Способ определения дефектов в колонне обсадных труб и устройство для его осуществления

 

1. Способ определения дефектов в колонне обсадных труб из ферромагнитного материала путем генерирования первого переменного магнитного поля, наводящего в трубе круговой ток, принятия измеряемого фазового сигнала от узла дифференциальной приемной катушки, расположенной в непосредственно близости от стенки трубы , удаленной в осевом направлении от источника переменного магнитного поля, отличающийся тем, что с целью повышения точности контроля , принимают фазовый опорньй сигнал от соосно установленной опорной катушки, удаленной в осевом направлении от источника первого переменного магнитного поля, генерируют сигнал разности фаз между измеряемым фазовым сигналом и опорным фазовым сигналом и определяют фактические дефекты по форме разностного сигнала, причем по пику одной полярности судят о магнитной аномалии, а по двум пикам фазового разностного сигнала противоположной полярности судят о реальном дефекте. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер дефекта определяют по произведению амплитудного сигнала на фазовьш разностный сигнал. 3.Способ по .п. 1 iimi 2, отличающийся тем, что генерируют второе магнитное поле с частотой выше частоты первого магнитного поля и наводят местные вихревые токи в трубе в плоскости под углом 90° к круговым токам, наводимым первым магнитным полем, и генерируют второй сигнал в ответ на возмущения в местных вихревых токах. 4.Способ по п. 3, отлича ющ и и с я тем, что предусмотрено измерение амплитуды второго сигнала. 5.Способ по пп. 1 - 4, о т л ичающийся тем, что указанные два пика характеризуются изменением Ьазы от О до -90 , от -90 чеоез О до +90°, от +90 через О до -90° и затем возвращением к 0°, причем пику одной полярности присуще изменение фазы от О до -90°, а затем возвращение к 0°. 6.Устройство для определения дефектов в колонне обсадных труб из ферромагнитного материала, содержащее удлиненный корпус для установки в трубе на каротажном кабеле, передающие катушки для генерирования вдоль продольной оси трубы первого переменного магнитного поля, которое наводит в ней круговые токи, приемные преобразователи для генерирования сигнала в ответ на возмущения кругового тока в трубе и вторичный прибор, отличающееся тем. с . @ СО SI СП) СП ы

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ш 4 Е 21 В 47/00 дущцр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Ilo делАм изОБРеТений и ОтнРытий (21) 2919615/22-03 (22) 08.05.80 (46) 23.02.88. Бюл. № 7 (71) Шпюмбергер Оверсиз (US) (72) Стефен Дрю Боннер (US) (53) 622.241(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 696149, кл. Е 21 В 47/00, !978.

Авторское свидетельство СССР № 691559, кл. Е 21 В 47/00, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В

КОЛОННЕ ОБСАДНЫХ ТРУБ И УСТРОЙСТВО . ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) t. Способ определения дефектов в колонне обсадных труб из ферромагнитного материала путем генерирования первого переменного магнитного поля, наводящего в трубе круговой ток, принятия измеряемого фазового сигнала от узла дифференциальной приемной катушки, расположенной в непосредственно близости от стенки трубы, удаленной в осевом направлении от источника переменного магнитного поля, отличающийся тем, что с целью повышения точности контроля, принимают фазовый опорный сигнал от соосно установленной опорной катушки, удаленной в осевом направлении от источника первого переменного магнитного поля, генерируют сигнал разности фаз между измеряемым фазовым сигналом и опорным фазовым сигналом и определяют фактические дефекты по форме разностного сигнала, причем по пику одной полярности судят о магнитной аномалии, а по двум пикам фазового разностного сигнала противоположной полярности судят о реальном дефекте.

„„ЯО „„ з7695о

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что размер дефекта определяют по произведению амплитудного сигнала на фазовый разностный сигнал.

3. Способ по .п. 1 или 2, о т л ич а ю шийся тем, что генерируют второе магнитное ноле с частотой выше частоты первого магнитного поля и наводят местные вихревые токи в трубе в плоскости под углом 90 к круговым токам, наводимым первым магнитным полем, и генерируют второй сигнал в ответ на возмущения в местных вихревых токах.

4. Способ по и. 3, о т л и ч а юшийся тем, что предусмотрено измерение амплитуды второго сигнала, 5. Способ по пн. 1 — 4, о т л ич а ю шийся тем, что указанные два пика характеризуются изменением

1Ъазы от 0 до -90, от -90 через 0 до +90, от +90 через 0 до -90 и затем возвращением к О, причем пику одной полярности присуще изменео ние фазы от 0 до -90, а затем возвращение к 0

6, Устройство для определения дефектов в колонне обсадных труб из ферромагнитного материала, содержащее удлиненный корпус для установки в трубе на каротажном кабеле, передающие катушки для генерирования вдоль продольной оси трубы первого переменного магнитного поля, которое наводит в ней круговые токи, приемные преобразователи для генерирования сигнала в ответ на возмущения кругового тока в трубе и вторичный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 1376950 что, с целью повышения точности контроля, каждый приемный преобразователь выполнен в биде непроводящего ток несущего элемента, на котором расположены параллельно одна другой три . обмотки, первая и третья из которых имеют N витков, а вторая — 2N витков, при этом обмотки включены встречнопараллельно.

7. Устройство по п. 6, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вторичный прибор имеет средство для измерения амплитудной составляющей сигнала, включающее первый усилитель, соединенный с приемными преобразователями, и пбследовательно соединенные первый фильтр, блок выпрямления и детектор.

8. Устройство IIQ II, 7, о T JI H ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено опорными катушками для создания опорного сигнала, указывающего фазу магнитного поля, а вторичный прибор содержит второй усилитель, соединенный с передающей катушкой второй фильтр, первую цепь прохождения импульса через нуль, соединенную с первым фильтром, для определения фазы сигнала, вторую цепь прохождения импульса через нуль, соединенную с вторым фильтром, для определения фазы опорного сигнала и средство, соединенное с первой и второй цепями прохождения импульса через нуль для генерирования сигнала разности фаз.

9. Устройство по и. 8, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вторичный прибор имеет средство умножения для генерации сигнала, который является произведением амплитудного сигнала и сигнала разности фаз.

i0. Устройство по пп. 6-9, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено передающей катушкой, связанной с приемной катушкой и размещенной в несущем элемента концентрично с первой, второй и третьей обмотками и параллельно стенке колонны

Изобретение относится к устройству и способу обнаружения расположения и степени дефектов в колонне обсадных труб, для определения места положения дефектов -на внутренней стенке колонны обсадных труб.

11. Устройство по п. 10, .о т л ич а ю щ е е с я тем, что передающая катушка имеет генераторную обмотку, генерирующую магнитное поле частотой

2 кГц для введения высокочастотных локальных вихревых токов в стенке колонны

12. Устройство по п. 6 о т л ич а ю щ е е с я тем, что вторичный прибор включает средство для измерения амплитудной и фазовой составляю щих по меньшей мере одного сигнала и средство для определения отличия дефектов колонны буровых труб относительно магнитных аномалий, содержащее средство для объединения амплитудной и фазовой составляющих.

13. Устройство по п. l2 о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве средства объединения использован умножитель.

14. Устройство по пп. 6-13, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что непроводящий ток несущего элемента выполнен в виде остова из стекловолокна и эпоксидной смолы.

15. Устройство по пп. 6-14, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что каждая обмотка приемного преобразователя имеет не менее 1500 витков.

16. Устройство по пп. 6-15, о .т л ич а ю щ е е с я тем, что первая, вторая.и третья многовитковые проводящие обмотки, расположенные на непроводящем ток несущем элементе, заключены в приемный преобразователь.

17. Устройство по пп. 6-16, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что первая, вторая и третья многовитковые токопроводящие обмотки приемного преобразователя расположены на непроводящем ток несущем элементе вплотную одна к другой в осевой направлении. ферромагнитных обсадных колонных труб нефтяных скважин, а именно к системе контроля колонны обсадных

1376950 труб и способу, использующему принципы вихревых токов для обнаружения ю небольших дефектов и других аномалий в колонне обсадных труб нефтяной скважины.

Цель изобретения — повышение точности контроля, а также определение фактических дефектов в ферромагнитной трубе относительно магнитных аномалий.

На фиг. 1 изображен вариант устройства контроля колонны обсадных труб; на фиг. 2 — механическое устройство для установки матрицы приемников; на фиг. 3 — вариант выполнения особенно эффективного узла дифференциальной катушки; на фиг. 4 — пара плоских дифференциальных катушек; на фиг. 5 — схематическое изображение магнитного поля с возмущениями в местах наличия дефекта в колонне обсадных труб скважины; на фиг. 6 и 7 графическое изображение фазы и амплитуды сигнала напряжения, полученного с приемного преобразователя; на фиг. 8 — блок-схема электронного блока, используемого для измерения фазы и амплитуды сигнала напряжения; на фиг. 9 — 11 — варианты узлов передаю,щей и приемной катушек.

Устройство для осуществления способа содержит глубинный прибор и наземную часть, которые соединены кабелем.

Устройство включает глубинный прибор 1 для контроля колонны буровых труб 2, трос 3, источник 4 питания, мерное колесо 5, механическую тягу 6, самописец 7, блок 8 запоминания глубины, передающие катушки 9, корпус, приборы 10, матрицы приемных преобразователей 11 и 12, патроны 13 и 14, телеметрический приемник 15, центрирующие узлы 16 и пРиемные пре- 45 образователи 17.

Глубинный прибор 1 контроля колонны буровых труб 2 обычно подвешивается на каротажном кабеле или тросе 3. Использование троса 3 обеспечивает возможность перемещения инстру5Î мента контроля колонны буровых труб по всей длине этой колонны 2. Трос 3 также образует проводники для переда-. чи сигнала от прибора 1 к наземному оборудованию, где сигналы записываются и оцениваются. Кроме того, трос

3 образует цепь питания от рпсположенного на поверхности источника 4 питания к прибору 1 контроля и вспомогательным схемам..

Для привязки записываемых измерений, производимых прибором 1 контроля колонны буровых. труб, к глубине погружения инструмента на стороне измерений в колонне 2 имеется мерное колесо 5, предназначенное для перемещения с помощью кабеля 3 при наматывании и сматывании с лебедки, которая соединена с возможностью взаимодействия, например, с помощью импульсного генератора или соответствующей механической тяги 6 к самописцу 7 для производства записей на нем, которые являются функцией глубины прибора 1.

Поскольку целесообразно, чтобы несколько каротажных записей, осуществляемых самописцем 7, были представлены вместе с общей шкалой глубины, расположенная на поверхности схема предназначена также, чтобы включать блок 8 запоминания глубины, который приводится в действие мерным колесом 5 для мгновенного запоминания одной группы сигналов данных от прибора 1 для одновременного представления на самописце одной или более групп сигналов данных от прибора 1.

Глубинный прибор 1 контроля колонны обсадных труб снабжен парой соосно расположенных передающих катушек 9, подвешенных на продолговатом (удлиненном) корпусе 10. Удлиненный корпус 10 или оправка представляет собой в большинстве случаев немагнитный или непроводящий корпус и может быть изготовлен из стекловолокна с металлическим упрочнением так, что они не образуют токопроводящих путей.

Соосно расположенные передающие катушки 9, подвешенные на тросе 3, электрически запитываются с помощью источника 4 питания переменным током через проводник в тросе 3 с частотами в диапазоне 30-40 Гц. В отличие от приборов контроля, основанных на измерениях утечек потока магнитного потока постоянного тока, прибор 1 основан на создании магнитного пото-. -. ка неремецного тока, который исключает необходимость наличия железного сердечника, обеспечивающего низкое сопротивление магнитному потоку.

Соосные катушки 9 расположены на заданном расстоянии друг от друга и между ними также подвешены на про- долговатом корпусе 10 первая и вто1376950 рая матрицы приемных преобразователей 11 и 12. Патрон 13 предназначен для размещения схем, показанных в виде блок-схемы (фиг. 8) для оценки

Э

5 фазы и амплитуды сигнала напряжения, обнаруживаемого каждым приемным преобразователем. Патрон 14 предназначен для размещения цифровой телеметрической схемы передачи фазоамплитудного 10 сигнала на расположенный на поверхности телеметрический приемник 15 (фиг. 1). Центрирующие узлы 16 используются в сочетании с корпусом 10, чтобы центрировать прибор 1 в колон- 15 не буровых труб ?.

Передающие катушки 9 (фиг. 1) разнесены на заданное расстояние относительно матриц 11 и 12 приемников так, что это расстояние достаточно 20 мало, чтобы обеспечивался разумный уровень сигнала в приемных катушках, но достаточно велико, чтобы непосредственное воздействие от катушек 9 не преобладало над сигналом дефекта., 25

Прибор 1 контроля колонны обсад.— ных труб снабжен двенадцатью прием- ными преобразователями 17, расположенными в двух матрицах 11 и 12 между катушками 9 и установленными между собой так, чтобы обеспечивать контроль в пределах 360 внутренней поверхности колонны буровых труб.

Как показано на фиг. 1, этот полный охват по окружности лучше всего достигается путем разделения. на не35 сколько контрольных приемниКов, сим-. метричного расположения полбвины из них с равными интервалами вокруг од" ной части корпуса 10 и расположения 40 остальных приемных катушек 17 на второй части корпуса 10. При угловом смещении приемных преобразователей матрицы 11 относительно приемных преобразователей матрицы 12 каждый из преобразователей в матрице 12 будет

:соответственно исследовать узкую продольную полоску колонны 2 обсадных труб, которая лежит между слегка перекрывающимися смежными полосками колонны, которые исследуются с по50 мощью контрольных приемных катушек непосредственно над ними. Когда прибор 1 для контроля перемещается через колонну 2, верхняя матрица 11 прием-, ников будет непрерывно исследовать ряд 55 разнесенных по окружности полос или продольных полос вдоль стенки колонны, разделенных между собой зазорами, а ниж няя матрица 12 будет непрерывно исследовать эти зазоры, чтобы обеспечить полное обследвание стенок колонны 2 обсадных труб.

На фиг. 2 показано механическое устройство, которое может быть использовано для установки приемных преобразователей 17 в матрицах 11 и 12 в рабочем взаимодействии с внутренней стенкой колонны 2. Целесообразно расположить матрицу приемников так, чтобы приемные катушки 17 приемников были шарнирно присоединены к наружным концам жестких консолей 18, которые, в свою очередь, их внутренними концами шарнирно присоединены к разнесенным в продольном направлении хомутикам 19, установленным с возможностью скольжения на корпусе 10.

Пружины 20 установлены для поджатия приемных катушек в скользящее взаимодействие со стенкой колонны обсадных труб 2.

Специальный узел катушки приемных преобразователей 17 (фиг. 3) предусмотрен в качестве части прибора 1 контроля колонны. Каждый приемный преобразователь 17 включает в себя три отдельные обмотки 2.1 — 23, имеющие И, 2N и N витков соответственно.

Обмотки намотаны на сердечник 24 одна рядом с другой. Хотя обмотки 21 — 23 соединены последовательно между собой, смежные обмотки могут быть намотаны в противоположных направлениях для образования узла дифференциальным соединением обмоток катушки. Как показано на фиг,. 3 стрелками 25 и 26, обмотки 21 и 22 намотаны в противоположных направлениях. Обмотка 23 намотана в направлении, противоположном обмотке 22, как показано стрелками 26 и 27. Такое устройство обеспечивает дифференциальное измерение потока магнитного поля, создаваемого соосными катушками 9 в колонне 2.

На фиг. 4 показана плоская дифференциальная катушка в виде печатной схемы, известная ранее.

Катушка с тремя обмотками, намотанными на остове катушки согласно изобретению, электрически эквивалентна известной плоской катушке по фиг. 4 при использовании для восприятия наличия возмущений магнитного потока, расположенных на небольшом расстоянии от ферромагнитной колонны обсадных труб. Напряжение V между

1376950

7 концами обмоток 21 и 23 обеспечивает выходной сигнал, электрически эквивалентный напряжению Ч плоской ка4 тушки по фиг. 4 для такого же числа витков. Равноценность может быть понята при признании того, что плоская катушка по фиг. 4 имеет N витков для протекания тока в положительном направлении в левой части узла катуш-10

/ ки, 2N витков для протекания тока в отрицательном направлении в средней части катушки и витки для протекания тока в положительном направлении в правой части катушки. Электрические напряжения V u V по фиг. 4 вычитаются, чтобы образовать показанное напряжение, которое является мерой разности магнитных потоков, связывающих две обмотки. Плоская катушка по 20 фиг. 4 обладает присущим ей ограничением количества витков, тогда как конструкция с тремя обмотками согласно изобретению (фиг, 3), имеющая сердечник, будет принимать порядка 25

1500-2000 витков. Это увеличение числа витков для каждой обмотки облегчает определение магнитного. поля крайне малых величин, например, порядка

200 мкГс. 30

Катушки 22 приводятся в действие источником 4 переменного тока, чтобы создавать переменное магнитное поле в колонне 2 обсадных труб и вокруг нее. Действие переменного магнитного поля заключается в том, чтобы возбуж35 дать круговые токи в стенке колонны. Когда существует аномалия колонны в виде углубления или трещины, ток расепляется и течет вокруг сторон этой 40 аномалии (аналогично потоку воды, обтекающему камень). Эта деформация потока кругового тока вызывает воз мущение магнитного поля, расположенного вблизи дефекта; 45

Магнитное поле вокруг дефекта можно рассматривать как сумму наложений двух магнитных полей. Первая часть суммы представляет собой магнитное поле, которое находилось бы в месте дефекта, если бы дефекта не было, и называется номинальное поле. Вторая часть суммы является полем возмущения, обусловленным только деформацией кругового тока около дефекта, например поле 28 возмущения. Величина это- 55

ro поля возмущения пропорциональна продольной длине и глубине проникновения дефекта 29 или коррозии. Важной особенностью поля 28 возмущения является фазовая разность между ним и номинальным полем. Если переместиться в осевом направлении на расстояние от катушки 9 достаточно далеко, чтобы линии магнитного поля, проходящие через плоскость перпендикулярную оси колонны, в этой точке проходили через стенку колонны дважды, круговой ток, протекающий в стенке колонны, будет вызывать задержку по фазе на

90 . Возмущение В поля 28 имеет ту же фазу, что и круговой ток, поскольку оно полностью зависит от кругового тока. Следовательно, когда поле 28 возмущения вокруг дефекта 29 имеет такую же напряженность, что и номинальное поле, или больше и приемный преобразователь 17 протягивается поперек дефекта 29 с одинаковой скоростью, фазовая и .амплитудная модуляции напряжения переменного тока приемника будут иметь место.

На фиг. 6 и 7 показаны формы сигналов фазы и амплитуды, создаваемые с помощью предложенного устройства.

Если поле 28 возмущения (фиг. 5) является преобладающим так, что номи. нальное поле пренебрежимо мало, когда приемный преобразователь 17 перемещается поперек дефекта 29, фаза напряжения переменного тока приемника будет изменяться (например, сигнал D на фиг б) от 0 до -90, проходя через 0, +90, затем -90 и обратно через 0, причем положительная и отрицательная фазы изменяются благодаря дифференциальному соединению обмоток приемного преобразователя 17. Любое увеличение в объеме дефекта 29 не будет изменять этой характеристической фазовой модуляции в том случае, если поле 28 возмущения является преобладающим. Однако амплитуда дифференциального сигнала с предложенного устройства пропорциональна эффективному объему аномалии колонны. Для дефектов, имеющих размер, больший в осевом направлении, чем они имеют в направлении окружности, эффективный объем грубо определяется путем определения размера в осевом направлении углубления или трещины и использования его в качестве диаметра для круглого дефекта при такой же глубине проникновения в стенку, что и для фактического дефекта.

Для дефектов, имеющих большую длину

137á950

10 в направлении окружности, чем в осевом направлении, эффективный объем грубо является таким же, что и фактический объем. Формы амплитудных сигналов предложенного устройства показаны на фиг. 7.

Для некоторых магнитных аномалий (резкие изменения магнитных свойств, ограниченные небольшой площадью порядка размера поверхности приемной катушки) было установлено, что характеристика фазовой модуляции отличается от характеристики фактического дефекта. Когда поле возмущения вокруг15 магнитной аномалии преобладают или даже имеет величину того же порядка, что и номинальное поле, фазовая модуляция напряжения переменного тока приемника изменяется от 0 (по номи- 20 нальной колонне) в направлении -90 и затем вновь обратно к 0 . Амплитуда переменного напряжения приемника пропорциональна величине магнитной аномалии, но по сравнению с фактичес- 25 кими дефектами амплитудная характеристика может рассматриваться относительно нечувствительной для магнитных аномалий. Этот эффект показан на фиг. 6 и 7, где амплитудная характеристика 31 мала, а фазовая характеристика 30 отрицательна. Таким образом, преимущества предложенной системы заключаются в том, что фазовая характеристика магнитной аномалии отличается от характеристики реального дефекта, а амплитудная,характеристика магнитной аномалии относительно мала по сравнению с характеристикой фактических дефектов, 40

Поэтому однозначно определение целостности колонны может быть осуществлено на основании зависимости фазовой модуляции при наличии аномалии и пропорциональной зависимости амплитудной модуляции переменного напряжения приемника в отношении объема аномалии.

При рассмотрении типичных форм фазового и амплитудного сигналов на фиг.б и 7 очевидно, что можно умно- .

50 жить эти сигналы поточечно без потери информации. Целесообразность перемножения сигналов имеет два аспекта.

Во-первых, если никаких дефектов не имеется под приемным преобразователем 17, амплитуда очень мала и перемножение амплитуды н фазы в этом положении будет удалять большую часть

"шума", присутствующего в кривой фазе. Этот "шум" обусловлен тем, что магнитные свойства изменяются слегка от дюйма к дюйму. Должно происходить значительное изменение в магнитных свойствах, чтобы создать магнитную аномалию. Эти небольшие изменения обычно не рассматриваются как магнитные аномалии.

Второе преимущество заключается в том, что поскольку характеристики фазовой модуляции магнитной аномалии и дефекта различны, перемножение двух сигналов по всему реальному дефекту дает "биполярный" сигнал, тогда как по всей магнитной аномалии сигнал произведения по существу односторонний. Фазовый сигнал становится важным, только когда существует увеличение амплитуды напряжения приемника частотой 35 Гц. Таким образом, перемножение сигналов уменьшает скорость передачи данных, необходимую для передачи всей информации, и это также упрощает проблемы воспроизведения путем уменьшения количества воспроизводимых сигналов.

Детектирование фазовой модуляции может быть осуществлено с использованием дискриминатора фазовой модуляции. Однако более удобный способ включает в себя использование опорной приемной катушки 32 или пары катушек, соединенных по дифференциальной схеме, установленной концентрично с осью прибора 1, расположенной непосредственно под приемным преобразователем 17 (фиг. 1). Кроме того, амплитуда и/или фаза относительно тока передатчика, сигнала, принимаемого приемным преобразователем 17, может быть использована для нормализации отдельных характеристик приемников преобразователей так, чтобы запись воспроизводила процент уменьшения толщины стенки.

Электронная схема обработки сигнала, соединенная с приемным преобразователем 17, показана на фиг. 8.

Схема обработки сигнала, используемая для анализа сигнала напряжения, получаемого с каждого приемного преобразователя 17, размещена в патроне, например патроне 13 (фиг.1). Сигнал напряжения, генерирующей при перемещении приемного преобразователя 17 по колонне 2, показывает, существует

20

Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 46 частотой 2 кГц затем загружается в выходной буфер 47, где он хранится для передачи расположенной на поверхности телеметрической схемы 48. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 45 частотой

35 Гц загружается в промежуточный буфер 49. Каждый приемный преобразо-. ватель затем имеет амплитудное слово на частоте 35 кГц, согласованное с соответствующим словом фазы преобра11 137695 ли в колонне реальная аномалия (дефекты), или существует магнитная аномалия. Магнитная аномалия является недостатком, свойственным материа.

5 лу колонны, характеризуемому путем воспроизведения магнитных свойств, отличных от тех, что присущи остальному материалу колонны.

Сигнал каждого приемного преобразователя 17 подается через экранированный, крученый кабель 33 в схему, имеющую дифференциальный усилитель

34. Выходной сигнал. этого усилителя

34 подается в два различных полосовых фильтра 35 и 38. Один полосовой фильтр 35 имеет характеристику с центральной частотой, равной частоте низкочастотной передающей катушки 9 (30-40 Гц).

Другой полосовой фильтр 36 имеет характеристику с центральной частотой 2 кГц. Частота 2 кГц является той частотой, на которой передатчик

37 локального вихревого тока, расположенный перпендикулярно приемной катушке будет работать (фиг.3). Эта передающая катушка 37 используется для разрешения наружных и внутренних дефектов. Передающая катушке 37 на- - 3 водит вихревые токи в колонне 2 в плоскости, параллельной плоскости катушки. Вихревой ток создает второе .магнитное поле, которое противодействует полю возбуждения, наведенному соосными передатчиками 9. Результирующее магнитное поле представляет . ,.собой векторную сумму полей возбуждения высокой и низкой частоты. Таким

"образом, когда приемный преобразователь 17, имеющий вторую передающую катушку 37, намотанную на нем, движется вдоль внуТренней стенки колонны, имеющей дефект, поток вихревых токов высокой частоты задерживается, создавая второе возмущенное магнитное поле. Это возмущенное магнитное поле обнаруживается парой катушек благодаря разбалансу измеряемого поля. Этот разабаланс создает увеличение выходного напряжения частоты 2 кГц с пары катушек. Использование оборудования и технических приемов для измерения вихревых токов частотой 2 кГц являет. ся стандартным в этой области техники для определения внутренних дефектов стенки.

Из фиг. 8 видно, что выходной сигнал полосового фильтра 36 частотой

2 кГц выпрямляется и детектируется с помощью восстанавливаемого в нулевое состояние пикового детектора 38. Выходной сигнал восстанавливаемого пикового детектора 38 подается в схему 39 выборки с запоминанием уровня. Эта схема 39 выборки с запоминанием уровня осуществляет выборку напряжения восстанавливаемого пикового детектора непосредственно перед

его установкой на нуль. После перехода схемы 39 выборки с запоминанием уровня в режим фиксации восстанавливаемый пиковой детектор 38 устанавливается в нуль.

Выходной сигнал полосового фильтра 35 на 35 Гц подается в двухполупериодный выпрямитель 40, выходной сигнал которого подается в восстанавливаемый в нулевое состояние пиковый детектор 41. При переходе через нуль отрицательной части напряжения приемного преобразователя выходной сиг-. нал устанавливаемого в нуль пикового детектора 41 выбирается схемой 42 выборки с запоминанием уровня и устанавливается в нуль, когда схема 42 находится в режиме хранения. Эти события происходят одновременно в пиковом детекторе 38 и схеме 39 для сигнала частотой 2 кГц.

При переходе через нуль положительной части напряжения опорного приемника, связанног с определенной матрицей 11 или 12 преобразователей, выбираемое аналоговое напряжение вихревого тока частотой 2 кГц и выбираемое аналоговое напряжение частотой

35 Гц подвергают мультиплексной передаче мультиплексорами 43 и 44 вместе с такими же двумя напряжениями с других шести преобразователей, находящихся в отдельной матрице, в два со-, ответствующих аналого-цифровых преобразователя 45 и 46.

1376950 эователя и подаваемое в цифровой умножитель 50 с жестким монтажем.

Фазовое слово генерируется путем запуска счетчика, находящегося в схеме 51 разности фаз при прохождении . нуля положительной частью напряжения опорного приемника 32 (фиг. 8), связанного с данной матрицей 11 или 12 приемных преобразователей. Один опор"10 ный приемник предусмотрен для каждой матрицы 11 и 12 (фиг. 1). Счетчик считает с частотой, задаваемой синхронизирующим устройством, находящимся в схеме 51, Частота тактирующих сигналов выбирается такой, что если синхронизирующее устройство отпирается для одного полного периода

35 Гц, то имеется полное заполнение счетчика. Счетчик прекращает счет, 20 когда отрицательная часть напряжения приемного преобразователя на

35 Гц пересекает нуль. Это приводит к выдаче "биполярного" фазового слова в величинах двоичного кода сдвига, 25 т.е. порядок нулей пропорционален половине максимального отсчета. До того как каждое фазовое слово будет согласовано с амплитудным словом в умножителе 50, оно,преобразуется в 30 составляющие величины и знака с почощью арифметической схемы 52. Амплитудная часть слова подается непосредственно в умножитель 50. Знак подается через умножитель 50 непосредственно в схему 53, которая изменяет про35 изведение умножителя. Эта форма произведения фазы-амплитуды затем загружается в выходной буфер 47.

Схема 54 синхронизации и управле- 40 ния предусмотрена для управления установкой в нулевое положение пиковых детекторов и схем выборки с запоминанием и для дополнительного управления мультиплексированием сигналов приемных преобразователей 17 в мультиплексорах 43 и 44.

Поскольку фаза опорного приемника изменяется относительно фазы передатчика, а данные генерируются относи50 тельно фазы опорного приемника, необходимо обеспечить разгруппирование выходных данных. После этого данные будут поступать на выходе с постоянной скоростью в один полный блок дан-55 ных 35 раэ в секунду, независимо от фазовой модуляции опорного приемника 32.

Сигнал опорного приемника 32 подается в дифференциальный усилитель 55 с такими же характеристиками фильтра высоких частот, что и характеристики дифференциального усилителя 34 приемных преобразователей. Этот сигнал затем подается через полосовой фильтр

56 на 35 Гц, подвергается двухполупериодному выпрямлению в двухполупериодном выпрямителе 57 и подается в устанавливаемый в нулевое положение пиковый детектор 58, иэ которого про" изводится выборка схемой 59 выборки с запоминанием непосредственно перед установкой в нуль. Установка в нулевое положение происходит каждый раз,, 1 когда напряжение опорного приемника. пересекает нуль положительной части на выходе полосового фильтра 56 на

35 Гц. Выходной сигнал схемы 59 выборки с запоминанием затем подается в аналого-цифровой преобразователь 46 через мультиплексор 44. Это преобра,зование прочсходит одновременно с преобразованием сигналов приемных преобразователей 17 с соответствующих матриц преобразователей для этого опорного приемника.

Фаза опорного приемника 32 измеряется относительно фазы тока катушек 9 таким же образом,что и фаза при-емного преобразователя 17 измеряется относительно опорного приемника, используя аналогичную схему 60 разности фаз. Цифровое слово затем подается в промежуточный буфер 61 и пропускается в выходной буфер 47. Амплитудное слово опорного приемника 32 может быть использовано для того, чтобы определить лежит ли фаза опорного приемника между 0-360 или 360-720 С.

Этот фазовый и/или амплитудный сигнал может быть использован. для нормализации сигнала приемного преобразователя относительно микроскопических изменений и полных/средних толщин стенки, магнитных свойств и изменений мощности передатчика. Эта нормализация может быть осуществлена в скважине или на поверхности.

В предложенном изобретении это осуществляется на поверхности на вычисли-. тельной машине.

Цифровая телеметрическая система 62 будет затем обрабатывать даннъ|е выходного буфера 47 и передавать их на поверхность по кабелю. Находящийся на поверхности приемник 15

1376950

1Ь (фиг. 1) будет затем раскладывать блок данных, изменять его формат и воспроизводить информацию на запись как функции глубины.

Дисплей состоит из 24 дорожек, разделенных в группы по 12. Двенадцать амплитуд вихревого тока частотой

2 кГц могут быть воспроизведены, тогда как двенадцать сигналов произведе-lO ния амплитуда-фаза для частоты 35 кГ воспроизводится. Дополнительные интересующие сигналы могут быть воспро" изведены, например фаза опорного приемника относительно напряжения пере- 15 датчика и амплитуда опорного приемника для каждого опорного приемника 32.

Другие варианты расположения матрицы преобразователей и передатчи- 20 ков согласно изобретению также могут быть использованы. На фиг. 9 и 10 показаны варианты расположения матрицы преобразователей и передатчика, которые отличаются от варианта вы- 25 полнения с двумя передатчиками. Вариант.выполнения устройства (фиг.6) схематично изображает использование передатчика 63, расположенного в ко» лонне 64. Передатчик расположен íà 30 заданном расстоянии между матрицами

65 и 66 преобразователей. Основным критерием для выбора расстояния между передатчиком 63 и матрицами 65 и 66 преобразователей является уменьшение эффекта непосредственной связи по магнитному потоку между передатчиком и матрицами независимо от стен-. ки колонны. Во втором варианте выполнения конфигурации матрицы преобразователей и передатчика (фиг 10), передатчик 63 расположен в колонне 64 на первом заданном расстоянии от первой матрицы 65 преобразователей, расположенной около второй матрицы 66 преобразователей. Второй вариант, однако, отличается от первого тем, что вторая матрица 66 преобразователей, находящаяся на большем расстоянии от передатчика 63, выбирает более слабое магнитное поле, и, таким образом, сигнал с приемных преобразователей, находящихся в матрице 66 преобразователей, должен усиливаться с большим коэффициентом усиления.

В другом варианте вместо 12 приемных катушек преобразователей, расположенных по окружности корпуса инструмента, можно использовать три соосно расположенные катушки, установленные близко между собой (фиг. 11).

Узел 67 соосных приемных катушек расположен внутри колонны 64 на постоянном расстоянии от передатчика 63, чтобы раздельно обнаруживать в одном сигнале наличие и отсутствие отверс-, тий или коррозии в стенке корпуса колонны буровых труб вблизи узла 67.

Три соосные катушки соединены электрически последовательно так, что две концевые катушки имеют N витков и по ним текут наведенные токи в направлении, противоположном направлению катушки с числом витков 2N.

?0 фиРР

I376950

zg фи 5

pea

naurnуАУ

pQP fg

М ю,рю ю ду бил 1f

Составитель В.Булыгин

Редактор В.Данко Техред N.Õîäàíè÷ Корректор В.Ыутяга

Заказ 800j58 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4