一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统的制作方法

本公开涉及电磁检测技术领域，尤其涉及一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统。

背景技术：

当前，我国大多数油田进入中后期，在长期的生产过程中，生产井套管由于地层应力、化学腐蚀等原因出现不同程度的损伤，如缩径、穿孔、腐蚀和破裂等，从而导致井壁坍塌，造成油田的注采失衡且限制增产，严重影响了各油田的正常生产。

瞬变电磁法套损检测是一种有效地检测管柱损伤的方法。其原理是给电磁探头发射一个双极性的激励信号，在探头周围形成一次磁场，一次磁场在遇到周围介质时产生涡流环，从而形成二次磁场，在发射激励信号的间隙期间接收地层中衰减的二次磁场，接收到的二次磁场是一个衰减的电压信号，通过分析接收信号的衰减规律反演地层电导率信息。相比普通的电磁法来说几乎不会受到一次磁场的干扰，所以瞬变电磁检测法现在受到越来越多人的关注。

然而，现有的瞬变电磁法套损检测技术在多层管柱损伤检测时主要依靠涡流信号的时间特性来实现不同径向距离的套损分析。专利《多功能井下电磁探伤仪》200910254664.X，以及论文Fu Y， Yu R， Peng X， et al. Investigation of casing inspection through tubing with pulsed eddy current[J]. Nondestructive Testing and Evaluation， 2012， 27(4): 353-374. 就提出了穿过油管实现油管外套管损伤检测的方法，该方法主要仍是通过选择合适的时间切片，利用涡流的时域特性进行分析，从而完成两层管柱的损伤检测。这种方法的优势是仪器结构相对简单，但缺点是多层管柱损伤的检测性能会受到一定影响。

在《石油仪器》发表的论文“黎明， 邱金权， 金鑫，等. 新型电磁探伤MID-S测井技术套损检测研究[J]. 石油仪器， 2012， 26(4):4-6.”介绍了俄罗斯的最新一代MID-S瞬变电磁探伤仪，这种探伤仪通过设置2个纵向探头（平行于套管轴线）实现油管和套管的损伤检测，并采用6个横向探头（垂直于套管轴线）的探头确定损伤的形状与对称性。但是MID-S设计的2个纵向探头最多只具备区分2层管柱损伤情况的能力，在多于2层管柱的井况中（这类井况多见于井深超过4000米的油田，例如我国的玉门、青海、新疆等地的油田），这类方法无法有效、准确地对损伤情况进行检测。此外，该文中所涉及的多个横向探头组装复杂，探测性能严重依赖于机械件的加工精度和组装误差，即使微小的机械尺寸误差就会导致损伤检测性能的大幅度降低。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一方面，提供一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统，包括：

井下探测模块，用于探测并采集待测套管的探测数据；所述井下探测模块包括顺次连接的若干个探测短节；

遥传短节，与所述井下探测模块连接，用于接收上位机的控制指令，并收集各所述探测短节的探测数据，将所述探测数据发送至所述上位机；

上位机，用于接收所述遥传短节发送的探测数据。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探测短节包括壳体以及设置在所述壳体内的横向探测单元和纵向探测单元；

所述横向探测单元包括两个相互垂直且与所述壳体轴向相垂直的横向电磁探头；

所述纵向探测单元包括与所述壳体轴向平行设置的纵向电磁探头。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探测短节壳体内设置用于固定所述横向电磁探头和纵向电磁探头的机械骨架。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探测短节壳体两端分别设置有接头定位键和与所述接头定位键相匹配的定位键槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接头定位键与定位键槽沿所述壳体轴向设置有一夹角。

在本公开的一种示例性实施例中，所述遥传短节包括：

遥传信息处理模块，用于接收所述上位机的控制指令，向所述探测短节发送控制指令并收集、存储各所述探测短节的探测数据，并将所述探测数据发送至所述上位机；

温度监测模块，用于实时监测井下温度信息；

实时定位模块，用于确定所述探测短节的实时方位；

井下供电模块，用于为所述井下探测模块以及遥传短节提供电能。

在本公开的一种示例性实施例中，所述井下供电模块包括稳压单元和与其相连接的两个DC-DC供电单元。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探伤系统还包括传输装置，用于将所述井下探测模块、遥传短节输送至井下待测套管内；所述传输装置包括：测井绞车、单芯电缆以及马笼头；

所述测井绞车通过所述单芯电缆依次与所述马笼头、遥传短节以及井下探测模块相连接，用于将所述遥传短节以及所述井下探测模块送入所述井下待测套管内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述遥感短节上端与所述马笼头之间设置有上扶正器，所述井下探测模块的下端设置有下扶正器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述测井绞车通过地面采集机箱与所述上位机通信连接。

本公开的一种实施例的技术方案中，利用遥传短节接收上位机的控制指令，并将控制指令发送至井下探测模块中的各探测短节，利用各探测短节对待检测管体进行探测，并将探测后采集到的探测数据发送至所述遥传短节，由遥传短节将各探测短节的探测数据进行整合后发送至上位机。在进行探测时，一方面可以根据管柱的层数情况设置探测短节的数量，从而保证检测结果的稳定性和正确性；另一方面，使得使用和组装比较方便。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统的组成框图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统结构示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中一种探测短节结构示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中一种探测短节的截面示意图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中横向电磁探头组合切面示意图；

图6示意性示出本公开示例性实施例中电磁参数不同的纵向电磁探头探测范围示意图。

图7示意性示出本公开示例性实施例中一种遥传短节的组成框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本示例实施方式中首先提供了一种阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统，该系统可以应用于套管及油管异常检测、金属矿产和石油资源及地下水工程勘察等领域。参考图1中所示，所述的阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统可以包括：

井下探测模块101，用于探测并采集待测套管的探测数据；所述井下探测模块101包括顺次连接的若干个探测短节；

遥传短节102，与所述井下探测模块101连接，用于接收上位机20的控制指令，并收集各所述探测短节的探测数据，将所述探测数据发送至所述上位机20；

上位机20，用于接收所述遥传短节102发送的探测数据。

在本示例性实施例中，利用遥传短节102接收上位机20的控制指令，并将控制指令发送至井下探测模块101中的各探测短节，利用各探测短节对待检测套管进行探测，并将探测后得到的探测数据发送至所述遥传短节102，由所述遥传短节102将各探测短节的探测数据进行整合后发送至上位机20。在进行探测时，一方面可以根据管柱的层数情况设置探测短节的数量，从而保证检测结果的稳定性和正确性；另一方面，使得所述井下探测模块101使用和组装比较方便。

下面，参考图2~图7，将对本示例实施方式中的阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统的各个组成部分进行更详细的说明。

具体来说，在本示例性实施方式中，参考图2所示，上述的井下探测模块可以包括顺次连接的多个探测短节，如：第一探测短节4、第二探测短节，至第n探测短节5。

本示例实施方式中，参考图2、图3、图4所示，上述的探测短节可以包括壳体301以及设置在所述壳体301内的横向探测单元和纵向探测单元。

参考图2所示，所述横向探测单元可以包括两个相互垂直且与所述壳体轴301轴相垂直的横向电磁探头，第一横向电磁探头21和第二横向电磁探头11，所述第一横向电磁探头21和第二横向电磁探头11所在平面与所述壳体301的轴线垂直。所述纵向探测单元可以包括与所述壳体301轴向平行设置的纵向电磁探头12。

在不影响探测性能的情况下电磁探头采用发射在内层接收在外层的收发一体模式，能够缩短探测短节的长度，从而有效缩短仪器整体的总长度。每个电磁探头都可以与一个激励发射电路相连，用来给电磁探头提供双极性激励信号。同时可以设置一接收电路，对三个电磁探头的接收信号进行放大、滤波等处理，然后编码进行储存等待遥传信息处理模块的上传控制指令。

为了进一步优化所述探测短节的结构，参考图4所示，在本示例性实施例中，上述探测短节的壳体301内设置有一机械骨架304，所述纵向电磁探头12、第一横向电磁探头21和第二横向电磁探头11安装并固定在所述机械骨架304上，从而保证在工作过程中，各电磁探头的稳定性和安全性。

在本示例性实施方式中，上述的探测短节的壳体301两端可以分别设置有接头定位键302和与所述接头定位键302相匹配的定位键槽303。通过设置所述接头定位键302和定位键槽303，可以使各探测短节比较方便的进行连接和组装。

并且，所述接头定位键与定位键槽沿所述壳体轴向可以设置一固定的夹角。组合之后使每个纵向电磁探头呈等角度间隔排列，横向电磁探头在仪器内部的轴向剖面图参考图5所示，两节探测短节中的横向探头组合之后将水平面分成八个探测扇区，四节探测短节组合之后将水平面分成十六个探测扇区，由于横向电磁探头对其轴向上的金属异常相比径向上的金属异常敏感，所以这样组合探测就不会遗漏水平方向任何方位的异常情况。参考图6所示，每个探测短节上的竖直方向电磁探头的长度、直径及线圈匝数可以各不相同，探测范围也各不相同，四节短节组合之后纵向探头的探测范围逐层向外扩大，结合后能够大大提升仪器的柱状分层探测能力。

在本示例性实施方式中，参考图7所示，所述遥传短节102可以包括：遥传信息处理模块1021、温度监测模块1022、实时定位模块1023以及井下供电模块1024。其中：

所述遥传信息处理模块1021用于接收所述上位机20的控制指令，向所述探测短节发送控制指令并收集、存储各所述探测短节的探测数据，并将所述探测数据发送至所述上位机20。

所述温度监测模块1022用于实时监测井下温度信息。温度采集模块1022可以是由温度传感器和外围电路组成。

所述实时定位模块1023用于确定所述探测短节的实时方位。所述实时定位模块1023可以是由重力加速度传感器及外围电路组成，用来定位每个探测短节的实时方位，以便后续解释。温度数据与实时定位数据可以加在探测数据之后一起上传。

所述井下供电模块1024用于为所述井下探测模块以及遥传短节提供电能。所述井下供电模块可以包括稳压单元和与其相连接的两个DC-DC供电单元。通过仪器的供电总线向每个短节供电，供电模块1024既要能提供足够的功率来满足井下探测模块101的需求，还要控制电流不能超过额定值，防止烧坏部分器件。

遥传信息处理模块1021通过发送控制指令来分时获取每个探测短节的探测信息，存储之后在接收探测信息的间隙期间集中通过单芯电缆1向地面系统上传。上传过程可以通过电力载波实现的，井下通过变压器将信号与供电电压耦合之后上传，井上通过变压器将信号与供电电压分离之后进行处理。如果有部分探测短节出现故障而发给遥传短节102错误的探测数据甚至不给遥传短节102发送数据时，遥传信息处理模块1021会给此类探测短节发送十次重启指令，探测短节正常工作则停止发送重启指令，如果仍不能正常工作遥传短节则不再接收此类短节的数据，只接收正常工作的探测短节的探测数据，这样在部分短节出故障的时候就能保证仪器还可以继续工作。

在本示例性实施方式中，参考图2所示，上述的阵列式多分量井下瞬变电磁探伤系统还可以包括：

传输装置，用于将所述井下探测模块、遥传短节102输送至井8下待测套管内；所述传输装置包括：测井绞车15、单芯电缆1以及马笼头2；并在所述遥感短节102上端与所述马笼头2之间设置有上扶正器3，所述井下探测模块的下端设置有下扶正器7。

具体而言，所述上扶正器3和下扶正器7使得仪器在探测时始终保持在井眼的轴心位置，即每个电磁探头都处于井眼轴心位置，使得探测短节的发射线圈产生的一次磁场到井壁的距离一定，避免了仪器在井中晃动造成的探测误差。两个扶正器可以根据井眼直径来更换，操作简便。所述马笼头2是连接单芯电缆1与井下探测模块101的装置，可以防水、抗压。整个井下探测系统的外壳都是用无磁性材料钛合金制作，不会对电磁探头造成干扰。

所述测井绞车15用于将所述遥传短节以及所述井下探测模块送入所述井下待测套管内。所述测井绞车15通过所述单芯电缆1依次与所述马笼头2、上扶正器3、遥传短节102、井下探测模块以及相连接下扶正器7。所述测井绞车15中的单芯电缆1与地面采集机箱14可以通过井下供电电源线16相连，测井绞车中的深度计数仪与地面采集机箱14可以通过深度数据线17相连进行数据传输。同时，所述测井绞车15还可以通过地面采集机箱14与所述上位机20通信连接；所述的地面采集机箱14可以通过第一USB线9和第二USB线13与上述上位20连接并进行数据通信。

本公开的方案中井下仪器通过测井绞车20上的单芯电缆1连接并向井8中下放。通过在所述上位机20上设置显示软件，所述显示软件具有所有探测短节的探测数据、温度数据、方位数据实时显示和储存功能，还包括探测曲线的光谱强度图，提高了实时监测的直观性。

在周围介质电导率和磁导率一定，即金属物质分布均匀且总量一定的情况下，每个电磁探头接收到的电压信号值不变，在上位机20的显示软件上随深度显示的是一条条近似竖直的曲线，如果遇到金属异常即套管损伤和金属矿层时，每个探测短节的纵向电磁探头所接收到的信号衰减时间改变，与之相对应的每个采样点的电压幅值会发生变化，在上位机20显示软件上的显示曲线会偏离稳定值，直到异常消失后恢复稳定值。而且轴向正对着金属异常部位的横向电磁探头也会发生较为明显的变化。多个电磁探头的探测曲线结合解释之后可以得出金属异常的形状和大小，再根据实时方位监测系统的参数和深度计数仪的深度数据计算出金属异常的具体方位。

遇到管柱层数较少的情况时，可以加一到两节探测短节就能满足探测需求；遇到多层管柱的情况时，可以加多节探测短节，也可以更换探测短节，而且拆装简单易操作。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。