинный дефектоскоп
US7403000B2 (en) * 2005-03-11 2008-07-22 Baker Hughes Incorporated Apparatus and method of determining casing thickness and permeability
CN102691496B (zh) * 2011-03-25 2016-08-24 中国石油集团长城钻探工程有限公司 测井系统安全控制方法
RU2507393C1 (ru) * 2012-08-31 2014-02-20 ТиДжиТи Ойл энд Гэс Сервисиз ФЗЕ Способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах и электромагнитный скважинный дефектоскоп
DE102014114226A1 (de) * 2014-09-30 2016-03-31 Rohmann Gmbh Wirbelstromprüfung mit Impulsmagnetisierung
US20160370166A1 (en) * 2015-06-22 2016-12-22 Gowell International, Llc Method and Apparatus for Metal Thickness Measurement in Pipes with a Focused Magnetic Field
JP6766333B2 (ja) * 2015-10-06 2020-10-14 愛知製鋼株式会社 微小磁性体検知センサおよび異物検知装置
US20180196005A1 (en) * 2017-01-06 2018-07-12 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Pipe inspection tool using colocated sensors
RU2635120C1 (ru) * 2017-01-27 2017-11-09 Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО "ВНИКТИ") Устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090195244A1 (en) * 2005-12-09 2009-08-06 Schlumberger Technology Corporation Electromagnetic imaging method and device
RU2372478C1 (ru) * 2008-04-09 2009-11-10 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС") Электромагнитный скважинный дефектоскоп
RU2468197C1 (ru) * 2011-04-01 2012-11-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин и устройство для его осуществления
US20160061776A1 (en) * 2013-04-22 2016-03-03 Obschestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostiu "Miks" Method and Device for Multi-Sensor Electromagnetic Defectoscopy of Well Casings
RU138022U1 (ru) * 2013-08-22 2014-02-27 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС") Электромагнитный скважинный дефектоскоп

Also Published As

Publication number Publication date
GB202107914D0 (en) 2021-07-14
GB2594807A (en) 2021-11-10
GB2594807B (en) 2023-08-23
US11867662B2 (en) 2024-01-09
NO348761B1 (en) 2025-05-19
NO20210672A1 (en) 2021-05-26
EA201800606A1 (ru) 2019-11-29
EA034115B1 (ru) 2019-12-27
US20220026392A1 (en) 2022-01-27
CA3121086A1 (en) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9562877B2 (en) Evaluation tool for concentric wellbore casings
US10662758B2 (en) Multiple-depth eddy current pipe inspection with a single coil antenna
US10613244B2 (en) Focused symmetric pipe inspection tools
EA011470B1 (ru) Способ и устройство для измерения удельной проводимости формации изнутри обсаженной скважины
CN1268939C (zh) 检测井下套管区域中磁场的传感器
EP2514915A1 (en) Downhole time-domain pulsed electromagnetic method for detecting resistivity of stratum outside metal cased pipe
CN106596715B (zh) 一种阵列式瞬变电磁法多层管柱损伤检测系统及方法
EA009838B1 (ru) Устройство и способ для измерения удельного сопротивления горных пород
CN103603650A (zh) 一种瞬变电磁测井仪器
CN111502631B (zh) 一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法及系统
WO2020111979A1 (ru) Устройство для электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн
US10670562B2 (en) Micro-focused imaging of wellbore pipe defects
US11693144B2 (en) Downhole tubular inspection combining partial saturation and remote field eddy currents
CN202421128U (zh) 一种高分辨率电磁探伤组合仪
WO2021213352A1 (zh) 一种井下电磁测井仪
RU2372478C1 (ru) Электромагнитный скважинный дефектоскоп
CN110644970A (zh) 一种基于侧面波探测的过套管感应测井方法
CN112763546A (zh) 一种土壤盐分原位分层电磁感应测量方法与设备
RU2528276C1 (ru) Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород
RU2457516C1 (ru) Устройство ядерно-магнитного резонанса в поле земли для исследования полноразмерных кернов
BR112012006065B1 (pt) método e aparelho para estimar um parâmetro de interesse relativo a uma formação subterrânea
CN213122323U (zh) 瞬变电磁法多分量套后储层电阻率探测仪
RU2460068C1 (ru) Устройство бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопровода
SU691559A1 (ru) Устройство дл определени дефектов обсадных колонн
RU2783988C1 (ru) Способ и устройство для электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии ферромагнитных металлических труб в многоколонных скважинах

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19890830

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3121086

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 202107914

Country of ref document: GB

Kind code of ref document: A

Free format text: PCT FILING DATE = 20190701

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19890830

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1