专利名称：多功能井下电磁探伤仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井况测量仪器，具体涉及一种多功能井下电磁探伤仪。
背景技术：
电磁法检测是利用套管在电磁作用下呈现出来的电学和磁学性质，根据电磁感应原理来检测井下套管的技术状况。电磁法检测可确定套管的厚度、裂缝、变形、错断、内外壁腐蚀及射孔质量。电磁检测仪是一种无损、非接触式的仪器，它不受井内液体、套管积垢、结蜡及井壁附着物的影响，测量精度较高。同时，电磁检测仪可以检测到套管外层管柱的缺陷。由于电磁法检测有其独特的优点，因此成为目前最广泛应用的套管损坏检测技术之一。
国内外利用电磁法对套管进行检测的仪器较多，总体上分为两类， 一类仪器测量磁通量，如斯伦贝谢的管子分析仪(PAT)、阿特拉斯公司的垂直测井仪(Vertilog);另一类仪器测量电磁波的相位移，如斯伦贝谢公司的电磁波厚度仪(ET1I)、阿特拉斯公司的磁测井仪(Magnelog)、哈里伯顿公司的电磁波腐蚀测井仪。 磁通量的测量测量磁通量的仪器是通过漏磁通量与涡流的测量来对套管进行检测。在进行漏磁通测量时，仪器产生连续的磁通量在套管内流动。如果套管完好无损，套管内的磁通量路径与管壁平行。当套管发生腐蚀、损坏时，套管内的磁通量发生变化，使仪器上与套管接触的滑瓦上的线圈产生感应电动势。线圈输出感应电动势的大小与磁通量的变化成正比，而磁通量的变化取决于磁场中金属的增加和损失，因此可以通过线圈输出的感生电动势确定套管的金属损失。而在进行涡流测量时，涡流线圈与套管平行放置，给涡流发射线圈供高频交流电，从而产生交交的磁场，在套管上感应出涡流，这种感应电流产生一个补偿磁场，最终的磁场强度信号由接收线圈探测，套管内表面的缺陷阻止形成循环电流，因而对这个感应磁场的分布具有很大的影响。传感线圈中的电流差值的变化是套管表面质量的测量值，与无损套管壁感应磁场的正常分量相比，套管内壁损坏使感应磁场的正常分量发生变化，表现为接收线圈中感应电流的差值变化。漏磁通测量可检测出套管内外壁损坏，而涡流测量可检测出套管内壁的损坏，两者相结合可确定套管损坏的位置，即是内表面还是外表面。 电磁波相位移的测量。测量电磁波相位移的仪器测量其交变磁场产生的与套管钢有关的相位移或衰减。该仪器以在空气中的读数作为基准。而在一定的频率下，在整个测量范围内，相位移与套管的平均厚度成线性关系。相位移取决于磁导率，随时间、电导率、套管内径和套管壁厚而变化。 一般来讲，在显示壁厚变化时，它比衰减更常用。但是上述测量及其解析对所穿过的介质的电磁特性很敏感，采集的数据被认为是定性的，对不同套管的测量需要进行刻度。两次测量的相对金属损失可用记录的相位移表达。
该类仪器中，部分仪器提供套管厚度估计值，以帮助探测金属表面沉积或金属损失。如斯伦贝谢公司的多频电磁波测厚仪(METT)，该仪器以三种不同的频率工作，高频测量不受钢管厚度的影响，只与套管内径发生联系；中频测量依金属的内径、电导率和磁导率而定；低频测量对应常规仪器的测量，依据上述两种参数和钢的厚度而定。
对于上述两类仪器，发射的都是正弦波，由于正弦波的周期性，使接收的感应电动势也发生周期性的变化，不能区分内外管柱对感应电动势的影响，在多层管柱结构中测井时，仪器对外层管柱的壁厚和损坏虽然有显示，但不能给出理想的解释结果，因此只能在单层管柱结构下进行工作。针对这种检测方法的局限性，本发明用瞬变电磁法(又称时间域电磁法)来对套管进行检测。瞬变电磁法利用不接地回线通以脉冲电流而在套管内建立起一次脉冲磁场，在一次磁场间隙期间，利用探测线圈观测二次涡流场，该二次涡流场中包含了丰富的套管信息，通过对实测的二次涡流场曲线(或瞬变电磁曲线)来反演套管的电磁特性和厚度变化。如俄罗斯的MID-K可透过内层钢管探测外层钢管的壁厚和损坏，但是横向探测器管壁覆盖小于180° ，导致油管等金属管柱横向损伤、不对称损伤等的分辨精度有限，同时管柱不同径向探测范围感应电动势的测量精度也有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能井下电磁探伤仪，其在实施探伤的过程中，能够对管壁36(T覆盖，并能够提高金属管柱横向损伤、不对称损伤等的分辨率，提高管柱不同径向探测范围内的测量精度。
本发明的技术方案是 —种多功能井下电磁探伤仪，包括上位计算机和井下仪，所述上位计算机和井下仪通过数据电缆连接，其特殊之处在于所述井下仪包括磁保护套，设置于磁保护套两个端头的扶正器，依次设置于磁保护套内部的电子模块和自然伽玛探头、纵向探测器、轴承、横向可旋转式探测器、联动杆、卡环、电机以及温度传感器；所述横向可旋转式探测器上端与轴承相连，下端与卡环相连，通过联动杆与电机相连；所述电机固定在磁保护套上；所述DSP处理器通过内部数据总线与纵向探测器、自然伽玛、温度传感器、横向可旋转式探测器连接。 上述DSP处理器控制通道切换，分时采集纵向传感器和横向可旋转式探头信号、温度和自然伽玛信号。 上述电子模块负责将DSP处理器采集通道信号进行差分放大、滤波、数模转换以及曼彻斯特编码的处理。 上述横向可旋转式探测器在实施测井的过程中对井周进行扫描，旋转10周/秒，发射和接收时以12次/周的速度进行扫描。 上述DSP处理器通过驱动电路发送方波到横向可旋转式探测器，控制设置于横向可旋转式探测器内的横向可旋转式线圈的开闭。 上述横向可旋转式线圈打开时，横向可旋转式线圈作为发射线圈产生电磁场。
上述横向可旋转式线圈关闭时，同时开启横向可旋转式探测器，横向可旋转式探测器作为接收器接收次生磁场引起的感应电动势。 上述DSP处理器驱动电机，电机通过联动杆带动横向旋转式探测器转动。
本发明的优点在于 (1)、电磁探伤测井仪可透过内层钢管探测外层钢管的壁厚和损坏_裂缝、错断、变形、腐蚀、漏失、射孔井段、内外管的厚度等。 (2)、电磁探伤测井仪能在油水井正常生产过程中进行测井，不受管内流体、套管表面结蜡和污垢的影响，可对纵向裂缝和横向裂缝作出判断。 (3)、可以研究井身结构，包括在两层管柱中确定所有接箍的位置，获得所有管子 沿井身位置的完整图像，套管鞋、封隔器、阀的分布位置的深度等。
(4)、用于井下探伤和确定管柱壁厚。对两层管柱的每一层单独确定其厚度。
(5)、管壁面积，36(T覆盖，提高了仪器对油管等金属管柱横向损伤、不对称损伤 等的分辨精度。 (6)、在时域对信号进行可变尺度测量，在频域对信号进行可变尺度分析处理，提 高了仪器对管柱不同径向探测范围感应电动势的测量精度。
图1为本发明测井系统框图；
图2为本发明结构示意框图；
图3为本发明工作原理框图。 附图标号说明1-井下仪，11_扶正器，12-磁保护套，13-电子模块和自然伽玛探 头，14-纵向探测器，15-轴承，16-横向可旋转式探测器，17-联动杆，18-卡环，19-电机， 101-温度传感器，2-上位计算机，3-数据电缆，4-高温DSP处理器。
具体实施例方式
参见图1、图2，一种多功能井下电磁探伤仪，包括上位计算机2和井下仪l，上位 计算机2和井下仪1通过数据电缆3连接，上位计算机2和井下仪1之间还设置有DSP处 理器4，井下仪1包括磁保护套12，设置于磁保护套12两个端头的扶正器ll，依次设置于 磁保护套12内部的电子模块和自然伽玛探头13、纵向探测器14、轴承15、横向可旋转式探 测器16、联动杆17、卡环18、电机19以及温度传感器101 ;横向可旋转式探测器16上端与 轴承15相连，下端与卡环18相连，通过联动杆17与电机19相连；电机19固定在磁保护套 12上；高温DSP处理器4是电子模块13的一部分。 DSP处理器4通过驱动电路发送方波到纵向传感器14，控制设置于纵向探测器14 内的电磁线圈的开闭。纵向电磁线圈打开时，纵向电磁线圈作为发射线圈产生电磁场。纵 向电磁线圈关闭时，同时开启纵向电磁探头14，纵向电磁探头14作为接收器接收次生磁场 引起的感应电动势。 DSP处理器4通过驱动电路发送方波到横向可旋转式探测器16，控制设置于横向 可旋转式探测器16内的横向可旋转式线圈的开闭。横向可旋转式线圈打开时，横向可旋转 式线圈作为发射线圈产生电磁场。横向可旋转式线圈关闭时，同时开启横向可旋转式探测 器16，横向可旋转式探测器16作为接收器接收次生磁场引起的感应电动势。DSP处理器4 还驱动电机19，电机19通过联动杆17带动横向旋转式探测器16转动。
DSP处理器4控制通道切换，分别采集纵向传感器14和横向可旋转式探头16信 号。电子模块负责将DSP处理器4选通的纵向传感器14和横向可旋转式探头16信号进行 差分放大、滤波、可控增益放大、数模转换以及曼彻斯特编码处理。横向可旋转探测器16在 实施测井的过程中对井周进行扫描，旋转10周/秒，发射和接收时以12次/周的速度进行 扫描。
参见图3，DSP处理器4控制通道切换，采集纵向传感器14和横向可旋转探测器16 信号，信号经放大、滤波、数模转换后进入DSP处理器4，然后经过数据处理和曼彻斯特编码 后发送到上位计算机2。 本发明利用感应电动势的幅值和频率，进行套管探伤，利用纵向探测器14计算单 层管或者双层管管柱厚度、检测纵向裂缝、腐蚀等。横向可旋转式探测器16计算内管壁厚、 内管横向裂缝和腐蚀等，并辅助计算单层管柱厚度。 DSP处理器4，分时采集纵向探测器14和横向可旋转式探测器16。在时域，DSP处 理器4控制不同的采集频率和不同的增益对信号进行采集、差分放大；在频域，通过小波变 换对信号频率进行可调尺度处理，提高了仪器对管柱不同径向探测范围感应电动势的测量 精度。 本发明在结构上分为功能上分为三部分伽玛探测模块、电磁探测模块、温度探测 模块。伽马模块用来校深。电磁探测模块定性识别缺陷、确定其特点和定量计算管壁厚度， 根据测井资料确定井身结构。首先通过曲线形态定性判断内外管柱是否存在裂缝损坏，如 有裂缝可半定量地给出缝的长度，然后通过解释软件计算定量给出内外管壁的厚度。井温 探头测得井内流体的温度，能辅助判断管柱损坏漏液情况。根据壁厚曲线并考虑这种方法 的允许误差划分出显示为壁厚减小的推测缺陷的井段。确定所查明缺陷属于两层管柱中哪 一层管柱，评价腐蚀或磨损的程度。本发明根据纵向、横向探头记录的曲线特征，油管、套管 的厚度特征及感生电动势衰减谱图特征，判断套管、油管损坏类型及程度。
仪器的操作步骤为 (1)上位计算机2供电_地面系统供电_井下系统供电_卸压_仪器校准；
(2)连续采集伽马、井温数据。 (3)纵向探测器14的发射线圈供直流脉冲电流，产生电磁场，管壁中形成感应电 流，断电后，纵向探测器14接收感应电动势； (4)横向可旋转式探测器16旋转10周/秒，发射和接收12次/周以进行扫描。 并不断向上位计算机2发送数据。 (5)测量完成之后，卸掉下井仪，断开仪器电源。将下井仪冲洗干净，放入保护盒 中。
权利要求
一种多功能井下电磁探伤仪，包括上位计算机(2)和井下仪(1)，所述上位计算机(2)和井下仪(1)通过数据电缆(3)连接，所述上位计算机(2)和井下仪(1)之间还设置有DSP处理器(4)，其特征在于所述井下仪(1)包括磁保护套(12)，设置于磁保护套(12)两个端头的扶正器(11)，依次设置于磁保护套(12)内部的电子模块和自然伽玛探头(13)、纵向探测器(14)、轴承(15)、横向可旋转式探测器(16)、联动杆(17)、卡环(18)、电机(19)以及温度传感器(101)；所述横向可旋转式探测器(16)上端与轴承(15)相连，下端与卡环(18)相连，通过联动杆(17)与电机(19)相连；所述电机(19)固定在磁保护套(12)上；所述DSP处理器(4)通过数据电缆(3)与横向可旋转式探测器(16)连接。
2. 根据权利要求1所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述DSP处理器(4)控 制通道切换，分别采集纵向传感器(14)和横向可旋转式探头(16)信号。
3. 根据权利要求2所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述电子模块负责将DSP 处理器(4)采集到的纵向传感器(14)和横向可旋转式探头(16)信号进行放大、滤波、数模 转换以及曼彻斯特编码的处理。
4 根据权利要求1 3任一所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述横向可旋 转式探测器(16)在实施测井的过程中对井周进行扫描，旋转10周/秒，发射和接收时以12 次/周的速度进行扫描。
5. 根据权利要求4所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述DSP处理器(4)通过 驱动电路发送方波到横向可旋转式探测器(16)，控制设置于横向可旋转式探测器(16)内 的横向可旋转式线圈的开闭。
6 根据权利要求5所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述横向可旋转式线圈 打开时，横向可旋转式线圈作为发射线圈产生电磁场。
7. 根据权利要求5所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述横向可旋转式线圈 关闭时，同时开启横向可旋转式探测器(16)，横向可旋转式探测器(16)作为接收器接收次 生磁场引起的感应电动势。
8. 根据权利要求5所述多功能井下电磁探伤仪，其特征在于所述DSP处理器(4)驱 动电机(19)，电机(19)通过联动杆(17)带动横向旋转式探测器(16)转动。
全文摘要
一种多功能井下电磁探伤仪，包括上位计算机和井下仪，上位计算机和井下仪通过数据电缆连接，井下仪包括磁保护套，设置于磁保护套两个端头的扶正器，依次设置于磁保护套内部的电子模块和自然伽玛探头、纵向探测器、轴承、横向可旋转式探测器、联动杆、卡环、电机以及温度传感器；横向可旋转式探测器上端与轴承相连，下端与卡环相连，通过联动杆与电机相连；电机固定在磁保护套上；DSP处理器通过内部数据总线与纵向探测器、自然伽玛、温度传感器、横向可旋转式探测器连接。本发明可透过内层钢管探测外层钢管的壁厚和损坏-裂缝、错断、变形、腐蚀、漏失、射孔井段、内外管的厚度等参数，并能达到精确测量。
文档编号E21B49/00GK101737039SQ20091025466
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘建武, 张志虎, 张改, 雷选锋, 黄义军, 黄向东 申请人:西安思坦仪器股份有限公司