Магнитный локатор дефектов и повреждений труб

Магнитный локатор дефектов и повреждений труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть применено при проведении геофизических исследований по определению местоположения муфтовых соединений обсадных колонн и насосно-компрессорных труб, интервалов перфорации и повреждений труб.

Известен магнитный локатор, содержащий герметичный неферромагнитный корпус, два постоянных магнита цилиндрической формы с ферромагнитными полюсными наконечниками на краях и катушкой индуктивности, расположенной между двух одноименных полюсов (1) (Патент США № 2897440, кл. 324-37, 1955 г.).

Постоянные магниты создают в катушке индуктивности и вокруг нее магнитное поле, при любом изменении которого возникает э.д.с. индукции - е, величина которой (в первом приближении) пропорциональна:

- магнитному потоку - Ф,

- скорости изменения его во времени - dФ/dt (или скорости движения локаторов вдоль оси труб);

- числу витков катушки индуктивности - w.

Величина магнитного потока, в свою очередь, зависит от магнитного сопротивления труб - R_м, которое уменьшается при увеличении:

- магнитной проницаемости металла μ;

- толщины труб (например, в зоне замковых и муфтовых соединений)

и увеличивается при:

- потере металла (например, за счет коррозии);

- появлении дефектов и повреждений, препятствующих протеканию магнитного потока (например, при перфорации обсадных колонн).

Кроме того, ферромагнитные трубы всегда имеют пятнистость структуры металла и собственную намагниченность, которая произвольным образом изменяется в осевом направлении как по величине, так и по направлению.

Приведенные соображения позволяют сделать обоснованный вывод о том, что э.д.с. индукции - е, зависит от многих факторов, что приводит к появлению электромагнитных помех, затрудняющих выделение на их фоне полезных сигналов от небольших дефектов труб.

Поэтому с помощью подобных магнитных локаторов уверенно выделяются только обрывы труб (1) - (Earth well casing discontinuity detector), муфтовые (2)(Пустовойтенко И.П. Аварии в бурении. - М.: Недра, 1965, с.220-222) и замковые соединения, а также крупные повреждения обсадных труб и насосно-компрессорных труб, приводящие к существенному изменению магнитного сопротивления и магнитного потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому скважинному локатору дефектов и повреждений труб является скважинный магнитный локатор дефектов и повреждений труб, содержащий герметичный неферромагнитный корпус, внутри которого установлен магнитопровод, выполненный в виде цилиндра с двумя кольцевыми пазами на наружной поверхности, в которых размещены две измерительные катушки, и два постоянных магнита кольцевой формы, внутренняя поверхность которых одноименными полюсами контактирует с внешней цилиндрической поверхностью магнитопровода, а внешняя поверхность - с внутренней поверхностью кольцевых полюсных наконечников, причем постоянные магниты полюсами расположены перпендикулярно продольной оси магнитопровода (локатора) (3) (А.с. SU № 1263824, кл. Е21В 47/00, опубл. 1986 г.).

Основным недостатком данного локатора дефектов является значительный фон помех, т.к. при его движении внутри бездефектных труб в измерительных катушках наводятся э.д.с., обусловленные пятнистостью структуры металла и их аномальной намагниченностью, причем и пятнистость структуры металла, и аномальная намагниченность труб приводят к локальным изменениям конфигурации суммарного магнитного поля, создаваемого в зоне контроля как постоянными магнитами, так и указанными факторами. Таким образом, продольная неоднородность суммарного магнитного поля внутри бездефектных труб направлена перпендикулярно плоскости витков катушек и вызывает в них появление ложных сигналов, на фоне которых трудно выделить сигналы от дефектов. Поэтому указанный локатор может быть эффективно использован только для выделения крупных дефектов труб, когда сигналы от дефектов значительно превышают фон помех.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности выделения малых повреждений труб и интервалов перфорации обсадных колонн за счет повышения его помехозащищенности (снижения фона помех).

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в магнитном локаторе дефектов и повреждений труб, содержащем неферромагнитный корпус, внутри которого установлен магнитопровод цилиндрической формы с двумя кольцевыми пазами на наружной поверхности, в которых размещены две измерительные катушки, два постоянных магнита, примыкающих одноименными полюсами к магнитопроводу и полюсным наконечникам, согласно изобретению на внешней поверхности полюсных наконечников дополнительно установлены измерительные катушки седлообразной формы.

На Фиг.1 схематически показан заявляемый магнитный локатор.

На Фиг.2 схематически показана развертка катушек седлообразной формы.

Магнитный локатор дефектов и повреждений труб содержит герметичный неферромагнитный корпус 1, внутри которого установлен цилиндрический магнитопровод 2 с кольцевыми пазами 3 и измерительными катушками 4, постоянные магниты 5, примыкающие одноименными полюсами к магнитопроводу 2 и полюсным наконечникам 6, на наружных поверхностях которых установлены катушки седлообразной формы 7 таким образом, что их витки огибают цилиндрическую поверхность полюсных наконечников 6.

Магнитный локатор работает следующим образом.

При перемещении локатора внутри исследуемых труб на каротажном кабеле 8 в седлообразных измерительных катушках 7, установленных на наружных поверхностях цилиндрических полюсных наконечников 6, индуцируются э.д.с., пропорциональные магнитным потокам, направленным перпендикулярно к поверхности их витков, т.е. радиально.

Поэтому с помощью измерительных катушек 7 преимущественно регистрируется локальное «выпучивание» магнитных силовых линий на границах дефектов исследуемых труб.

В то же время в измерительных катушках 4 преимущественно индуцируются э.д.с., пропорциональные суммарному магнитному потоку, распространяющемуся в направлении, перпендикулярном плоскости их витков.

Допустим, что постоянные магниты 5 отсутствуют (их магнитные потоки равны нулю). Тогда э.д.с., индуцируемая в катушках 4 при движении локатора, будет обусловлена только аномальной намагниченностью ферромагнитных труб и пятнистостью структуры металла (влиянием магнитного поля земли пренебрегаем). При тех же условиях э.д.с., индуцируемая в катушках 7, будет равна нулю.

Таким образом, одновременная регистрация магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости витков катушек 4 и его радиальных составляющих (с помощью катушек 7), позволяет получить разные сигналы как от помех, так и от дефектов труб, т.е. решить поставленную задачу (на основе определения суммарно-разностных параметров).

Магнитный локатор дефектов и повреждений труб, содержащий неферромагнитный корпус, внутри которого установлен магнитопровод цилиндрической формы с двумя кольцевыми пазами на наружной поверхности, в которых размещены две измерительные катушки, два постоянных магнита, примыкающих одноименными полюсами к магнитопроводу и полюсным наконечникам, отличающийся тем, что на внешней поверхности полюсных наконечников дополнительно установлены измерительные катушки седлообразной формы.