Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области геофизических исследований скважин и может быть использована для определения технического состояния обсадных колонн и НКТ. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего осевые и поперечные зонды, которые предварительно разделяют на две группы. Производят возбуждение электромагнитного поля в стальных обсадных колоннах импульсами тока в генераторных катушках (ГК) зондов. Измеряют и проводят первичную обработку сигналов вторичного нестационарного электромагнитного поля (ВНЭП) в измерительных катушках (ИК) зондов после выключения импульсов тока в ГК. Преобразуют сигналы в цифровую форму, передают на поверхность и обрабатывают при помощи компьютера. При этом для второй группы зондов длительность импульсов тока, возбуждаемых в ГК, и время измерения сигнала ВНЭП в ПК соответственно выбирают не менее чем в три раза короче, чем длительность импульсов тока в ГК и время измерения сигнала ВНЭП в ИК зондов первой группы. Кроме того, измерения сигналов ВНЭП в ИК зондов первой группы производят во время отсутствия тока в ГК зондов обеих групп, а возбуждение импульсов тока в ГК и измерения сигнала ВНЭП в ИК зондов второй группы выполняют во время прохождения импульсов тока в ГК зондов первой группы. Техническим результатом является повышение точности измерений толщины и надежности выделения дефектов во внутренней и внешней колоннах. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может быть использовано для определения технического состояния обсадных колонн и насосно-компрессорных труб (НКТ), выявления дефектов труб и определения толщины их стенок.

Известна аппаратура скважинной электромагнитной дефектоскопии, в которой для разделения сигналов от внутренней и внешней колонн используют два продольных зонда различной длины (Совершенствование аппаратуры и технологии скважинной электромагнитной дефектоскопии. / Теплухин В.К. и др. // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС, 2006. - Вып.149, с.173-183).

Недостатком данной аппаратуры является сильное влияние магнитного поля генераторной катушки одного зонда на показания другого зонда.

Чтобы ослабить взаимовлияние зондов до приемлемой величины, приходится раздвигать длинный и короткий осевые зонды на расстояние более одного метра. Тем не менее, в результате этого влияния на кривых обоих зондов появляются ложные аномалии, в частности аномалии от муфтовых соединений, что может приводить к ошибкам в интерпретации. На фиг.1 показано: муфтовые соединения отмечаются интенсивными максимумами обоих зондов (кривые 1 и 2 короткого осевого зонда), а при прохождении муфты длинным осевым зондом (кривая 3) на кривых (1 и 2) короткого зонда возникают ложные аномалии, расположенные выше истинной аномалии на расстоянии, равном расстоянию между зондами, в данном случае 1.05 м. При другой конструкции скважины могут возникать ложные минимумы на кривых длинного зонда.

Размещение длинного и короткого осевых зондов на значительном расстоянии друг от друга увеличивает длину прибора, что затрудняет проведение исследований, в особенности в действующих скважинах с использованием лубрикатора.

Известен способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах, при котором используют один осевой зонд большой длины, чередуют импульсы намагничивания различной длительности в диапазоне от 10 до 200 мс через каждые 200 мс и измерение параметров труб малого диаметра осуществляют после выключения возбуждающих импульсов тока намагничивания меньшей длительности, например в диапазоне от 10 до 40 мс, а измерение параметров труб большего диаметра производят после выключения возбуждающих импульсов тока намагничивания с большей длительностью, например в диапазоне от 40 до 200 мс (пат. РФ №2364719, Е21В 47/08, приор. 14.11.2007, публ. 20.08.2009, бюл. №23). Принят в качестве прототипа к заявляемому способу.

Недостатком данного способа, предусматривающего поочередные измерения с длинным и коротким импульсами тока, является увеличение длительности одного цикла измерений, что заставляет снижать скорость каротажа, вследствие чего снижается производительность труда и увеличивается время простоя скважины.

Известен скважинный электромагнитный толщиномер-дефектоскоп, содержащий генераторную систему с генераторными катушками, двуполярным генератором и таймером, измерительную систему с измерительными катушками и предусилителем, устройство управления, стробирующее устройство, усилитель с автоматическим переключением коэффициента усиления, интегратор и аналого-цифровой преобразователь (пат. RU №2074314, Е21В 47/12, приор. 22.03.1996, публ. 27.02.1997). Принят в качестве прототипа к заявляемому устройству.

Недостатками данного устройства являются взаимовлияние короткого и длинного осевых зондов, вызывающее появление аномалий-помех и усложняющее интерпретацию данных, и недостаточно надежное разделение сигналов от внутренней и других колонн, поскольку сигналы во всех катушках возникают от импульсов тока одинаковой длительности.

Предлагаемые способ и устройство для его реализации позволяют устранить указанные недостатки и обеспечить высокоточное измерение толщины и выделение дефектов во внутренней и внешней колоннах при высокой производительности каротажных работ и небольших габаритах аппаратуры.

Указанная задача решается тем, что в способе электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин, включающем возбуждение электромагнитного поля в стальных обсадных колоннах импульсами тока в генераторных катушках зондов, измерение и первичную обработку сигналов вторичного нестационарного электромагнитного поля (ВНЭП) в измерительных катушках зондов после выключения импульсов тока в генераторных катушках, преобразование сигналов в цифровую форму, передачу на поверхность и их компьютерную обработку, предварительно выделяют первую и вторую группы зондов и для второй группы зондов длительность импульсов тока, возбуждаемых в генераторных катушках, и время измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках соответственно выбирают не менее чем в три раза короче, чем длительность импульсов тока в генераторных катушках и время измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках зондов первой группы, при этом измерения сигналов ВНЭП в измерительных катушках зондов первой группы производят во время отсутствия тока в генераторных катушках зондов обеих групп, а возбуждение импульсов тока в генераторных катушках и измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках зондов второй группы выполняют во время прохождения импульсов тока в генераторных катушках зондов первой группы.

Кроме того, возбуждение импульсов тока в генераторных катушках зондов второй группы производят после возбуждения импульсов тока в генераторных катушках зондов первой группы спустя промежуток времени не менее 1/3 длительности импульса тока в генераторных катушках зондов первой группы.

Реализация способа осуществляется устройством, содержащим два осевых зонда различной длины, магнитные оси которых ориентированы параллельно оси прибора, один или несколько поперечных зондов, магнитные оси которых ориентированы перпендикулярно оси прибора, генератор импульсов тока, коммутатор сигналов, управляемый усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, в которое дополнительно введены генератор, вход которого подключен к выходу микроконтроллера, а выход соединен с генераторными катушками группы зондов, включающей короткий осевой и поперечные зонды, и дополнительный коммутатор сигналов, входы которого подсоединены к выходам предусилителей короткого осевого и поперечного зондов, а выход подключен к входу управляемого усилителя, причем длительность импульсов тока в генераторных катушках этих зондов не менее чем в три раза меньше, чем длительность импульсов тока генератора, к выходам которого подключен длинный осевой зонд, кроме того, длинный и короткий осевые зонды размещают на расстоянии менее одного метра друг от друга.

На фиг.1 приведены записи кривых измерений с коротким осевым зондом С и длинным осевым зондом А (измерения по известной схеме, рассмотренной выше в описании аналогов). На кривой короткого осевого зонда С видны помехи, возникающие при прохождении зонда с кривой записи А мимо муфты.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется фиг.2.

На фиг.2 кривая 1 показывает форму тока I_a в генераторной катушке длинного осевого зонда, кривая 2 - напряжения Е_а на выходе измерительной катушки этого зонда, кривая 3 - форма тока I_c в генераторной катушке короткого осевого зонда, а также в генераторных катушках поперечных зондов, кривая 4 - напряжения Е_с на выходе короткого осевого зонда.

На фиг.3 показана структурная схема предлагаемого устройства.

При осуществлении способа предварительно выделяют первую и вторую группы зондов. Например, к первой группе зондов отнесен осевой длинный зонд. Кривая 1 показывает форму тока в генераторной катушке, а кривая 2 - форму напряжения на выходе измерительной катушки этого зонда (фиг.2).

Для второй группы зондов длительность импульсов тока, возбуждаемых в генераторных катушках, и время измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках соответственно выбирают не менее чем в три раза короче, чем длительность импульсов тока в генераторных катушках и время измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках зондов первой группы. Например, ко второй группе относят короткий осевой зонд и короткий поперечный зонд. Для зондов этой группы характерны записи: кривая 3 - форма тока в генераторной катушке короткого осевого зонда, а также в генераторных катушках поперечных зондов, кривая 4 - форма напряжения на выходе короткого осевого и поперечного зондов (фиг.2).

Совместное применение длинного и короткого осевых зондов и питающих их длинных и коротких импульсов тока обеспечивает надежное выделение сигналов от внутренней трубы в скважинах многоколонной конструкции. В то же время подача импульсов тока и измерение сигнала в коротком зонде не требует затраты дополнительного времени.

Измерение сигналов ВНЭП в измерительных катушках зондов первой группы производят во время отсутствия тока в генераторных катушках зондов обеих групп, а возбуждение импульсов тока в генераторных катушках и измерение сигнала ВНЭП в измерительных катушках зондов второй группы выполняют во время прохождения импульсов тока в генераторных катушках зондов первой группы.

Включение тока в длинном зонде вызывает процесс становления поля в трубах. Включение тока во второй группе зондов удалено от момента включения импульса тока в первой группе на время не менее 1/3 длительности токового импульса в зонде первой группы, что обеспечивает существенное ослабление процесса становления поля, вызванного включением тока в зонде первой группы.

Реализация предлагаемого способа осуществляется с помощью устройства, представленного на фиг.3 и содержащего генераторную катушку 1 длинного осевого зонда, генераторную катушку 2 короткого осевого зонда, магнитные оси которых ориентированы параллельно оси прибора, генераторную катушку 3 поперечного зонда, магнитная ось которого ориентирована перпендикулярно оси прибора, измерительную катушку 4 длинного осевого зонда, измерительную катушку 5 короткого осевого зонда, магнитные оси которых ориентированы параллельно оси прибора, измерительную катушку 6 поперечного зонда, магнитная ось которого ориентирована перпендикулярно оси прибора 6, генератор 7, выход которого связан с генераторной катушкой 1 длинного осевого зонда, дополнительный генератор 8, выходы которого связаны с генераторными катушками 2 и 3 короткого осевого зонда и поперечного зонда, образующих группу зондов, на которые от дополнительного генератора 8 подаются укороченные импульсы тока, предусилитель 9, вход которого соединен с измерительной катушкой 4 длинного осевого зонда, предусилитель 10, вход которого связан с измерительной катушкой 5 короткого осевого зонда, предусилитель 11, вход которого связан с измерительной катушкой 6 поперечного зонда, коммутатор 12 длинного осевого зонда, дополнительный коммутатор сигналов 13, входы которого подсоединены к выходам предусилителей 10 и 11 короткого осевого и поперечного зондов, а выход подключен к входу управляемого усилителя 15, микроконтроллер 14, управляемый усилитель 15, интегратор 16, аналого-цифровой преобразователь 17. Вход дополнительного генератора 8 подключен к выходу микроконтроллера 14.

Данное устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

В генераторную катушку 1 длинного зонда, который выделяют в первую группу зондов, подают от генератора 7 импульс тока I_a большой длительности, например 150 мс (фиг.2). Спустя промежуток времени не менее 1/3 от длительности этого импульса в генераторные катушки короткого осевого 2 и поперечного зонда 3, которые выделены во вторую группу зондов, от генератора 8 подают короткий импульс тока I_с, который не менее чем в три раза короче, чем длительность импульсов тока I_a в генераторных катушках первой группы. После выключения этого короткого импульса производится измерение сигнала Е_с на выходе измерительных катушек короткого осевого зонда 5 и поперечного зонда 6.

Сигналы усиливаются предусилителями 10 и 11 и поступают на вход коммутатора 13, выделяющего стробы из сигнала под управлением контроллера 14, и с выхода коммутатора поступают на вход общего усилителя 15, коэффициент усиления которого регулируется контроллером 14.

Затем производят выключение импульса тока длинного осевого зонда (первой группы) и выполняют измерение сигнала Е_а длинного зонда на измерительной катушке 4, усиление его предусилителем 9, выделение стробов коммутатором 12 и подачу их на вход общего усилителя 15. Усиленный сигнал интегрируется интегратором 16 по промежутку времени, равному длительности очередного строба, и подается на аналого-цифровой преобразователь 17 и далее на контроллер 14, организующий передачу цифровых данных по каротажному кабелю на поверхность земли.

Применение описанного способа и устройства позволит обеспечить четкое разделение сигналов от внутренней (первой) и второй труб за счет совместного применения длинного осевого зонда, питаемого длинными импульсами тока, и короткого осевого зонда, питаемого короткими импульсами тока, повысить производительность труда за счет увеличения скорости каротажа и при этом существенно уменьшить длину зонда. Поскольку взаимовлияние длинного и короткого осевых зондов практически исключается, расстояние между ними может быть уменьшено до предельно малого расстояния, определяемого размером блока электроники и удобством монтажа.

1. Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин, включающий возбуждение электромагнитного поля в стальных обсадных колоннах импульсами тока в генераторных катушках зондов, измерение и первичную обработку сигналов вторичного нестационарного электромагнитного поля (ВНЭП) в измерительных катушках зондов после выключения импульсов тока в генераторных катушках, преобразование сигналов в цифровую форму, передачу на поверхность и их компьютерную обработку, отличающийся тем, что выделяют первую и вторую группы зондов, и для второй группы зондов длительность импульсов тока, возбуждаемых в генераторных катушках, и время измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках соответственно выбирают не менее чем в три раза короче, чем длительность импульсов тока в генераторных катушках и время измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках зондов первой группы, при этом измерения сигналов ВНЭП в измерительных катушках зондов первой группы производят во время отсутствия тока в генераторных катушках зондов обеих групп, а возбуждение импульсов тока в генераторных катушках и измерения сигнала ВНЭП в измерительных катушках зондов второй группы выполняют во время прохождения импульсов тока в генераторных катушках зондов первой группы.

2. Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин по п.1, отличающийся тем, что возбуждение импульсов тока в генераторных катушках зондов второй группы производят после возбуждения импульсов тока в генераторных катушках зондов первой группы, спустя промежуток времени не менее 1/3 длительности импульса тока в генераторных катушках зондов первой группы.

3. Устройство для электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин, содержащее два осевых зонда различной длины, магнитные оси которых ориентированы параллельно оси прибора, один или несколько поперечных зондов, магнитные оси которых ориентированы перпендикулярно оси прибора, генератор импульсов тока, коммутатор сигналов, управляемый усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены генератор, вход которого подключен к выходу микроконтроллера, а выход соединен с генераторными катушками группы зондов, включающей короткий осевой и поперечные зонды, и дополнительный коммутатор сигналов, входы которого подсоединены к выходам предусилителей короткого осевого и поперечного зондов, а выход подключен ко входу управляемого усилителя, причем длительность импульсов в генераторных катушках этих зондов не менее чем в три раза меньше, чем длительность импульсов тока генератора, к выходам которого подключен длинный осевой зонд, кроме того, длинный и короткий осевые зонды размещают на расстоянии менее одного метра друг от друга.