專利名稱：多功能井下電磁探傷儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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(shù)：
電磁法檢測是利用套管在電磁作用下呈現(xiàn)出來的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，根據(jù)電磁感應(yīng) 原理來檢測井下套管的技術(shù)狀況。電磁法檢測可確定套管的厚度、裂縫、變形、錯斷、內(nèi)外壁 腐蝕及射孔質(zhì)量。電磁檢測儀是一種無損、非接觸式的儀器，它不受井內(nèi)液體、套管積垢、結(jié) 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(yīng)用的套管損壞檢測技術(shù)之一。國內(nèi)外利用電磁法對套管進(jìn)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(ETlI)、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(jìn)行檢 測。在進(jìn)行漏磁通測量時，儀器產(chǎn)生連續(xù)的磁通量在套管內(nèi)流動。如果套管完好無損，套管 內(nèi)的磁通量路徑與管壁平行。當(dāng)套管發(fā)生腐蝕、損壞時，套管內(nèi)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢。線圈輸出感應(yīng)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(jìn)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(chǎn)生交交的磁場，在套管上感應(yīng)出渦流，這種感應(yīng)電流產(chǎn)生一個 補(bǔ)償磁場，最終的磁場強(qiáng)度信號由接收線圈探測，套管內(nèi)表面的缺陷阻止形成循環(huán)電流，因 而對這個感應(yīng)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(zhì)量 的測量值，與無損套管壁感應(yīng)磁場的正常分量相比，套管內(nèi)壁損壞使感應(yīng)磁場的正常分量 發(fā)生變化，表現(xiàn)為接收線圈中感應(yīng)電流的差值變化。漏磁通測量可檢測出套管內(nèi)外壁損壞， 而渦流測量可檢測出套管內(nèi)壁的損壞，兩者相結(jié)合可確定套管損壞的位置，即是內(nèi)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(chǎn)生的與套管鋼 有關(guān)的相位移或衰減。該儀器以在空氣中的讀數(shù)作為基準(zhǔn)。而在一定的頻率下，在整個測 量范圍內(nèi)，相位移與套管的平均厚度成線性關(guān)系。相位移取決于磁導(dǎo)率，隨時間、電導(dǎo)率、套 管內(nèi)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(zhì)的電磁特性很敏感，采集的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是定性的，對不同套管的 測量需要進(jìn)行刻度。兩次測量的相對金屬損失可用記錄的相位移表達(dá)。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(nèi)徑發(fā)生聯(lián)系；中頻測量依金屬的內(nèi)徑、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率而 定；低頻測量對應(yīng)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。[0007]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(yīng)電動 勢也發(fā)生周期性的變化，不能區(qū)分內(nèi)外管柱對感應(yīng)電動勢的影響，在多層管柱結(jié)構(gòu)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(jié)果，因此只能在單 層管柱結(jié)構(gòu)下進(jìn)行工作。針對這種檢測方法的局限性，本實用新型用瞬變電磁法(又稱時 間域電磁法)來對套管進(jìn)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(nèi)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(nèi)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(dǎo)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(yīng)電動勢的測量精度也有限。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型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?qū)鼙?60°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(nèi)的測量精度。本實用新型的技術(shù)方案是一種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機(jī)和井下儀，所述上位計算機(jī)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(hù)套，設(shè)置于磁保護(hù)套兩個 端頭的扶正器，依次設(shè)置于磁保護(hù)套內(nèi)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(zhuǎn)式探測器、聯(lián)動桿、卡環(huán)、電機(jī)以及溫度傳感器；所述橫向可旋轉(zhuǎn)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(jī)相連；所述電機(jī)固定在磁保護(hù)套上；所述 DSP處理器通過內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)式探頭信號、 溫度和自然伽瑪信號。上述電子模塊負(fù)責(zé)將DSP處理器采集通道信號進(jìn)行差分放大、濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換以 及曼徹斯特編碼的處理。上述橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器在實施測井的過程中對井周進(jìn)行掃描，旋轉(zhuǎn)10周/秒， 發(fā)射和接收時以12次/周的速度進(jìn)行掃描。上述DSP處理器通過驅(qū)動電路發(fā)送方波到橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器，控制設(shè)置于橫向 可旋轉(zhuǎn)式探測器內(nèi)的橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈的開閉。上述橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈打開時，橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈作為發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場。上述橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈關(guān)閉時，同時開啟橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器，橫向可旋轉(zhuǎn)式探 測器作為接收器接收次生磁場引起的感應(yīng)電動勢。上述DSP處理器驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)通過聯(lián)動桿帶動橫向旋轉(zhuǎn)式探測器轉(zhuǎn)動。本實用新型的優(yōu)點在于(1)、電磁探傷測井儀可透過內(nèi)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(nèi)外管的厚度等。(2)、電磁探傷測井儀能在油水井正常生產(chǎn)過程中進(jìn)行測井，不受管內(nèi)流體、套管表面結(jié)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(jié)構(gòu)，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，360°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?qū)π盘栠M(jìn)行可變尺度測量，在頻域?qū)π盘栠M(jìn)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(yīng)電動勢的測量精度。

圖1為本實用新型測井系統(tǒng)框圖；圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3為本實用新型工作原理框圖。附圖標(biāo)號說明1_井下儀，11-扶正器，12-磁保護(hù)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(zhuǎn)式探測器，17-聯(lián)動桿，18-卡環(huán)，19-電機(jī)， 101-溫度傳感器，2-上位計算機(jī)，3-數(shù)據(jù)電纜，4-高溫DSP處理器。
具體實施方式
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(jī)2和井下儀1，上位 計算機(jī)2和井下儀1通過數(shù)據(jù)電纜3連接，上位計算機(jī)2和井下儀1之間還設(shè)置有DSP處 理器4，井下儀1包括磁保護(hù)套12，設(shè)置于磁保護(hù)套12兩個端頭的扶正器11，依次設(shè)置于 磁保護(hù)套12內(nèi)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(zhuǎn)式探 測器16、聯(lián)動桿17、卡環(huán)18、電機(jī)19以及溫度傳感器101 ；橫向可旋轉(zhuǎn)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(jī)19相連；電機(jī)19固定在磁保護(hù)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(qū)動電路發(fā)送方波到縱向傳感器14，控制設(shè)置于縱向探測器14 內(nèi)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(chǎn)生電磁場。縱 向電磁線圈關(guān)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(yīng)電動勢。DSP處理器4通過驅(qū)動電路發(fā)送方波到橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器16，控制設(shè)置于橫向 可旋轉(zhuǎn)式探測器16內(nèi)的橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈的開閉。橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈打開時，橫向可旋轉(zhuǎn) 式線圈作為發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場。橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈關(guān)閉時，同時開啟橫向可旋轉(zhuǎn)式探測 器16，橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器16作為接收器接收次生磁場引起的感應(yīng)電動勢。DSP處理器4 還驅(qū)動電機(jī)19，電機(jī)19通過聯(lián)動桿17帶動橫向旋轉(zhuǎn)式探測器16轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式探頭16信 號。電子模塊負(fù)責(zé)將DSP處理器4選通的縱向傳感器14和橫向可旋轉(zhuǎn)式探頭16信號進(jìn)行 差分放大、濾波、可控增益放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及曼徹斯特編碼處理。橫向可旋轉(zhuǎn)探測器16在 實施測井的過程中對井周進(jìn)行掃描，旋轉(zhuǎn)10周/秒，發(fā)射和接收時以12次/周的速度進(jìn)行 掃描。[0033]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(zhuǎn)探測器16 信號，信號經(jīng)放大、濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換后進(jìn)入DSP處理器4，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和曼徹斯特編碼 后發(fā)送到上位計算機(jī)2。本實用新型利用感應(yīng)電動勢的幅值和頻率，進(jìn)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(zhuǎn)式探測器16計算內(nèi)管 壁厚、內(nèi)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(zhuǎn)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(jìn)行采集、差分放大；在頻域，通過小波變 換對信號頻率進(jìn)行可調(diào)尺度處理，提高了儀器對管柱不同徑向探測范圍感應(yīng)電動勢的測量 精度。本實用新型在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。首先通過曲線形態(tài)定性判斷內(nèi)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(nèi)外管壁的厚度。 井溫探頭測得井內(nèi)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。本實用新型根據(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(jī)2供電-地面系統(tǒng)供電_井下系統(tǒng)供電_卸壓_儀器校準(zhǔn)；(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(chǎn)生電磁場，管壁中形成感應(yīng)電 流，斷電后，縱向探測器14接收感應(yīng)電動勢；(4)橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器16旋轉(zhuǎn)10周/秒，發(fā)射和接收12次/周以進(jìn)行掃描。 并不斷向上位計算機(jī)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(hù)盒 中。
權(quán)利要求一種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機(jī)(2)和井下儀(1)，所述上位計算機(jī)(2)和井下儀(1)通過數(shù)據(jù)電纜(3)連接，所述上位計算機(jī)(2)和井下儀(1)之間還設(shè)置有DSP處理器(4)，其特征在于所述井下儀(1)包括磁保護(hù)套(12)，設(shè)置于磁保護(hù)套(12)兩個端頭的扶正器(11)，依次設(shè)置于磁保護(hù)套(12)內(nèi)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(zhuǎn)式探測器(16)、聯(lián)動桿(17)、卡環(huán)(18)、電機(jī)(19)以及溫度傳感器(101)；所述橫向可旋轉(zhuǎn)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(jī)(19)相連；所述電機(jī)(19)固定在磁保護(hù)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(zhuǎn)式探測器(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)式探頭(16)信號。
3.根據(jù)權(quán)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(fù)責(zé)將DSP 處理器(4)采集到的縱向傳感器(14)和橫向可旋轉(zhuǎn)式探頭(16)信號進(jìn)行放大、濾波、數(shù)模 轉(zhuǎn)換以及曼徹斯特編碼的處理。
4.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)式探測器(16)在實施測井的過程中對井周進(jìn)行掃描，旋轉(zhuǎn)10周/秒，發(fā)射和接收時以12 次/周的速度進(jìn)行掃描。
5.根據(jù)權(quán)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(qū)動電路發(fā)送方波到橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器(16)，控制設(shè)置于橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器(16)內(nèi) 的橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈的開閉。
6.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)式線圈 打開時，橫向可旋轉(zhuǎn)式線圈作為發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場。
7.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)式線圈 關(guān)閉時，同時開啟橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器(16)，橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器(16)作為接收器接收次 生磁場引起的感應(yīng)電動勢。
8.根據(jù)權(quán)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(qū) 動電機(jī)(19)，電機(jī)(19)通過聯(lián)動桿(17)帶動橫向旋轉(zhuǎn)式探測器(16)轉(zhuǎn)動。
專利摘要一種多功能井下電磁探傷儀，包括上位計算機(jī)和井下儀，上位計算機(jī)和井下儀通過數(shù)據(jù)電纜連接，井下儀包括磁保護(hù)套，設(shè)置于磁保護(hù)套兩個端頭的扶正器，依次設(shè)置于磁保護(hù)套內(nèi)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(zhuǎn)式探測器、聯(lián)動桿、卡環(huán)、電機(jī)以及溫度傳感器；橫向可旋轉(zhuǎn)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(jī)相連；電機(jī)固定在磁保護(hù)套上；DSP處理器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與縱向探測器、自然伽瑪探頭、溫度傳感器、橫向可旋轉(zhuǎn)式探測器連接。本實用新型可透過內(nèi)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(nèi)外管的厚度等參數(shù)，并能達(dá)到精確測量。
文檔編號E21B49/00GK201687469SQ20092027492
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)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