Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах

Авторы патента:

G01N27/82 - обнаружение локальных дефектов

G01B7/16 - для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами

E21B47/00 - Исследование буровых скважин (регулирование давления или потока бурового раствора E21B 21/08; геофизический каротаж G01V)

Владельцы патента RU 2636064:

Потапов Александр Петрович (RU)

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при дефектоскопии магнитных металлических труб, расположенных в скважинах, с одновременным вычислением толщины стенок каждой из труб в многоколонных скважинах. Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах включает возбуждение нестационарного электромагнитного поля импульсами тока в генераторных катушках разной длины и измерение ЭДС, наведенной в приемных катушках вихревыми токами, протекающими в исследуемых металлических магнитных трубах. При этом возбуждают импульсом тока длительностью Т одновременно все генераторные катушки. Затем их последовательно с интервалом T_i отключают от генератора, начиная с короткой генераторной катушки, и последовательно каждой измерительной катушкой, соответствующей отключенной генераторной катушке, измеряют ЭДС (Е) как функцию времени E(t_j,). Причем сигнал с самой последней, длинной измерительной катушки регистрируют как постоянную спада по приведенному математическому выражению. Техническим результатом является повышение точности измерений за счет исключения влияния электромагнитных и геометрических характеристик ближней магнитной металлической трубы на результаты измерений на поздних временах в последующих трубах. 3 ил.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при дефектоскопии магнитных металлических труб, расположенных а скважинах, в частности, стальных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ), с одновременным вычислением толщины стенок каждой из труб в многоколонных скважинах.

Известны способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии многоколонных скважин и устройство для его осуществления (Пат. РФ №2468197, приор. 01.04.2011 г., опубл. 27.11.2012 г.).

Известный 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.

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.

Недостаток известного способа заключается в том, что на измеряемую ЭДС на поздних временах влияют электромагнитные и геометрические характеристики первой колонны, которые измеряются с определенной погрешностью по данным первой группы зондов. Для определения толщины стенки второй колонны необходимо вносить поправки учета погрешности, которые устанавливаются не всегда корректно.

Известны способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах и электромагнитный скважинный дефектоскоп (Пат. РФ №2507393, приор. 31.08.2012 г., опубл. 20.02.2014 г.).

Известный способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах включает измерение ЭДС самоиндукции, наведенной в катушке вихревыми токами, возбуждаемыми в исследуемых металлических барьерах процессом спада электромагнитного поля, вызванного импульсами тока намагничивания катушки. На каждую из приемно-генераторных катушек в отдельности подают серию импульсов фиксированной длительности из диапазона 0,1-1000 мс, намагничивая последовательно все металлические барьеры, начиная с ближайшего, причем длительность импульсов возрастает для каждого последующего металлического барьера. Полученные данные сохраняют и обрабатывают путем сравнения с модельными данными, по результатам обработки судят о наличии дефекта в металлических барьерах.

Электромагнитный скважинный дефектоскоп содержит корпус, катушки, расположенные вдоль оси устройства, магнитная ось которых совпадает с осью устройства, блок электроники, по меньшей мере, две приемно-генераторные катушки, каждая из которых состоит из генераторной и приемной катушек с единым сердечником. Причем приемно-генераторные катушки выполнены разного размера, разнесены друг от друга на оси устройства на расстояние не меньше длины большей приемно-генераторной катушки.

Недостаток известного способа измерения заключается в том, что при последовательном намагничивании каждой магнитной металлической трубы, начиная с ближайшей, при дальнейшем измерении ЭДС влияние электромагнитных и геометрических параметров первой трубы будет искажать результаты измерений в последующих трубах, что при окончательной обработки вызывает необходимость вычитать это влияние.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений за счет исключения влияния электромагнитных и геометрических параметров ближней магнитной металлической трубы на результаты измерений на поздних временах в последующих трубах.

Указанная задача решается тем, что в способе электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах, включающим возбуждение нестационарного электромагнитного поля импульсами тока в генераторных катушках разной длины и измерение ЭДС, наведенной в приемных катушках вихревыми токами, протекающими в исследуемых металлических магнитных трубах, в отличие от известного, одновременно возбуждают импульсом тока длительностью Т все генераторные катушки, а затем их последовательно с интервалом T_i отключают от генератора, начиная с короткой генераторной катушки, и последовательно каждой измерительной катушкой, соответствующей отключенной генераторной катушке, измеряют ЭДС (Е) как функцию времени E(t_j,), причем сигнал с самой последней, длинной измерительной катушки регистрируют как постоянную спада - τ=[E(t_j+1)-E(t_j)]:[(t_j+1-t_j,)E(t_j,)]. При этом длительность Т выбирают по зависимости Т=а h,

где Т - длительность импульса тока, с,

T_i - интервал отключения тока, с,

t_j - шаг интервала измерения ЭДС в интервале T_i, с,

τ - постоянная спада, 1/с,

Е - измеряемая ЭДС, мВ,

а - коэффициент пропорциональности, с/мм,

h - общая толщина колонн, мм.

На фиг. 1 показан пример регистрации ЭДС в двухколонной модели по патенту №2507393.

На фиг. 2 представлен пример регистрации постоянной спада τ для двухколонной модели при реализации предложенного способа.

На фиг. 3 представлена конструкция электромагнитного дефектоскопа с двумя генераторно-приемными катушками, установленными на едином сердечнике.

Реализация заявляемого способа может быть осуществлена электромагнитным скважинным дефектоскопом, выбранным для примера, с двумя приемно-генераторными зондами разной длины с единым сердечником и представленным на фиг. 3. Дефектоскоп содержит два зонда: короткий 1 и длинный 2, каждый из которых состоит из генераторной 3 и 4 и приемной катушек 5 и 6 с единым сердечником 7. Дефектоскоп спущен в скважину с двумя магнитными трубами 8 и 9.

(Методическое руководство по проведению магнитоимпульсной дефектоскопии-толщинометрии в газовых и нефтяных скважинах аппаратурой МИД-ГАЗПРОМ и обработке результатов измерений. - М.: ВНИИгеосистем, 2011», с. 36 и Отчет ВНИИГИС Гос. регистр. №1.890.0008548, 1990 г. с. 39, в которых представлены приемная и генераторные катушки с общим сердечником).

Метод магнитоимпульсной электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии основан на исследовании пространственного распределения в колонне труб затухающих во времени вихревых токов, наводящих электродвижущую силу (ЭДС) в измерительной катушке индуктивности после прохождения импульса тока намагничивания в генераторной катушке. Сигнал, наведенный в колонне труб, можно определить согласно статье: Эпов М.И., Морозова Г.М., Антонова Е.Ю. «Определение параметров ферромагнитного проводящего цилиндрического слоя по данным метода становления поля» // Геология и геофизика. Т. 45, 2005, с. 1358 и статье Потапов А.П., Кнеллер Л.Е., «Численное решение прямой и обратной задачи импульсной электромагнитной толщинометрии обсадных колонн в скважинах» // Геология и геофизика, №8, т. 42, 2001, стр. 1279.

При реализации способа по пат. РФ №2507393 на каждую из приемно-генераторных катушек в отдельности подают серию импульсов фиксированной длительности из диапазона 0,1-1000 мс, намагничивая последовательно все металлические барьеры, начиная с ближайшего, причем длительность импульсов возрастает для каждого последующего металлического барьера. При дальнейшей обработке данных производят вычитание влияния первой колонны из результатов, полученных по второй колонне.

На фиг. 1, где показан пример регистрации ЭДС в двухколонной скважине по патенту РФ №2507393, видно, что кривые I, II и III соответствуют сигналам от первой колонны разной толщины, которые в конечном итоге будут учитываться при измерении во второй колонне.

В отличие от известного, в заявляемом способе подают импульсы тока намагничивания с одинаковой длительностью Т одновременно на все обмотки 3 и 4 генераторных катушек, при этом длительность импульсов рассчитывают в зависимости от общей толщины колонн по формуле Т=а h, где коэффициент «а» устанавливается экспериментальным путем. Затем, последовательно, начиная с самой короткой приемно-генераторной катушки 3, отключают эти катушки от генератора с последовательным интервалом T_i, который выбирают в зависимости от известной из паспортных данных толщины h_i каждой колонны на скважине. Данная зависимость заранее устанавливается экспериментальным путем.

При этом последовательно, начиная с короткой, соответственно, отключенной генераторной катушки, каждой приемной катушкой 5 и 6 измеряют величину ЭДС как функцию времени E(t_j,).

При этом инверсия кривых ЭДС - E(t_j,). при изменении магнитной проницаемости на ранних временах позволяет разделять аномалии на каротажных кривых, связанных с изменением магнитных свойств и изменением толщины труб (колонн).

На основе математического моделирования, подтвержденного экспериментальным путем, установлено, что изменение ЭДС на поздних временах зависит от геометрических характеристик исследуемых труб, в то время как на ранних временах изменение ЭДС прямо пропорционально общей электропроводности среды.

Сигнал с самой длинной приемной катушки 6 регистрируют как постоянную спада на поздних временах, рассчитываемую из выражения: τ=[E(t_j+1)-E(t_j)]:[(t_j+1-t_j,)E(t_j,)], выведенного экспериментально на основе математического моделирования.

Таким образом, на каротажных диаграммах в многоколонных скважинах изменения E(t_j,) на фоне изменения параметров последующей колонны будут видны изменения параметров предыдущей колонны. Если представить каротажную кривую в виде постоянной спада из выражения τ=[E(t_j+1)-E(t_j)]:[(t_j+1-t_j,)E(t_j,)], то на поздних временах она будет характеризовать только изменения параметров последней колонны. Такой подход позволяет надежно разделять сигналы от нескольких колонн.

На фиг. 3 показаны кривые регистрации ЭДС в многоколонной скважине согласно заявляемому способу, где обозначены сигналы E(t_j,) на ранних временах, соответствующие участкам разной толщины первой колонны, и ЭДС (кривая IV) - как постоянная спада на поздних временах, после 40 мс, рассчитываемая из выражения: τ=[E(t_j+1)-E(t_j)]:[(t_j+1-t_j,)E(t_j,)], измеренная второй (длинной) катушкой.

Фиг. 3 поясняет, что на поздних временах на показания длинной катушки не оказывают влияние изменения геометрии первой колонны.

В программу управления процессом исследования дефектоскопом заложен алгоритм расчета момента времени t_i, который зависит от общего количества исследуемых труб в скважине.

Способ электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии в многоколонных скважинах, включающий возбуждение нестационарного электромагнитного поля импульсами тока в генераторных катушках разной длины и измерение ЭДС, наведенной в приемных катушках вихревыми токами, протекающими в исследуемых металлических магнитных трубах, отличающийся тем, что возбуждают импульсом тока длительностью Т одновременно все генераторные катушки, а затем их последовательно с интервалом T_i отключают от генератора, начиная с короткой генераторной катушки, и последовательно каждой измерительной катушкой, соответствующей отключенной генераторной катушке, измеряют ЭДС (Е) как функцию времени E(t_j,), причем сигнал с самой последней, длинной измерительной катушки регистрируют как постоянную спада - τ=[E(t_j+1)-Е(t_j)]:[(t_j+1-t_j,)Е(t_j,)], при этом длительность Т выбирают по зависимости Т=а h,

где Т - длительность импульса тока, с,

T_i - интервал отключения тока, с,

t_j - шаг интервала измерения ЭДС в интервале T_i, с,

τ - постоянная спада, 1/с,

Е - измеряемая ЭДС, мВ,

а - коэффициент пропорциональности, с/мм,

h - общая толщина колонн, мм.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к системе неразрушающего контроля пути. Во время движения следяще-стабилизирующего устройства создают переменное поперечное магнитное поле попарно размещенными постоянными магнитами с обращенными в противоположные стороны полюсами, переменное магнитное поле которых при перемещении вдоль рельса и пересечении поперечным магнитным полем рельса, возбуждает в нем вихревые токи, создающие магнитные поля, направленные навстречу друг другу, и результирующее магнитное поле, не зависящее от скорости движения.

Способ магнитной дефектоскопии и устройство для его осуществления // 2634366

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления дефектов в трубопроводах из ферромагнитных материалов. Способ магнитной дефектоскопии стальных трубопроводов со стороны внутренней поверхности, заключающийся в том, что перемещают вдоль внутренней поверхности трубопровода двухполюсную систему намагничивания, обеспечивающую осевое намагничивание до технического насыщения участка трубопровода между ее полюсами, регистрируют с помощью магниточувствительных элементов сигналы, пропорциональные индукции магнитных потоков рассеяния над внутренней поверхностью трубопровода, и по совокупности полученных сигналов судят о наличии и параметрах дефектов сплошности металла в стенке трубопровода, при этом одновременно с помощью двух дополнительных двухполюсных систем намагничивания намагничивают в осевых направлениях, встречных к направлениям намагничивания основной системой намагничивания, два участка трубопровода, расположенные с осевым зазором с разных сторон относительно участка, намагничиваемого основной системой намагничивания.

Способ диагностического контроля технических параметров подземного трубопровода // 2633018

Способ относится к бесконтактной магнитометрической диагностике. Способ включает возбуждение переменного магнитного поля в зоне трубопровода, измерение над и вблизи трубопровода индукции переменного магнитного поля, создаваемой током в трубопроводе, измерение расстояния от датчиков до проекции оси трубопровода на дневную поверхность, индицирование величины и направления удаления датчиков от проекции оси трубопровода, на основании чего оператор корректирует путь перемещения вдоль трубопровода, определение углов поворота датчиков поля вокруг горизонтальных и вертикальной осей, получение матрицы поправок, связанных с углами поворота датчиков и их расстоянием относительно оси трубопровода, внесение поправок в матрицы компонент поля и их разностей.

Устройство для контроля остаточных механических напряжений в деформированных ферромагнитных сталях // 2631236

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов, технической диагностике, предназначено для определения остаточных механических напряжений в деформированных ферромагнитных сталях и может применяться в лабораторных, цеховых и полевых условиях.

Способ диагностики технического состояния подземных трубопроводов // 2630856

Изобретение относится к области бесконтактной внутритрубной диагностики технического состояния подземных ферромагнитных нефтяных и газовых труб. Сущность изобретения заключается в том, что способ диагностики технического состояния подземного трубопровода основан на измерении 36 сумм компонент поля и 36 градиентов постоянного магнитного поля, используя 8 трехкомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, расположенных в вершинах куба околотрубного пространства, с использованием системы не менее чем из четырех преобразователей магнитной индукции, каждый из которых состоит из двух трехкомпонентных соосных датчиков постоянного поля с осевой симметрией.

Дистанционный способ раннего обнаружения повреждений металлических конструкций из алюминиевых сплавов // 2624995

Использование: для бесконтактного электромагнитного неразрушающего контроля листовых алюминиевых сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает установку плоского емкостного датчика вблизи потенциально опасного участка поверхности (концентратора напряжения) металла, деформирование его путем приложения внешнего усилия с помощью нагружающего устройства, формирование сигнала ЭМИ в результате развития механической неустойчивости в виде распространяющихся деформационных полос, преобразование сигнала ЭМИ с помощью емкостного датчика ЭМИ и его регистрацию, в качестве источника ЭМИ используется электрически активная окисная пленка Аl2O3 на поверхности алюминиевого сплава, при этом сигнал ЭМИ возникает при смещении двойного электрического слоя, связанного с окисной пленкой относительно неподвижного датчика ЭМИ в ходе зарождения и распространения полосы локализованной пластической деформации в виде бегающей шейки или в ходе распространения трещины.

Устройство диагностики дефектов в сооружениях из трубных сталей // 2620327

Изобретение относится к устройствам для выявления и характеристики дефектов и зон концентрации напряжений в инженерных сооружениях из стальных трубных сталей, включая резьбовые трубы нефтегазового сортамента, используемые при бурении и извлечении нефтепродуктов.

Дифференциальный датчик, система контроля и способ выявления отклонений от нормы в электропроводных материалах // 2606695

Изобретение относится к неразрушающему выявлению отклонений от нормы в электропроводных материалах. Сущность изобретения заключается в том, что дифференциальный датчик для выявления отклонений от нормы в электропроводных материалах содержит постоянный магнит; первую катушку с одной или более первыми обмотками, навитыми вокруг постоянного магнита и определяющими первую ось катушек, и вторую катушку с одной или более вторыми обмотками, навитыми вокруг постоянного магнита и определяющими вторую ось катушек, идущей поперечно первой оси катушек.

Способ и устройство для определения состояния и остающегося срока службы труб риформера из аустенитной стали и т.п. // 2602731

Использование: для неразрушающего контроля труб риформера из аустенитной стали. Сущность изобретения заключается в том, что способ испытания трубы риформера из аустенитной стали, содержащий этапы, на которых: обеспечивают образец трубы риформера из аустенитной стали, которая должна быть проверена; выбирают одно или более мест испытания на упомянутой трубе риформера из аустенитной стали; передают два синусоидальных электромагнитных сигнала, имеющих различные частоты F1 и F2, в место испытания на трубе риформера из аустенитной стали; принимают ответный сигнал из упомянутого места испытания; и анализируют основную частоту и частоты интермодуляции упомянутого принятого ответного сигнала, чтобы определить состояние трубы риформера из аустенитной стали в упомянутом месте испытания.

Устройство для сканирования контролируемых объектов // 2597147

Изобретение относится к средствам механизации и автоматизации технологических операций при проведении неразрушающего контроля объектов промышленного производства или транспорта, например сварных швов ЖД цистерн и их креплений (хомутов).

Эталон для калибровки оптических приборов // 2626194

Использование: для определения перемещений и линейных размеров объектов в нанометровом диапазоне и для калибровки конфокальных микроскопов и оптических интерферометров.

Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения // 2619822

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации.

Многоканальный измерительный преобразователь на несущей частоте с встроенным цифровым синхронным детектором // 2618727

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для весовых измерений в части измерений сигналов с первичных преобразователей силы (тензодатчиков).

Гибкое устройство отображения и способ обеспечения обратной связи для него // 2617385

Изобретение относится к гибкому устройству отображения. Технический результат – обеспечение обратной связи с предупреждением о степени изгиба для исключения повреждения гибкого устройства.

Устройство для измерения деформации твердых тел // 2612731

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения деформации опор, находящихся под нагрузкой и может быть использовано для измерения и контроля деформации опорных элементов, предназначенных для магистральных газопроводов.

Тензопреобразователь // 2611894

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительной деформации. Сущность: тензопреобразователь содержит гибкую диэлектрическую подложку и, по крайней мере, четыре тензорезистора с токоподводящими дорожками, размещенных на одной стороне подложки с образованием сторон, по крайней мере, одного прямоугольника.

Способ исследования деформаций и напряжений с помощью газоанализатора // 2609185

Использование: для исследования деформаций и напряжений в конструкциях опасных производственных объектов газо-, нефтехимической промышленности. Сущность: заключается в том, что наносят на поверхность детали хрупкое тензочувствительное пористое покрытие с фреоном, осуществляют отверждение покрытия, нагружение конструкции и определяют зону высвобождения газа фреона из пористого покрытия (лопаются пузырьки), используя газоанализатор, при этом в качестве хрупкого тензочувствительного пористого покрытия используют покрытие, выполненное из смеси, содержащей эпоксидную смолу, отвердитель ПЭП, газ фреон R-22 при следующем соотношении компонентов, мас.

Способ закрепления датчика измерения перемещения и деформации на объекте // 2606517

Изобретение относится к измерению деформаций и может быть использовано при испытаниях изделий из хрупких материалов, например керамических обтекателей. Сущность: датчик измерения перемещения и деформации крепится жестким клеем на сухой поверхности односторонней липкой ленты с жесткой основой, закрепленной на поверхности исследуемой конструкции, при этом площадь липкой ленты выбирают из условия: Fe<<S1⋅τ1≤S2⋅τ2<S2⋅τ3, где Fe - максимальное значение силы реакции упругого элемента датчика измерения перемещения и деформации; S1 - площадь приклеивания датчика измерения перемещения и деформации; τ1 - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки жесткой основы липкой ленты с датчиком измерения перемещения и деформации; τ2 - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки липкой ленты с поверхностью объекта; τ3 - величина предельных сдвиговых напряжений, при которых происходит механическое разрушение поверхности объекта, например влагозащитного покрытия (ВЗП), или сколы на поверхности объекта и др., где τ2<τ3; S2 - площадь приклейки липкой ленты к поверхности объекта.

Тензометрический датчик и система определения пространственного положения таких датчиков // 2596064

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к конструкции тензометрического датчика, системе определения его пространственного положения, способу определения его пространственного положения и измерительной системе с использованием тензометрического датчика.

Способ измерений и долговременного контроля конструкции стартового сооружения ракет-носителей и система для его осуществления // 2591734

Заявленные изобретения относятся к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного мониторинга состояния конструкции стартового сооружения в процессе его эксплуатации.

Уменьшение трения и износа скважинных труб при использовании графена // 2635701

Группа изобретений относится к способу и системе для уменьшения трения бурового оборудования, размещаемого в буровой скважине. Указанный способ включает: обеспечение наружного трубчатого элемента, имеющего ствол с внутренней поверхностью; нанесение первого слоя смазочного материала по меньшей мере на часть внутренней поверхности наружного трубчатого элемента; размещение наружного трубчатого элемента по меньшей мере в части буровой скважины; обеспечение бурового снаряда, содержащего внутренний элемент, имеющий наружную поверхность и центральную продольную ось, совмещенную с центральной продольной осью наружного элемента; нанесение второго слоя смазочного материала по меньшей мере на часть наружной поверхности внутреннего элемента; вставку внутреннего элемента в ствол наружного трубчатого элемента; обеспечение протекания бурового раствора через ствол бурового снаряда; поворот внутреннего элемента по отношению к наружному элементу; измерение показателя механического износа и/или трения между наружным элементом и внутренним элементом; определение того, превышает ли измеренный показатель заранее заданный пороговый уровень; и запуск последующей операции в ответ на определение того, что измеренный показатель превышает заранее заданный пороговый уровень.