Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов и аппаратуры дефектоскопии стальных труб 10
1.1. Способы дефектоскопии стальных изделий 10
1.2. Электромагнитная дефектоскопия стальных колонн 19
Выводы 30
Глава 2. Разработка малогабаритного электромагнитного дефектоскопа ЭМДС-ТМ-42 32
2.1. Простая кольцевая модель для описания переходного процесса в трубе .32
2.2. Обнаружение локальных дефектов осевыми и поперечными зондами 38
2.3. Взаимодействие генераторной катушки зонда и колонны в момент выключения тока 46
2.4. Разработка схем обработки и передачи сигналов 64
2.5. Структурная схема и технические характеристики дефектоскопа ЭМДС-ТМ-42Е 76
Выводы 80
Глава 3. Разработка сканирующего электромагнитного дефектоскопа ЭМДС-С 81
3.1. Дифференциальные прижимные зонды для выделения малых дефектов и схема обработки их сигналов 83
3.2. Поперечные прижимные зонды для определения толщины стенки в секторах колонны 91
3.3. Структурная схема и технические характеристики дефектоскопа, модельные измерения 96
Выводы 100
Глава 4. Вопросы интерпретации данных электромагнитной дефектоскопии 101
4.1. Изучение градиента постоянного магнитного поля в стальной колонне для решения задач дефектоскопии 102
4.2. Способ определения удельной электропроводности металла обсадных колонн 137
4.3. Оперативное определение толщины стенок колонны способом масштабирующей кривой 146
Выводы 166
Глава 5. Анализ применения электромагнитных дефектоскопов 167
5.1. Результаты применения малогабаритного дефектоскопа ЭМДС-ТМ- 42 167
5.2. Результаты применения сканирующего дефектоскопа ЭМДС-С 178
Выводы 191
Заключение 192
Библиографический список использованной литературы
- Электромагнитная дефектоскопия стальных колонн
- Взаимодействие генераторной катушки зонда и колонны в момент выключения тока
- Поперечные прижимные зонды для определения толщины стенки в секторах колонны
- Способ определения удельной электропроводности металла обсадных колонн
Введение к работе
Актуальность работы
Большинство крупных нефтегазовых месторождений России
эксплуатируются в течение длительного времени, 20 — 30 лет и более. За это
время обсадные колонны многих скважин подверглись коррозии, в ряде
случаев приводящей к нарушению их герметичности, что, в свою очередь,
вызывает загрязнение водоносных горизонтов нефтью и
высокоминерализованными водами, увеличение содержания воды в добываемом флюиде. Особенно интенсивно коррозия развивается в нагнетательных скважинах, по которым подаются в продуктивный пласт сильно минерализованные воды, обогащенные кислородом при обработке на поверхности.
Контроль технического состояния скважин позволяет своевременно выявить нарушения колонн, оценить размеры и характер этих нарушений, произвести необходимый ремонт и таким образом уменьшить негативные последствия коррозионных процессов и продлить срок службы скважин.
Одним из наиболее эффективных методов в комплексе геофизических методов обследования обсадных колонн в последние два десятилетия стала электромагнитная дефектоскопия.
Несмотря на наличие разнообразной аппаратуры электромагнитной дефектоскопии, существует настоятельная необходимость создания более совершенных приборов. Требуется создать сканирующую аппаратуру, которая позволяла бы получать картину состояния стенки в азимутальной развёртке, в том числе её толщину, выделять малые дефекты; необходимо разработать аппаратуру для дефектоскопии и толщинометрии колонны действующих скважин без подъёма насосно-компрессорных труб; создать аппаратуру для детального контроля сверлящей и кумулятивной перфорации, вплоть до выделения отдельных отверстий. Создание и усовершенствование аппаратуры и методики скважинной электромагнитной дефектоскопии необходимо для
повышения достоверности изучения состояния колонн, получения информации, пригодной для обоснованного планирования ремонта и эксплуатации скважин.
Целью диссертационной работы является повышение качества
обследования технического состояния колонн нефтегазовых скважин на основе
разработки современной цифровой микроконтроллерной аппаратуры
электромагнитной дефектоскопии с расширенными функциональными
Основные задачи исследований:
- теоретически исследовать взаимодействие генераторной катушки зонда
и окружающей её стальной колонны и выбрать оптимальные параметры
генераторного контура;
- разработать зондовые системы, обеспечивающие выявление и
распознавание различных дефектов: продольных и поперечных трещин,
коррозионных язв и отверстий, в том числе отверстий кумулятивной и
ф сверлящей перфорации, - и позволяющие раздельно измерять толщину стенок
по нескольким секторам;
- разработать электронные схемы цифровых микроконтроллерных
дефектоскопов, обеспечивающие высокую помехоустойчивость при измерении
слабых сигналов на выходе измерительных катушек зондов;
- с помощью математического и физического моделирования исследовать
постоянное естественное магнитное поле в разрыве стальной обсадной трубы и
разработать способ и аппаратурные средства для его измерения;
^ - разработать способ определения проводимости модельных стальных
труб на постоянном токе;
- разработать способ оперативного определения толщины стенок,
пригодный для интерпретации данных дефектоскопии в процессе каротажа.
Научная новизна работы
Теоретически и экспериментально исследовано взаимодействие генераторной катушки зонда со стальной колонной после выключения импульса тока, что позволило предложить и выполнить оптимизацию генераторных цепей; предложена помехоустойчивая электронная схема с использованием управляемого микропроцессором интегратора для измерения сигнала в измерительной катушке в широком диапазоне. На этой основе разработан малогабаритный электромагнитный дефектоскоп для обследования обсадных колонн действующих скважин через насосно-компрессорные трубы.
- Исследованы характеристики зондов различной конфигурации с
поперечной ориентацией вектора чувствительности в частотном и
нестационарном режимах измерения сигнала, что позволило предложить
прижимные зонды для измерения толщины, работающие в нестационарном
режиме, и дифференциальные прижимные зонды для обнаружения малых
дефектов, работающие в гармоническом режиме. На этой основе разработан
сканирующий дефектоскоп для детального обследования обсадных колонн
ремонтируемых скважин.
Исследованы причины появления аномалий постоянного магнитного поля в обсаженных скважинах, заключающиеся в том, что постоянное магнитное поле Земли, намагничивающее колонну как единый ферромагнитный стержень, в районе участков увеличенного магнитного сопротивления выходит во внутренний объем колонны; предложен способ измерения постоянного магнитного поля одновременно с э.д.с. спада и использования этих данных для обнаружения рассоединений в муфтах и зон перфорации.
На основе использования теоремы подобия для преобразования Фурье предложен оперативный способ определения толщины стенок колонны, позволяющий получить результаты электромагнитной дефектоскопии непосредственно на скважине.
7 Практическая ценность
Электромагнитные дефектоскопы, разработанные на основе исследований автора, позволяют существенно повысить полноту и достоверность контроля технического состояния скважин.
Малогабаритный электромагнитный дефектоскоп ЭМДС-ТМ-42 позволяет решать обширный комплекс задач, касающихся определения технического состояния стальных составляющих конструкции скважин: выделить дефекты коррозионного и механического происхождения, оценить толщину стенок двух внутренних труб, уточнить конструкцию скважины с привязкой элементов конструкции и дефектов к разрезу при помощи блока ГК, выделить интервалы перфорации (кроме сверлящей и в отдельных случаях кумулятивной), обнаружить рассоединения в муфтах. Одновременная запись данных термометрии позволяет получить дополнительную информацию о том, нарушают ли выявленные дефекты герметичность колонны.
Сканирующий электромагнитный дефектоскоп с прижимными зондами ЭМДС-С обеспечивает детальное изучение колонн ремонтируемых скважин, позволяет получить развёртку толщины стенок, выявить сквозные и несквозные коррозионные язвы и трещины, интервалы и отдельные отверстия сверлящей и кумулятивной перфорации.
По данным электромагнитной дефектоскопии в комплексе с другими геофизическими методами принимается обоснованное решение о необходимости ремонта скважины, объёме и методах ремонта или о ликвидации скважины в случае существенных повреждений колонны.
Реализация результатов работы
Электромагнитные дефектоскопы ЭМДС-ТМ-42 и ЭМДС-С выпускаются фирмой ПРИБОР - дочерним предприятием ОАО НЛП ВНИИГИС.
К настоящему времени малогабаритный электромагнитный дефектоскоп ЭМДС-ТМ-42 выпущен в количестве 72 экземпляров и используется в 21 производственной организации России и в зарубежных странах: Китае, Германии, Украине, Казахстане и Беларуси.
8 Сканирующий электромагнитный дефектоскоп ЭМДС-С применяется
в 5 производственных организациях в различных регионах России.
Защищаемые положения
Разработанный малогабаритный трёхзондовый электромагнитный дефектоскоп с микроконтроллерным управлением ЭМДС-ТМ-42, позволяющий обследовать техническое состояние действующих и ремонтируемых скважин, установить наличие дефектов типа трещин, коррозионных проявлений, определить толщину стенок двух внутренних труб, выделить интервалы кумулятивной перфорации.
Разработанный сканирующий электромагнитный дефектоскоп с прижимными зондами ЭМДС-С, обеспечивающий детальное изучение колонн ремонтируемых скважин, позволяющий получить развёртку толщины стенок, выявить сквозные и несквозные коррозионные язвы и трещины, интервалы и отдельные отверстия сверлящей и кумулятивной перфорации.
Способ изучения естественного магнитного поля в стальных колоннах, реализуемый с помощью дефектоскопа ЭМДС-ТМ-42 и позволяющий выявить рассоединения труб в муфтах.
Личный вклад автора
Автор является основным разработчиком малогабаритной аппаратуры ЭМДС-ТМ-42 и одним из основных разработчиков сканирующей аппаратуры ЭМДС-С. Конкретно автором проведены расчёты временного режима измерений, разработаны структурные и электрические принципиальные схемы обоих видов аппаратуры, телеметрическая линия связи, программы для микроконтроллеров. Автор участвовал в разработке зондовых систем, настройке, стендовых и скважинных испытаниях опытных образцов аппаратуры, внедрении аппаратуры в производство.
Из большого количества методических вопросов, возникающих при проведении и интерпретации данных электромагнитной дефектоскопии скважин, в диссертации рассмотрена только их небольшая часть, а именно собственные разработки автора и те вопросы, в решении которых роль автора
. 9 является ведущей. В частности, автором предложено и реализовано измерение нового параметра - градиента постоянного магнитного поля в колонне; разработана методика и выполнены измерения удельной электропроводности стальных обсадных труб; предложен способ оперативного расчёта толщины стенок по масштабирующей кривой.
Исследования по теме диссертации проведены в научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП ВНИИГИС) в рамках научно-исследовательских работ, выполнявшихся по заданию Минтопэнерго России и Управления по недрам Республики Башкортостан. В создании и усовершенствовании аппаратуры и методики вместе с автором принимала участие группа сотрудников ОАО НПП ВНИИГИС различных специальностей: геофизиков, конструкторов, радиоинженеров, программистов, - к.г.-м.н. В.К. Теплухин, к.г.-м.н. А.В. Миллер, Е.М. Мурзаков, О.М. Казакова, СВ. Степанов, В.Г. Судничников, В.Г. Нургалеев, А.В. Судничников, Р.Ф. Гатауллин, и автор весьма признателен им за плодотворное сотрудничество.
Настоящая работа выполнена под руководством доктора технических наук, академика РАЕН Л.Е. Кнеллера, которому автор выражает свою глубокую благодарность. Автор благодарит за ценные советы кандидата технических наук А.П. Потапова.
Электромагнитная дефектоскопия стальных колонн
В России и за рубежом активно развивается электромагнитный метод дефектоскопии.
Под электромагнитным методом дефектоскопии в дальнейшем будем понимать метод, в котором сравнительно низкочастотное магнитное поле (порядка десятков Герц), создаваемое генераторной катушкой, возбуждает в материале колонны индукционные токи, в свою очередь создающие магнитное поле, улавливаемое приёмными, или измерительными катушками. При этом может варьироваться как взаимное расположение катушек и их количество, так и способ измерений (в гармоническом или нестационарном режиме). Низкая частота поля даёт возможность изучать не только всю толщину стенки колонны, но и одновременно получать информацию о двух трубах в многоколонной конструкции (например, НКТ и эксплуатационной колонны) и даже о крупных дефектах третьей колонны. Фирма Schlumberger с семидесятых годов разрабатывает приборы электромагнитной дефектоскопии и толщинометрии [97, 98, 99]. Прибор МЕТТ (multi-frequency electromagnetic thickness tool — многочастотный электромагнитный прибор для измерения толщины) был создан в середине восьмидесятых годов, однако он является последней разработкой фирмы в этой области и применяется до сих пор.
Принцип действия прибора МЕТТ заключается в следующем: имеется центрированная генераторная катушка, размещённая на сердечнике. Эта катушка генерирует переменное магнитное поле. Вторая катушка, расположенная на некотором расстоянии, является приёмной. Главным параметром, связанным со средней толщиной металла в окружающей сердечник конструкции скважины, является фазовый сдвиг между излучённым и принятым сигналом. Как видно из представленных Schlumberger кривых, имеющих два максимума при прохождении зонда мимо муфты, расстояние между генераторной и приёмной катушками может достигать одного метра. Имеется несколько зондов разной длины, работающих на нескольких частотах. Кроме этого, имеется независимая система определения внутреннего диаметра электромагнитным способом с помощью высокочастотного зонда.
Прибор предлагается применять для обнаружения коррозии, приводящей к уменьшению средней толщины металла, отверстий диаметром больше 2 дюймов (50 мм) и вертикальных щелей. Электромагнитный метод, кроме этого, является единственным, позволяющим обнаруживать потери металла во внешних трубах многоколонных конструкций.
Главной проблемой измерения толщины стенки труб электромагнитным методом является неоднородность их электромагнитных свойств, т.е. магнитной проницаемости и проводимости. При работе прибором МЕТТ эта проблема решается следующим образом: для данной трубы выбирается такая частота и длина зонда, для которых показания (ослабление, пропорциональное логарифму амплитуды) максимально отражают свойства трубы, но ещё не зависят от толщины. При этом электромагнитное излучение должно максимально проникать в стенки трубы, но не выходить за внешнюю поверхность. Полученные данные о свойствах материала представляются отдельно под именем «отношение проницаемости/проводимости» и затем используются для вычисления усреднённой по окружности толщины стенки трубы.
Прибор Magnelog [100, 101, 102], похожий по основному принципу работы на прибор МЕТТ, разработан (также в середине восьмидесятых) фирмой Western Atlas. Прибор был спроектирован для оценки износа внутренней поверхности трубы, измерения толщины стенки в колоннах, собранных из труб разной толщины, и обнаружения нижней границы внешней колонны в многоколонных конструкциях. Он может также обнаруживать зоны коррозии, если они занимают значительную площадь. Кроме одного основного зонда для измерения толщины стенки трубы, прибор Magnelog содержит обнаружитель аномалий на внутренней стенке трубы, состоящий из генератора сравнительно высокой частоты, одной генераторной катушки и двух приёмных, сигналы которых в ненарушенной трубе компенсируют друг друга. Как и в приборе МЕТТ, имеется электромагнитный измеритель внутреннего диаметра.
Проблема зависимости показаний измерителя толщины стенки от электромагнитных свойств при интерпретации данных, полученных прибором Magnelog, решается следующим образом: считается известным тип материала всех труб, из которых состоит колонна. Для каждого типа материала имеется градуировочная кривая, связывающая сдвиг фазы со средней по окружности толщиной стенки трубы.
Взаимодействие генераторной катушки зонда и колонны в момент выключения тока
При разработке аппаратуры метода переходных процессов одна из трудностей заключается в правильном проектировании генераторных цепей, обеспечивающих наибольшую амплитуду возбуждаемого магнитного поля при наименьших искажениях измеряемого сигнала после выключения тока [75].
Рассмотрим более подробно процесс становления электромагнитного поля на примере осевого зонда, состоящего из коаксиально намотанных соленоидальных генераторной и измерительной катушек, которые размещены на сердечнике в виде стержня из ферромагнитного материала. Скважинный прибор обычно центрируют в колонне, при этом оси симметрии зонда и колонны совпадают.
Применение раздельных генераторных и измерительных катушек вызвано тем, что при возбуждении и приёме поля к катушкам предъявляются разные требования. В частности, низкое выходное сопротивление генераторных схем требует применения низкоомных генераторных катушек, в то же время более высокое входное сопротивление усилительных схем соответственно приводит к применению приёмных катушек с большим числом витков, позволяющих получить большую э.д.с. и добиться лучшего отношения сигнал/шум.
На вид сигнала, получаемого при измерениях, может влиять не только параметры исследуемой трубы, но и параметры самого зонда, включённого в реальную схему (рис. 2.6).
Генераторная цепь изображена в виде источника э.д.с. Е, внутреннего сопротивления схемы генератора R\ и периодически замыкаемого для подачи импульса тока в генераторную обмотку ключа S. Генераторная обмотка с индуктивностью Lj и сопротивлением R3 нагружена на демпфирующее сопротивление R-2.
Необходимость введения R.2 вызвана следующим. Рассмотрим момент, когда в конце импульса напряжения, подаваемого со схемы, выключатель S размыкается. В этот момент ток в Li достигает установившегося значения 10. Как известно, ток в индуктивности мгновенно измениться не может из-за явления самоиндукции и в первый момент после выключения S будет равен 10. При отсутствии шунтирующего катушку сопротивления R2 на зажимах катушки возникнет бросок напряжения, теоретически равный бесконечности. Практически величина броска будет ограничена конечной скоростью выключения электронных ключей схемы генератора и паразитной ёмкостью цепей, но тем не менее без R.2 амплитуда импульса при выключении может достигать нескольких сотен вольт. Для ограничения броска, что необходимо для защиты электронной схемы генератора, вводится шунтирующее генераторную обмотку сопротивление R.2 При этом возникает вопрос, насколько наличие R2 влияет на форму измеряемого напряжения спада и как при изменении R2 изменяется энергия, передаваемая от катушки среде.
Опишем процессы в системе зонд - среда в операторной форме.
Если не учитывать влияние паразитной ёмкости и считать скорость выключения бесконечно большой, то для величины броска в момент выключения можно записать [80]: где Uo - амплитуда броска напряжения на катушке в момент выключения; 1о - ток в катушке до выключения; R2 - величина шунтирующего катушку сопротивления. Реально бросок напряжения будет меньше из-за влияния паразитной ёмкости и конечной скорости выключения схемы генератора.
Если бы не существовало других элементов цепи, кроме Li, R3 и R2, то после выключения S в генераторной обмотке описывался бы выражением R2+R3 I(t) = I0e [r\ где I(t) - ток в генераторной катушке; Li - величина индуктивности генераторной катушки; t - время, измеренное от момента выключения генератора; R3 - собственное сопротивление катушки.
Предположим, что влияние приёмной катушки на токи в системе зонд -колонна мало. Тогда электрическая эквивалентная схема системы будет выглядеть так, как изображено на рис. 2.7а. На этом рисунке Е обозначает источник э.д.с, который в сочетании с внутренним сопротивлением схемы генератора Ri отражает параметры схемы генератора. Работа генератора моделируется замыканием и размыканием ключа S. Поскольку измерения процесса спада проводятся после выключения тока в генераторной катушке, то больший интерес в практическом плане представляют именно процессы после разрыва цепи ключом S.
Как было указано выше, Li обозначает индуктивность генераторной катушки, R.3 — её внутреннее сопротивление, R2 - шунтирующее сопротивление. Ьз обозначает индуктивность окружающего зонд участка колонны, рассматриваемого как одновитковый соленоид, R5 обозначает сопротивление витка этого эквивалентного соленоида, Мп обозначает взаимную индуктивность между генераторной обмоткой и колонной.
Предположим, что взаимодействие индуктивностей Lj и Ьз таково, что позволяет отметить начало обмоток так, как оно обозначено на рис. 2.7а.
Поскольку цепи гальванически развязаны, то можно соединить нижние по схеме концы Lj и Ьз проводником, как показано на рис. 2.76. При этом по соединительному проводнику не будет протекать какой-либо ток, и характеристики всех процессов, протекающих в цепях, останутся прежними. Рисунок 2.76 можно перерисовать в виде, изображённом на рис. 2.7в, а также на рис. 2.7г при условии, что Яб = 0.
В этом виде к точке соединения Li и Ь3 подходит третья ветвь цепи, что даёт формальное право преобразовать цепь в соответствии с правилом развязки взаимосвязанных катушек индуктивностей, согласно которому индуктивность двух катушек, имеющих общую точку, надо уменьшить на величину взаимной индуктивности, а во все другие ветви включить индуктивность, равную взаимной индуктивности развязываемых катушек [81,82].
Поперечные прижимные зонды для определения толщины стенки в секторах колонны
Главная проблема при выделении дефектов небольших размеров — это различение аномалий от дефектов на фоне кривой каротажа в ненарушенной трубе, которая не является идеальной прямой из-за наличия неоднородностей электромагнитных свойств материала трубы. Неоднородности обусловлены особенностями технологии изготовления труб и имеют периодический характер. Они чётко проявляются на диаграммах электромагнитной дефектоскопии, их линейные размеры и пространственный период составляет обычно несколько десятков сантиметров. В качестве искомого дефекта для определённости будем рассматривать отверстие, образовавшееся в процессе питтинговой коррозии или перфорационное отверстие диаметра порядка 10 мм. Различие в размерах искомых малых дефектов и неоднородностей стенки объясняет тот экспериментально установленный факт, что по мере приближения к стенке трубы величина аномалии от отверстия растёт быстрее, чем величина помех, вызванных неоднородностью материала трубы.
Предположим, что в стенке трубы создан магнитный поток, направленный параллельно её оси. Наличие препятствия для магнитного потока в виде отверстия создаёт условия для возникновения разности магнитных потенциалов на его краях, и в пространстве вблизи отверстия возникает аномалия магнитного поля, аналогичная полю магнитного диполя. Как известно, напряжённость магнитного поля диполя в плоскости его экватора затухает обратно пропорционально кубу расстояния до него. Если размеры источника поля намного больше расстояния от него до датчика, напряжённость поля слабо зависит от расстояния. Соответственно, приближение датчика к стенке с отверстием резко увеличивает амплитуду полезного сигнала от дипольного источника, а от обширных источников помех сигнал увеличивается незначительно. Замеры на моделях дают затухание по мере удаления от стенки трубы для помех медленнее, чем 1/г, а для аномалии от малого дефекта быстрее, чем l/r2.
Поэтому естественным решением задачи выделения дефектов небольшого размера является применение прижимных зондов, т.е. зондов, расположенных по мере возможности как можно ближе к стенке колонны.
Другим приёмом, позволяющим улучшить соотношение сигнал/шум кривой каротажа (под сигналом понимается величина аномалии от дефекта, а под шумом - неоднородность ненарушенной трубы), является создание как можно более однородного возбуждающего поля, не зависящего от материала трубы. Для этого при работе в режиме обнаружения дефектов в качестве источника поля нами использован длинный соленоид (/ = 40 см). Неоднородности трубы при возбуждении поля интегрируются по длине соленоида. На рис. 2.1 видно, что линии магнитного поля при работе генераторной катушки замыкаются не только между полюсами, но и на бесконечность, т.е. в сторону от зонда. Эта составляющая поля используется при обнаружении дефектов в приборе ЭМДС-С. Приёмные катушки зонда режима дефектов располагаются по обе стороны от полюсов генераторной катушки, по два зонда с каждой стороны, итого четыре зонда, каждый из которых охватывают угол 90 градусов с небольшим прекрытием. При приёме используется дифференциальная установка, причём две приёмные катушки, включённые встречно-последовательно, имеют ось, нормальную к поверхности трубы, и располагаются одна за другой вдоль оси скважины. Использование дифференциальной установки также позволяет улучшить соотношение сигнал/шум, так как пространственный период неоднородностей стенки трубы значительно больше расстояния между катушками.
Для обработки сигнала от дифференциальных зондов было принято решение использовать режим гармонического сигнала. При этом генераторная катушка питается прямоугольными разнополярными импульсами тока, разделёнными паузами. Такое решение по сравнению с питанием синусоидальным напряжением позволяет увеличить к.п.д. и избежать выделения мощности на транзисторах генераторной схемы, что увеличивает термостойкость. Наличие паузы позволяет передать цифровые данные в режиме ненагруженного источника питания (под нагрузкой импульсный источник питания скважинного прибора является источником повышенных помех). Кроме этого, такая форма импульса позволяет увеличить удельный вес первой гармоники в спектре возбуждающего поля.
Способ определения удельной электропроводности металла обсадных колонн
Измеряемый сигнал при работе методом электромагнитной дефектоскопии непосредственно зависит не только от толщины стенки трубы 5, которая является определяемой величиной, но и от свойств материала трубы, а именно от магнитной проницаемости и. и удельной проводимости а (диаметр трубы считается известным) [43,83].
На практике в условиях ограниченной точности измерений определить все три параметра не представляется возможным с удовлетворительной точностью [45]. Практическим выходом из этой ситуации обычно является принятие одного из неизвестных параметров постоянным. Обычно в этой роли выступает проводимость. Считается, что она более постоянна, чем магнитная проницаемость.
Между тем известные автору попытки измерения параметров [і и ст опираются на данные самих методов электромагнитной дефектоскопии, и в основном до сих пор сводились к подбору таких цист для трубы с известной толщиной, которые бы при подстановке в исходные данные теоретических расчётов позволяли получить наилучшее совпадение теоретических и экспериментальных значений э.д.с. Поскольку влияние цист разделить достаточно трудно, то при выборе начального значения ст в работе участием автора [57] также приходилось полагаться на справочное значение для стали, которое по разным данным равно примерно 5 — 8 х 106 См/м.
Исходя из сказанного, представляют интерес данные по фактической величине ст набора обсадных труб.
Автором предложена и применена методика непосредственного измерения удельной электрической проводимости стальных обсадных и насосно-компрессорных труб.
Измерения проводились на постоянном токе, что гарантирует отсутствие влияния скин — эффекта и вариаций магнитной проницаемости. Идея измерений состоит в следующем: используется четырёхэлектродная установка (рис. 4.13), причём электроды АВ закрепляются на концах исследуемой трубы. В качестве источника тока использовался лабораторный источник питания Б5-47, находившийся в режиме стабилизации тока. При этом ток, протекающий через трубу, составлял 2,9 Ампера.
Электроды измерительной линии MN были разнесены на расстояние 0,4 -0,5 метра. Считая, что ток распределяется по трубе равномерно как по толщине стенки, так и по азимуту, зная питающий ток J, расстояние между электродами MN 1, напряжение между М и N U, внутренний ri и внешний Гг радиус трубы, можно найти удельную проводимость ст :
Исследовались трубы, использующиеся в качестве моделей толщины и различных дефектов в метрологическом центре ВНИИГИС. Модели изготовлены из отрезков обсадных труб и НКТ, не бывших в эксплуатации. Длина большинства исследованных труб составляет 4,5 метра.
Напряжение U для разных труб колебалось в пределах от 30 до 300 микровольт. Для измерения величины U использовался специально собранный усилитель постоянного тока на ОУ 140УД17А (рис. 4.14), к выходу которого подключался цифровой мультиметр, включенный на шкале измерения единиц милливольт. Усилитель постоянного тока питался от батарей двухполярным напряжением плюс-минус 9 В.
В приёмной линии MN использовались стальные электроды, которые прижимались к исследуемой трубе, место контакта тщательно зачищалось от окислов. Однородность материала электродов и среды (сталь) позволила минимизировать контактный потенциал, который составлял единицы — первые десятки микровольт. Для учёта контактного потенциала и смещения усилителя измерения производились в режиме периодического включения и выключения тока в линии АВ.
