專利名稱：多功能井下電磁探傷儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種井況測量儀器，具體涉及一種多功能井下電磁探傷儀。
背景技術：
電磁法檢測是利用套管在電磁作用下呈現(xiàn)出來的電學和磁學性質，根據(jù)電磁感應原理來檢測井下套管的技術狀況。電磁法檢測可確定套管的厚度、裂縫、變形、錯斷、內外壁腐蝕及射孔質量。電磁檢測儀是一種無損、非接觸式的儀器，它不受井內液體、套管積垢、結蠟及井壁附著物的影響，測量精度較高。同時，電磁檢測儀可以檢測到套管外層管柱的缺陷。由于電磁法檢測有其獨特的優(yōu)點，因此成為目前最廣泛應用的套管損壞檢測技術之一。
國內外利用電磁法對套管進行檢測的儀器較多，總體上分為兩類， 一類儀器測量磁通量，如斯倫貝謝的管子分析儀(PAT)、阿特拉斯公司的垂直測井儀(Vertilog);另一類儀器測量電磁波的相位移，如斯倫貝謝公司的電磁波厚度儀(ET1I)、阿特拉斯公司的磁測井儀(Magnelog)、哈里伯頓公司的電磁波腐蝕測井儀。 磁通量的測量測量磁通量的儀器是通過漏磁通量與渦流的測量來對套管進行檢測。在進行漏磁通測量時，儀器產生連續(xù)的磁通量在套管內流動。如果套管完好無損，套管內的磁通量路徑與管壁平行。當套管發(fā)生腐蝕、損壞時，套管內的磁通量發(fā)生變化，使儀器上與套管接觸的滑瓦上的線圈產生感應電動勢。線圈輸出感應電動勢的大小與磁通量的變化成正比，而磁通量的變化取決于磁場中金屬的增加和損失，因此可以通過線圈輸出的感生電動勢確定套管的金屬損失。而在進行渦流測量時，渦流線圈與套管平行放置，給渦流發(fā)射線圈供高頻交流電，從而產生交交的磁場，在套管上感應出渦流，這種感應電流產生一個補償磁場，最終的磁場強度信號由接收線圈探測，套管內表面的缺陷阻止形成循環(huán)電流，因而對這個感應磁場的分布具有很大的影響。傳感線圈中的電流差值的變化是套管表面質量的測量值，與無損套管壁感應磁場的正常分量相比，套管內壁損壞使感應磁場的正常分量發(fā)生變化，表現(xiàn)為接收線圈中感應電流的差值變化。漏磁通測量可檢測出套管內外壁損壞，而渦流測量可檢測出套管內壁的損壞，兩者相結合可確定套管損壞的位置，即是內表面還是外表面。 電磁波相位移的測量。測量電磁波相位移的儀器測量其交變磁場產生的與套管鋼有關的相位移或衰減。該儀器以在空氣中的讀數(shù)作為基準。而在一定的頻率下，在整個測量范圍內，相位移與套管的平均厚度成線性關系。相位移取決于磁導率，隨時間、電導率、套管內徑和套管壁厚而變化。 一般來講，在顯示壁厚變化時，它比衰減更常用。但是上述測量及其解析對所穿過的介質的電磁特性很敏感，采集的數(shù)據(jù)被認為是定性的，對不同套管的測量需要進行刻度。兩次測量的相對金屬損失可用記錄的相位移表達。
該類儀器中，部分儀器提供套管厚度估計值，以幫助探測金屬表面沉積或金屬損失。如斯倫貝謝公司的多頻電磁波測厚儀(METT)，該儀器以三種不同的頻率工作，高頻測量不受鋼管厚度的影響，只與套管內徑發(fā)生聯(lián)系；中頻測量依金屬的內徑、電導率和磁導率而定；低頻測量對應常規(guī)儀器的測量，依據(jù)上述兩種參數(shù)和鋼的厚度而定。
對于上述兩類儀器，發(fā)射的都是正弦波，由于正弦波的周期性，使接收的感應電動勢也發(fā)生周期性的變化，不能區(qū)分內外管柱對感應電動勢的影響，在多層管柱結構中測井時，儀器對外層管柱的壁厚和損壞雖然有顯示，但不能給出理想的解釋結果，因此只能在單層管柱結構下進行工作。針對這種檢測方法的局限性，本發(fā)明用瞬變電磁法(又稱時間域電磁法)來對套管進行檢測。瞬變電磁法利用不接地回線通以脈沖電流而在套管內建立起一次脈沖磁場，在一次磁場間隙期間，利用探測線圈觀測二次渦流場，該二次渦流場中包含了豐富的套管信息，通過對實測的二次渦流場曲線(或瞬變電磁曲線)來反演套管的電磁特性和厚度變化。如俄羅斯的MID-K可透過內層鋼管探測外層鋼管的壁厚和損壞，但是橫向探測器管壁覆蓋小于180° ，導致油管等金屬管柱橫向損傷、不對稱損傷等的分辨精度有限，同時管柱不同徑向探測范圍感應電動勢的測量精度也有限。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種多功能井下電磁探傷儀，其在實施探傷的過程中，能夠對管壁36(T覆蓋，并能夠提高金屬管柱橫向損傷、不對稱損傷等的分辨率，提高管柱不同徑向探測范圍內的測量精度。
本發(fā)明的技術方案是 —種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機和井下儀，所述上位計算機和井下儀通過數(shù)據(jù)電纜連接，其特殊之處在于所述井下儀包括磁保護套，設置于磁保護套兩個端頭的扶正器，依次設置于磁保護套內部的電子模塊和自然伽瑪探頭、縱向探測器、軸承、橫向可旋轉式探測器、聯(lián)動桿、卡環(huán)、電機以及溫度傳感器；所述橫向可旋轉式探測器上端與軸承相連，下端與卡環(huán)相連，通過聯(lián)動桿與電機相連；所述電機固定在磁保護套上；所述DSP處理器通過內部數(shù)據(jù)總線與縱向探測器、自然伽瑪、溫度傳感器、橫向可旋轉式探測器連接。 上述DSP處理器控制通道切換，分時采集縱向傳感器和橫向可旋轉式探頭信號、溫度和自然伽瑪信號。 上述電子模塊負責將DSP處理器采集通道信號進行差分放大、濾波、數(shù)模轉換以及曼徹斯特編碼的處理。 上述橫向可旋轉式探測器在實施測井的過程中對井周進行掃描，旋轉10周/秒，發(fā)射和接收時以12次/周的速度進行掃描。 上述DSP處理器通過驅動電路發(fā)送方波到橫向可旋轉式探測器，控制設置于橫向可旋轉式探測器內的橫向可旋轉式線圈的開閉。 上述橫向可旋轉式線圈打開時，橫向可旋轉式線圈作為發(fā)射線圈產生電磁場。
上述橫向可旋轉式線圈關閉時，同時開啟橫向可旋轉式探測器，橫向可旋轉式探測器作為接收器接收次生磁場引起的感應電動勢。 上述DSP處理器驅動電機，電機通過聯(lián)動桿帶動橫向旋轉式探測器轉動。
本發(fā)明的優(yōu)點在于 (1)、電磁探傷測井儀可透過內層鋼管探測外層鋼管的壁厚和損壞_裂縫、錯斷、變形、腐蝕、漏失、射孔井段、內外管的厚度等。 (2)、電磁探傷測井儀能在油水井正常生產過程中進行測井，不受管內流體、套管表面結蠟和污垢的影響，可對縱向裂縫和橫向裂縫作出判斷。 (3)、可以研究井身結構，包括在兩層管柱中確定所有接箍的位置，獲得所有管子 沿井身位置的完整圖像，套管鞋、封隔器、閥的分布位置的深度等。
(4)、用于井下探傷和確定管柱壁厚。對兩層管柱的每一層單獨確定其厚度。
(5)、管壁面積，36(T覆蓋，提高了儀器對油管等金屬管柱橫向損傷、不對稱損傷 等的分辨精度。 (6)、在時域對信號進行可變尺度測量，在頻域對信號進行可變尺度分析處理，提 高了儀器對管柱不同徑向探測范圍感應電動勢的測量精度。


圖1為本發(fā)明測井系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明結構示意框圖；
圖3為本發(fā)明工作原理框圖。 附圖標號說明1-井下儀，11_扶正器，12-磁保護套，13-電子模塊和自然伽瑪探 頭，14-縱向探測器，15-軸承，16-橫向可旋轉式探測器，17-聯(lián)動桿，18-卡環(huán)，19-電機， 101-溫度傳感器，2-上位計算機，3-數(shù)據(jù)電纜，4-高溫DSP處理器。
具體實施例方式
參見圖1、圖2，一種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機2和井下儀l，上位 計算機2和井下儀1通過數(shù)據(jù)電纜3連接，上位計算機2和井下儀1之間還設置有DSP處 理器4，井下儀1包括磁保護套12，設置于磁保護套12兩個端頭的扶正器ll，依次設置于 磁保護套12內部的電子模塊和自然伽瑪探頭13、縱向探測器14、軸承15、橫向可旋轉式探 測器16、聯(lián)動桿17、卡環(huán)18、電機19以及溫度傳感器101 ;橫向可旋轉式探測器16上端與 軸承15相連，下端與卡環(huán)18相連，通過聯(lián)動桿17與電機19相連；電機19固定在磁保護套 12上；高溫DSP處理器4是電子模塊13的一部分。 DSP處理器4通過驅動電路發(fā)送方波到縱向傳感器14，控制設置于縱向探測器14 內的電磁線圈的開閉?？v向電磁線圈打開時，縱向電磁線圈作為發(fā)射線圈產生電磁場?？v 向電磁線圈關閉時，同時開啟縱向電磁探頭14，縱向電磁探頭14作為接收器接收次生磁場 引起的感應電動勢。 DSP處理器4通過驅動電路發(fā)送方波到橫向可旋轉式探測器16，控制設置于橫向 可旋轉式探測器16內的橫向可旋轉式線圈的開閉。橫向可旋轉式線圈打開時，橫向可旋轉 式線圈作為發(fā)射線圈產生電磁場。橫向可旋轉式線圈關閉時，同時開啟橫向可旋轉式探測 器16，橫向可旋轉式探測器16作為接收器接收次生磁場引起的感應電動勢。DSP處理器4 還驅動電機19，電機19通過聯(lián)動桿17帶動橫向旋轉式探測器16轉動。
DSP處理器4控制通道切換，分別采集縱向傳感器14和橫向可旋轉式探頭16信 號。電子模塊負責將DSP處理器4選通的縱向傳感器14和橫向可旋轉式探頭16信號進行 差分放大、濾波、可控增益放大、數(shù)模轉換以及曼徹斯特編碼處理。橫向可旋轉探測器16在 實施測井的過程中對井周進行掃描，旋轉10周/秒，發(fā)射和接收時以12次/周的速度進行 掃描。
參見圖3，DSP處理器4控制通道切換，采集縱向傳感器14和橫向可旋轉探測器16 信號，信號經放大、濾波、數(shù)模轉換后進入DSP處理器4，然后經過數(shù)據(jù)處理和曼徹斯特編碼 后發(fā)送到上位計算機2。 本發(fā)明利用感應電動勢的幅值和頻率，進行套管探傷，利用縱向探測器14計算單 層管或者雙層管管柱厚度、檢測縱向裂縫、腐蝕等。橫向可旋轉式探測器16計算內管壁厚、 內管橫向裂縫和腐蝕等，并輔助計算單層管柱厚度。 DSP處理器4，分時采集縱向探測器14和橫向可旋轉式探測器16。在時域，DSP處 理器4控制不同的采集頻率和不同的增益對信號進行采集、差分放大；在頻域，通過小波變 換對信號頻率進行可調尺度處理，提高了儀器對管柱不同徑向探測范圍感應電動勢的測量 精度。 本發(fā)明在結構上分為功能上分為三部分伽瑪探測模塊、電磁探測模塊、溫度探測 模塊。伽馬模塊用來校深。電磁探測模塊定性識別缺陷、確定其特點和定量計算管壁厚度， 根據(jù)測井資料確定井身結構。首先通過曲線形態(tài)定性判斷內外管柱是否存在裂縫損壞，如 有裂縫可半定量地給出縫的長度，然后通過解釋軟件計算定量給出內外管壁的厚度。井溫 探頭測得井內流體的溫度，能輔助判斷管柱損壞漏液情況。根據(jù)壁厚曲線并考慮這種方法 的允許誤差劃分出顯示為壁厚減小的推測缺陷的井段。確定所查明缺陷屬于兩層管柱中哪 一層管柱，評價腐蝕或磨損的程度。本發(fā)明根據(jù)縱向、橫向探頭記錄的曲線特征，油管、套管 的厚度特征及感生電動勢衰減譜圖特征，判斷套管、油管損壞類型及程度。
儀器的操作步驟為 (1)上位計算機2供電_地面系統(tǒng)供電_井下系統(tǒng)供電_卸壓_儀器校準；
(2)連續(xù)采集伽馬、井溫數(shù)據(jù)。 (3)縱向探測器14的發(fā)射線圈供直流脈沖電流，產生電磁場，管壁中形成感應電 流，斷電后，縱向探測器14接收感應電動勢； (4)橫向可旋轉式探測器16旋轉10周/秒，發(fā)射和接收12次/周以進行掃描。 并不斷向上位計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)。 (5)測量完成之后，卸掉下井儀，斷開儀器電源。將下井儀沖洗干凈，放入保護盒 中。
權利要求
一種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機(2)和井下儀(1)，所述上位計算機(2)和井下儀(1)通過數(shù)據(jù)電纜(3)連接，所述上位計算機(2)和井下儀(1)之間還設置有DSP處理器(4)，其特征在于所述井下儀(1)包括磁保護套(12)，設置于磁保護套(12)兩個端頭的扶正器(11)，依次設置于磁保護套(12)內部的電子模塊和自然伽瑪探頭(13)、縱向探測器(14)、軸承(15)、橫向可旋轉式探測器(16)、聯(lián)動桿(17)、卡環(huán)(18)、電機(19)以及溫度傳感器(101)；所述橫向可旋轉式探測器(16)上端與軸承(15)相連，下端與卡環(huán)(18)相連，通過聯(lián)動桿(17)與電機(19)相連；所述電機(19)固定在磁保護套(12)上；所述DSP處理器(4)通過數(shù)據(jù)電纜(3)與橫向可旋轉式探測器(16)連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述DSP處理器(4)控 制通道切換，分別采集縱向傳感器(14)和橫向可旋轉式探頭(16)信號。
3. 根據(jù)權利要求2所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述電子模塊負責將DSP 處理器(4)采集到的縱向傳感器(14)和橫向可旋轉式探頭(16)信號進行放大、濾波、數(shù)模 轉換以及曼徹斯特編碼的處理。
4 根據(jù)權利要求1 3任一所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述橫向可旋 轉式探測器(16)在實施測井的過程中對井周進行掃描，旋轉10周/秒，發(fā)射和接收時以12 次/周的速度進行掃描。
5. 根據(jù)權利要求4所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述DSP處理器(4)通過 驅動電路發(fā)送方波到橫向可旋轉式探測器(16)，控制設置于橫向可旋轉式探測器(16)內 的橫向可旋轉式線圈的開閉。
6 根據(jù)權利要求5所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述橫向可旋轉式線圈 打開時，橫向可旋轉式線圈作為發(fā)射線圈產生電磁場。
7. 根據(jù)權利要求5所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述橫向可旋轉式線圈 關閉時，同時開啟橫向可旋轉式探測器(16)，橫向可旋轉式探測器(16)作為接收器接收次 生磁場引起的感應電動勢。
8. 根據(jù)權利要求5所述多功能井下電磁探傷儀，其特征在于所述DSP處理器(4)驅 動電機(19)，電機(19)通過聯(lián)動桿(17)帶動橫向旋轉式探測器(16)轉動。
全文摘要
一種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機和井下儀，上位計算機和井下儀通過數(shù)據(jù)電纜連接，井下儀包括磁保護套，設置于磁保護套兩個端頭的扶正器，依次設置于磁保護套內部的電子模塊和自然伽瑪探頭、縱向探測器、軸承、橫向可旋轉式探測器、聯(lián)動桿、卡環(huán)、電機以及溫度傳感器；橫向可旋轉式探測器上端與軸承相連，下端與卡環(huán)相連，通過聯(lián)動桿與電機相連；電機固定在磁保護套上；DSP處理器通過內部數(shù)據(jù)總線與縱向探測器、自然伽瑪、溫度傳感器、橫向可旋轉式探測器連接。本發(fā)明可透過內層鋼管探測外層鋼管的壁厚和損壞-裂縫、錯斷、變形、腐蝕、漏失、射孔井段、內外管的厚度等參數(shù)，并能達到精確測量。
文檔編號E21B49/00GK101737039SQ20091025466
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者劉建武, 張志虎, 張改, 雷選鋒, 黃義軍, 黃向東 申請人:西安思坦儀器股份有限公司