Устройство и принципы работы автономного магнитно-импульсного дефектоскопа

Магнитно-импульсный дефектоскоп (МИД) – это электромагнитный прибор, который создает электромагнитные импульсы и регистрирует отклик от окружающей среды. Конструкция дефектоскопа представлена на рисунке 1. Прибор содержит длинный зонд, короткий зонд, датчик температуры и датчик давления. Каждый зонд состоит из двух катушек, генерирующей и приемной, расположенных концентрически вокруг сердечника.

Рисунок 1. Конструкция прибора МИД

Короткий зонд (длиной 120 мм или 5 дюймов) предназначен для анализа технического состояния НКТ. Короткий зонд создает непродолжительный электромагнитный импульс малой амплитуды, намагничивая в основном первый металлический барьер, а затем регистрирует временной отклик (каждый спад короткого зонда состоит из 42 точек).

Длинный зонд (длиной 320 мм или 13 дюймов) предназначен для исследования обсадной колонны. Зонд вырабатывает мощный продолжительный электромагнитный импульс, а затем записывает временной отклик (каждый спад длинного зонда содержит 51 точку). Длинный зонд регистрирует суммарный отклик от НКТ и обсадной колонны. Дальнейшая математическая обработка откликов позволяет независимо определить толщины первого и второго металлических барьеров.

Наличие в составе аппаратуры высокочувствительных датчиков температуры и давления дает возможность провести замеры этих параметров по стволу скважины и получить дополнительную информацию о техническом состоянии скважины (определить сквозные дефекты по созданным ими аномалиям температуры и давления).

МЕТОЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Исходные данные прибора МИД представляют собой 42 каротажные кривые короткого датчика и 51 каротажную кривую длинного датчика. Для того, чтобы анализировать всю совокупность логов одновременно, данные представляются в виде цветных панелей. Фактически панель – это трехмерный график. На вертикальной оси панели откладывается глубина, на горизонтальной – время спада, а цветом отображается величина сигнала.

Панель ДРИФТ

Каждая каротажная кривая длинного или короткого датчиков может быть разделена на так называемые тренд и дрифт компоненты. Тренд – медленно меняющаяся с глубиной компонента лога (может быть найдена, например, при помощи медианного фильтра), близкая к отклику от номинальной толщины. Дрифт – быстро меняющаяся с глубиной компонента, отображающая отклонения реальной каротажной кривой от тренда.

Для визуализации нормированной на среднеквадратичное отклонение дрифт компоненты строится ДРИФТ панель. На рисунке 2 изображены шкала глубины, конструкция скважины, одна из 51 каротажных кривых длинного зонда, соответствующий времени 56.2 мс и ДРИФТ панель. Видно, что увеличение сигнала на глубине X840 м соответствует муфте НКТ, которая отображается характерным красно-синим переходом на ДРИФТ панели (пониженный сигнал на ранних временах и повышенный сигнал на поздних временах). Муфта колонны проявилась на ДРИФТ панели синим цветом на поздних временах (сигнал от колонны на ранних временах экранируется НКТ). Уменьшение сигнала на глубине X870-X880 метров отображает коррозию колонны, наблюдаемую через НКТ (красный цвет на панели ДРИФТ на поздних временах).

Рисунок 2. Слева направо представлены: шкала глубины, конструкция скважины, каротажная кривая длинного зонда и панель длинного зонда (ДЗ ДРИФТ)

Алгоритм расчета толщин первого и второго барьеров

Разработан алгоритм, позволяющий независимо определять толщины первого и второго барьеров. Процесс расчета толщин можно разделить на несколько этапов:

• Расчет набора модельных откликов для различных параметров среды;
• Оценка электромагнитных параметров исследуемой среды;
• Оценка толщины барьеров в зависимости от глубины;

Отклик является функцией электропроводимости σ, магнитной проницаемости μ и геометрических параметров окружающей среды. Предполагается, что отклик почти полностью определяется металлическими элементами скважины и слабо зависит от окружающих пород и флюида. Это предположение обосновано большой разницей между электромагнитными свойствами металла, пород и флюида. Таким образом, при расчете набора модельных спадов для заданных диаметров НКТ и колонны варьируются электропроводность, магнитная проницаемость и толщины труб. Остальные параметры считаются постоянными.

Полученный набор модельных спадов используется как для нахождения параметров труб (μ и σ), составляющих скважину, так и для оценки их толщины. Поиск этих параметров осуществляется путём сопоставления экспериментальных и модельных спадов. Для более точной оценки толщины, производится интерполяция модельных спадов с полученными ранее значениями μ и σ по толщине. Затем на каждой глубине для соответствующего реального спада производится выбор модельного спада. Таким образом, могут быть получены кривые, описывающие зависимость толщины барьеров от глубины, подобные изображенным на рисунке 4.

Рисунок 3. Сравнение реальных спадов с модельными

На рисунке 3 отчетливо видно, как толщины труб влияют на время затухания спада: изменение толщины внутренней трубы сказывается на всем сигнале, тогда как изменение толщины внешней трубы сказывается только на поздних временах.

В примере, изображенном на рисунке 4, показаны результаты применения алгоритма для расчёта толщин первого и второго барьеров для реальных данных. Средние толщины НКТ и колонны получились равными 5.2 мм и 7.5 мм соответственно, что хорошо согласуется с номинальными значениями толщин. Видно, что техническое состояние НКТ хорошее. На глубине X870-X880 м видна коррозия колонны. Следует отметить, что трубка колонны X852-X880 м обладает пониженным номиналом, что, возможно, и привело к коррозии.

Рисунок 4. Пример вычисления толщин НКТ и колонны для реальной скважины (двухбарьерный случай). Пунктирными линиями обозначены значения номинальных толщин НКТ и колонны