Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и может быть использована для электромагнитной дефектоскопии многоколонных металлических труб, спущенных в скважину, а также для одновременного измерения толщины стенок отдельной трубы. Решаемая задача заключается в повышении точности определения толщины стенки колонны и измерения дефектов малых размеров за счет уменьшения индуктивности системы и снижения времени собственного переходного процесса затухания магнитного поля. В скважинном электромагнитном дефектоскопе-толщиномере, содержащем генераторную систему, включающую катушку индуктивности (катушка), биполярный генератор с устройством управления, измерительную систему, включающую усилитель сигнала, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, кодирующее устройство, катушка снабжена коммутатором, управляемым микропроцессором и установленным с возможностью поочередного подключения катушки к генераторной системе или к измерительной системе, при этом коммутатор одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление с биполярным генератором, а другим выходом соединен через шунтирующее сопротивление с усилителем измерительной системы.

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и может быть использована для электромагнитной дефектоскопии многоколонных металлических труб, спущенных в скважину, а также для одновременного измерения толщины стенок отдельной трубы.

Известен способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах, заключающийся в измерении ЭДС, наведенной в измерительной катушке вихревыми токами, возбуждаемыми в стальных обсадных или насосно-компрессорных трубах процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующим импульсом тока намагничивания в генераторной катушке, при этом для возбуждения генераторной катушки используют чередование импульсов тока различной длительности в диапазоне от 10 до 200 мс через каждые 200 мс. Выбор диапазонов позволяет производить диагностику труб малого или большого диаметра с одновременным вычислением толщины стенок каждой из труб (пат. РФ 2364719, E21B 47/08, G01N 27/90, приор. 14.11.2007, публ. 20.08.2009).

Известно устройство для электромагнитной дефектоскопии колонны обсадных металлических труб, в котором для возбуждения генераторной катушки используют чередование импульсов тока.

Известное устройство содержит генераторную систему с генераторными катушками индуктивности, двухполярным генератором и таймером, измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и предусилителем, скважинный усилитель, соединенный с узлом передачи сигнала по кабелю, на выходах которого расположены наземный усилитель и устройство управления, соединенные со стробирующим устройством, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистратор, соединенные между собой, которое дополнительно содержит автоматический переключатель коэффициента усиления, вход которого подключен к выходам измерительной системы и таймера, а выход соединен с входом скважинного усилителя, и интегратор, состоящий из набора резисторов, коммутирующих электронных ключей, операционного усилителя и конденсатора с ключом сброса напряжения. Выход стробирующего устройства подключен к входу набора резисторов, коммутируемых электронными ключами, которые подсоединены к первому выходу устройства управления, второй выход которого соединен с входом ключей сброса напряжения, в цепь обратной связи операционного усилителя, соединенного с набором резисторов, подключены конденсатор и ключ сброса напряжения, выход операционного усилителя соединен с входом устройства выборки и хранения (пат. РФ 2074314, приор. 22.03.96, публ. 27.02.97).

Недостаток известного устройства заключается в следующем.

Поскольку здесь используются несколько генераторных и измерительных катушек, то при работе возникает повышенная индуктивность системы из-за большого количества витков нескольких катушек, В результате чего происходит увеличение времени собственного переходного процесса затухания магнитного поля, что снижает точность определения толщины стенки колонны и измерения дефектов малых размеров.

Задачей полезной модели является повышение точности определения толщины стенки колонны и измерения дефектов малых размеров за счет уменьшения индуктивности системы и снижения времени собственного переходного процесса затухания магнитного поля, что позволяет обеспечить регистрацию ЭДС токов колонны на ранних временах (1-5 мс).

Поставленная цель достигается тем, что в скважинном электромагнитном дефектоскопе-толщиномере, содержащем генераторную систему, включающую катушку индуктивности (катушка), биполярный генератор с устройством управления, измерительную систему, включающую усилитель сигнала, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, кодирующее устройство, катушка снабжена коммутатором, управляемым микропроцессором и установленным с возможностью поочередного подключения катушки к генераторной системе или к измерительной системе, при этом коммутатор одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление с биполярным генератором, а другим выходом соединен через шунтирующее сопротивление с усилителем измерительной системы. Кроме того, указанный усилитель состоит из четырех каскадов усиления, выходы которых подключены к автоматическому переключателю коэффициента усиления, выход которого соединен с устройством выборки и хранения сигнала, а вход - с микропроцессором.

На фигуре представлена структурная схема заявленного устройства.

Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер содержит катушку индуктивности 1 (катушка), которая снабжена коммутатором 2, своим входом соединенным с микропроцессором (12). При этом коммутатор 2 одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление 3 с биполярным генератором 4 (генератор), а другим выходом - через шунтирующее сопротивление 5 с измерительной системой, содержащей усилитель сигнала, состоящий из четырех каскадов усиления 6, 7, 8, 9, выходы которых подключены к автоматическому переключателю коэффициента усиления 10, выход которого соединен с устройством выборки и хранения сигнала 11, а вход - с микропроцессором 12, первый выход которого соединен с устройством управления 13 биполярным генератором 4, второй выход - с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 14, третий выход - с автоматическим переключателем коэффициента усиления 10, а четвертый выход - с кодирующим устройством 15, подключенным к узлу передачи сигнала по кабелю 16, передающему сигналы на наземный регистратор 17.

Устройство работает следующим образом.

Известные методы скважинной электромагнитной дефектоскопии металлических труб, например расположенных в скважине (стальных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб), предусматривают зондирование с помощью биполярного генератора, который вырабатывает чередующиеся паузами импульсы тока, которые пропускаются по генераторной катушке индуктивности, переменное электромагнитное поле которой возбуждает в окружающих стальных трубах вихревые токи, магнитное поле которых регистрируется измерительной катушкой.

Регистрация измерительной катушкой происходит в момент, когда наступает пауза между зондирующими импульсами пропускаемого по генераторной катушке индуктивности тока.

Такое чередование подачи тока и измерения во время паузы зондирующими импульсами позволило в заявленном техническом решении использовать индуктивную катушку в качестве измерительной катушки путем подключения к катушке 1 коммутатора 2, обеспечивающего поочередное подсоединение катушки к генераторной системе или к измерительной системе.

Коммутатор 2 представляет собой электронное устройство, управляемое микропроцессором 12, вырабатывающим импульсы управления ключами коммутатора, которые в заданное время подключают катушку 1 к генераторной системе, а в момент выключения зондирующего импульса -к измерительной системе.

По команде микропроцессора 12 ключ коммутатора 2 соединяет катушку 1 через шунтирующее сопротивление 3 с генератором 4. В это время катушка 1 выполняет роль генераторной катушки индуктивности, создающей излучение зондирующего импульса, возбуждающего переменное электромагнитное поле в исследуемых стальных трубах.

При наступлении паузы излучения зондирующего импульса ключ коммутатора 2 отсоединяет катушку 1 от генератора 4 и соединяет ее с измерительной системой через шунтирующее сопротивление 5 с усилителем сигнала 6, 7, 8, 9. Далее усиленный сигнал подается на автоматический переключатель коэффициента усиления 10, передающий данные в устройство выборки и хранения 11. Далее сигнал передается по цепи: АЦП 14 и кодирующее устройство 15, подключенное к узлу передачи сигнала по кабелю 16, передающему сигналы на наземный регистратор 17.

Таким образом, катушка 1 становится измерительной и воспринимает изменение магнитного поля в исследуемой трубе.

Использование одной катушки уменьшает собственный процесс индуктивной катушки до 1 мс (происходит уменьшение индуктивности устройства), что позволяет производить измерения на более ранних сроках изменения магнитного поля и повысить точность измерения, например, повысить точность измерения толщины стенки трубы первой колонны до 0,3 мм, а толщины стенки второй колонны - до 1 мм.

1. Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер, содержащий генераторную систему, включающую катушку индуктивности (катушка), биполярный генератор с устройством управления, измерительную систему, включающую усилитель сигнала, устройство выборки и хранения сигнала, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, кодирующее устройство, отличающийся тем, что катушка снабжена коммутатором, управляемым микропроцессором и установленным с возможностью поочередного подключения катушки к генераторной системе или к измерительной системе, при этом коммутатор одним выходом соединен через шунтирующее сопротивление с биполярным генератором, а другим выходом - через шунтирующее сопротивление с усилителем сигнала измерительной системы.

2. Скважинный электромагнитный дефектоскоп-толщиномер по п.1, отличающийся тем, что указанный усилитель состоит из четырех каскадов усиления, выходы которых подключены к автоматическому переключателю коэффициента усиления, выход которого соединен с устройством выборки и хранения сигнала, а вход - с микропроцессором.