авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Совершенствование контроля технического состояния колонн нефтегазовых скважин методом электромагнитной дефектоскопии (на примере оренбургского газоконденсатно

-- [ Страница 3 ] --

На характер распределения магнитного поля в трубах, создаваемого внешним источником (соленоидом), влияет степень однородности (или наличие/отсутствие нарушений) металла эксплуатационных колонн. Намагничивание стали всегда связано с переориентировкой магнитных моментов в определенном направлении. Моменты можно выразить через зависимость их от направлений векторов магнитной индукции B. В анизотропной среде компонент вектора B определяется выражением:

, (7)

где суммирование производится по пространственным координатам j = x,y,z. Сказанное означает, что в анизотропной среде направления векторов B и H могут не совпадать.

В намагниченной ферромагнитной среде магнитная проницаемость является тензором. В общем случае в декартовой системе координат тензор магнитной проницаемости может быть представлен в виде:

(8)

Записывая известное уравнение (7) в проекциях на оси декартовой системы координат x, y, z приходим к следующим уравнениям:

(9)

С целью выявления структурных изменений (нарушений) в металле эксплуатационных колонн необходимо проанализировать характер пространственного распределения (или, другими словами, геометрию силовых линий) индукции магнитного поля, полученного с помощью соленоида по периметру эксплуатационной колонны. Геометрической характеристикой векторного (в данном случае магнитного) поля могут служить векторные линии.

Векторными линиями магнитного поля В (l) (линии магнитной индукции) являются кривые, в каждой точке которых касательная имеет направление вектора, определяемого углом наклона этого вектора. На основании уравнений (7), (8) и (9) магнитная проницаемость может быть разной даже внутри ферромагнитного вещества. Следовательно, направление вектора силовых линий магнитного поля также зависит от структурного состояния металла трубы, т.е. наличия или отсутствия дефектов.

Параметры магнитного поля внутри трубы могут быть вычислены в результате решения уравнений Максвелла в трехмерной постановке при соответствующих краевых условиях. Вследствие различной магнитной проводимости вблизи поверхностных и скрытых дефектов, распределение магнитного поля внутри колонны даёт информацию о пространственном расположении дефектов стенок коррозионного, механического, технологического происхождения.

При отсутствии дефектов колонны распределение магнитных силовых линий имеет вид равномерной сетки (рис. 3). В месте дефекта происходит искажение и искривление силовых линий магнитного поля.

Чтобы определить геометрическую характеристику (угол наклона ) векторных линий нужно расположить вокруг соленоида датчики магнитного поля, с помощью которых был бы возможен расчет относительного (по глубине исследований) изменения пространственного распределения силовых линий магнитного поля в трубах нефтегазовых скважин.

Для определения угла наклона автором сначала аналитически рассчитаны компоненты индукции магнитного поля по соответствующим координатам. Затем, при практической реализации этого принципа измерения, имея расчетные значения компонент, разработан приемлемый для оперативного расчета алгоритм и подобраны соответствующие магнитные сенсоры, которые позволяют измерять углы наклона по всему периметру соленоида с определенным шагом. Этот шаг выбран исходя из необходимой минимальной достаточности, определяемой на основании соответствующих требований к значению допустимой протяженности дефекта.

Индукция магнитного поля B находится из известной системы уравнений Максвелла для магнитного поля, порожденного постоянными токами при отсутствии ферромагнитной среды:

(10)

,

где j – плотность тока.

B является соленоидальным полем и, таким образом, может быть выражено через ротор векторного потенциала A:

(11)

В нашем случае (при наличии ферромагнитной среды) векторный потенциал A является суммой потенциалов, созданных токами проводимости, молекулярными токами и поверхностными молекулярными токами, причем все токи создают потенциал по одному и тому же закону. Поэтому выражение для векторного потенциала источника магнитного поля, находящегося в ферромагнитной среде, будет выглядеть следующим образом:

(12)

С целью проведения измерений разработанным зондовым устройством дифференциального типа в моделях эксплуатационной колонны при непосредственном участии автора был создан макет скважинного прибора СЭМД (сканирующий электромагнитный дефектоскоп). Принципиальная электрическая схема прибора была разработана и изготовлена на базе современных микропроцессорных средств.

Скважинный макет содержит измерительную систему 1 с N датчиками магнитного поля (рис. 4), расположенными равномерно вокруг соленоида, по периметру круга, выходы которых подключены к входу аналогового коммутатора 2, выход которого подключён ко входу прецизионного дифференциального усилителя 3, второй вход которого соединён с нулевой точкой, выход прецизионного дифференциального усилителя подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 4, выход которого подключен ко входу микропроцессорного устройства 5, соединенного с оперативной памятью 6 двунаправленной линией связи, а также подключенного к модулю телеметрии и согласования с геофизическим кабелем 7 (рис. 4).

Скважинным макетом СЭМД в процессе разработки были проведены испытания в моделях эксплуатационных колонн при различных напряженностях магнитного поля. Произведён анализ распределения силовых линий индукции магнитного поля в магнитно-однородных и неоднородных средах. На рис. 5 приведены замеры в модели эксплуатационной колонны внешним диаметром 148 мм и толщиной 8 мм с искусственно созданными дефектами. Искривление силовых линий на рисунке соответствует местам расположения дефектов, при этом также возможно определение ориентации дефектов.

Автором была разработана программа регистрации данных скважинного сканирующего электромагнитного дефектоскопа, позволяющая регистрировать данные по глубине исследования в обсадных колоннах нефтегазовых скважин.

Для обработки и визуализации результатов измерения аппаратурой СЭМД автором совместно со специалистами НИИГТ НПФ «Оренбурггазгеофизика» разработан программно-методический комплекс. Программа позволяет визуализировать данные сканирующей электромагнитной дефектоскопии в трех видах: силовых линий, плоской цветовой развертки и 3D с возможностью цветовой градации. Приведенные на рис. 5 и рис. 6 результаты исследований на моделях и скважинах выполнены с помощью вышеперечисленных программных комплексов.

Аппаратура СЭМД прошла испытания на скважинах в условиях производственного процесса. В частности, на рис. 6 показано выявление интервала перфорации на скважине этой аппаратурой.

Основные выводы

1. На основе проведенных теоретических исследований автором были выведены и применены для практической реализации оригинальные математические зависимости для расчета интегральной толщины обсадных колонн и НКТ. Установлено, что фиксация дополнительной индукции магнитного поля, вызванной только локальной намагниченностью труб, позволяет выявлять и учитывать неоднородность магнитного поля при расчете интегральной толщины.

2. Разработана программно-управляемая скважинная аппаратура электромагнитной дефек­тоскопии интегрального типа ЭМДС-И (электромагнитный дефектоскоп им­пульсный), с автоматически регулируемым коэффициентом усиления измерительного тракта, позволяющая получать необходимый для реализации созданной математической модели объем информации о затухании электромагнитного поля в обсадных колонных и НКТ (регистрируется 95 % кривой затухания электромагнитного поля).

3. Создан программно-методический комплекс для регистрации данных с аппаратуры ЭМДС-И и для последующей обработки полученной информации с целью определения интегральной толщины стенок исследуемых труб. За счет внедрения технологии электромагнитной дефектоскопии ЭМДС-И повысилась точность измерений (в одноколонной конструкции с погрешность равна ±0.3 мм, в двухколонной конструкции: для внутренней колонны – ±0.5 мм, для внешней – ±1.2 мм.), что особенно актуально при оценке технического состояния эксплуатационных колонн через НКТ в действующих скважинах.

4. На основе результатов математического и физического моделирова­ния, а также полевых исследований комплексом ЭМДС-И установлено, что определение углов векторов силовых линий магнитного поля, создаваемого соленоидом в эксплуатационной колонне, позволяет по-секторно оценивать целостность металла обсадных колонн.

5. Разработан аппаратурно-методический комплекс СЭМД (сканирующий электромагнитный дефектоскоп) в составе программы регистрации, программы обработки первичных данных и скважинной аппаратуры, предназначенной для работы в скважинах, имеющих диаметр колонн от 110 мм до 168 мм. Разработанная технология СЭМД за счет применения магнитных сенсоров, чувствительных только к направлению магнитного поля, обеспечивает выявление локальных дефектов вертикальной/горизонтальной протяженностью от 30 мм различного типа (очагов коррозии, трещин, интервалов перфорации, внутренних нарушений неспешности металла и т.д.) с шириной раскрытия от 0.5 мм и определение их характера (пространственное расположение).

Развитие технологии СЭМД и интерпретации полученных материалов позволяет в перспективе определять глубину дефектов, классифицировать нарушения по видам. Кроме того, разработанная автором методика измерения векторных характеристик магнитного поля может эффективно использоваться для уточнения глубины нахождения измерительных средств при скважинных геофизических исследованиях.

Мониторинг технического состояния эксплуатационных колонн в скважинах с использованием предлагаемых средств измерения расширяет прогнозные возможности геофизики для предотвращения возникновения аварийных ситуаций.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Марков В.А., Иванов О.В., Исследование технического состояния колонн скважин геофизическими методами // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС. – 2004. №. 5-6 (118-119). - С. 245-253.

2. Марков В.А., Шулаев В.Ф., Масленников В.И., Иванов О.В. Технология электромагнитной дефектоскопии обсадных колонн разведочных и эксплуатационных скважин. // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС, 2004. № 5-6 (118-119) - С. 259-265.

3. Марков В.А., Шулаев В.Ф., Масленников В.И., Иванов О.В. Современные геофизические технологии диагностирования технического состояния эксплуатационных скважин. // Нефтепромысловое дело, Ежемесячный научно-технический журнал, - 2007. № 12. – С. 26 – 29.

4. Патент № 2319955 Россия, МПК G01N 27/87. Способ магнитной дефектоскопии колонн в нефтегазовых скважинах и устройство для его осуществления. / Деркач А.С., Марков В.А., Шулаев В., Иванов О.В. // Заявл. 29.03. 2005.; Опубл. 20.03.2008, Бюл. Изобретения - № 8.

5. Патент на изобретение № 2290632 Россия, МПК G01N 27/90. Электромагнитный дефектоскоп скважинный. / Марков В.А.., Шулаев В.Ф., Масленников В.И, Иванов О.В. // Заявл. 28.06.2004.; Опубл. 27.12.2006, Бюл. Изобретения - № 36.

6. Патент № 2298646 Россия, МПК E21B 47/04. Способ измерения глубины скважины при геофизических исследованиях. / Масленников В.И., Марков В.А., Иванов О.В. // Заявл. 27.09.2005.; Опубл. 10.05.2007, Бюл. Изобретения - № 13.

7. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612136 Россия. Программно-методический комплекс (КВАНТ). / Деркач А.С., Беляев В.П., Масленников В.И., Иванов О.В. // Заявл. 11.07.2003.; Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11.09.2003.

8. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004610717 Россия. Программно-методический обрабатывающий комплекс (ЭМДС). / Шулаев В.Ф., Масленников В.И., Иванов О.В. // Заявл. 28.01.2004.; Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19.03.2004.

9. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610346 Россия. Программа сбора и анализа данных магнитной дефектоскопии. / Деркач А.С., Иванов О.В., Шулаев В.Ф., Масленников В.И. // Заявл. 24.12.2005.; Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19.01.2006.

10. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613265 Россия. Программа обработки и визуализации данных сканирующей электромагнитной дефектоскопии. / Марков В.А.., Иванов О.В., Шулаев В.Ф., Масленников В.И. // Заявл. 24.07.2006.; Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15.09.2006.

11. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007612453 Россия. Программа для регистрации магнитной анизотропии металла обсадных колонн. / Марков В.А.., Иванов О.В., Шулаев В.Ф., Масленников В.И. // Заявл. 23.04.2007.; Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 09.06.2007.

12. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007610560 Россия. Дифференциальное исследование электромагнитных полей на дефектах обсадных колонн. / Деркач А.С., Иванов О.В., Шулаев В.Ф., Масленников В.И. // Заявл. 23.11.2006.; Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 05.02.2007.

В других изданиях:

13. Иванов О.В. Технология интерпретации электромагнитной дефектоскопии в программно-методическом комплексе ЭМДС-И. //Современные геофизические технологии. Материалы научно-практической конференции «Геофизические технологии ХХI века». – Оренбург, 2005. - С. 156-162.

14. Марков В.А., Шулаев В.Ф., Масленников В.И., Иванов О.В. Диагностика технического состояния скважин ОНГКМ геофизическими методами. // Материалы международной научно-технической конференции: Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред. – Оренбург: 2002. - С. 104-111.

15. Марков В.А., Шулаев В.Ф., Масленников В.И., Иванов О.В. Способы повышения информативности и достоверности метода электромагнитной дефектоскопии. //Материалы научно-практической конференции «Новая техника и технология для геофизических исследований скважин». – Уфа, 2008. – С. 35-36.

16. Масленников В.И., Иванов О.В. Развитие геофизических технологий диагностирования технического состояния эксплуатационных скважин. //Специализированный сборник. Геология, Бурение, Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. – 2008. - №3. – С. 36 – 41.

17. Экологические аспекты контроля технического состояния скважин нефтегазовых месторождений и ПХГ по геофизическим данным. Деркач А.С., Марков В.А., Масленников В.И., Иванов О.В. // Современные геофизические технологии. Материалы научно-практической конференции «Геофизические технологии ХХI века». – Оренбург: 2005. - С. 163-169.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.