Методы магнитной дефектоскопии .

Магнитные методы применяют для контроля изделий из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии.

В зависимости от задач контроля используется циркулярное, продольное и комбинированное намагничивание. Наибольшая выявляемость дефектов наблюдается при направлении намагничивающего поля в изделии перпендикулярно направлению дефекта. Магнитные силовые линии, встречая дефект на своем пути, не пересекают его, а обтекают, распространяясь к поверхности изделия. В результате над дефектом создается «выпучивающееся» магнитное поле, называемое полем утечки. Регистрация полей утечки может осуществляться с помощью ферромагнитного порошка или ферромагнитной жидкости. При этом ферромагнитные частицы как мелкие магнитики размещаются в местах дефектов, создавая видимое изображение, так называемые «спектры дефектов».

Исследования, проведенные французской фирмой «Vetсо OGD» показали, что надрез на внутренней поверхности трубы шириной 1 мм и глубиной 12 % (и более) от толщины стенки трубы хорошо выявляется с помощью магнитной дефектоскопии. В эксперименте использовалась труба диаметром 125 мм и толщиной стенки 8 мм.

Для успешного применения магнитных методов напряженность магнитного поля должна быть 4000–8000 А/м. Следует также иметь в виду, что после проведения контроля труб необходимо их размагничивать.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что метод магнитной дефектоскопии наиболее удобно применять для контроля дефектов труб на земной поверхности.

Электромагнитные методы дефектоскопии.

Основаны на регистрации изменений электромагнитного поля, возбуждаемого в изделии индуктивной катушкой. Электромагнитное поле воздействует на катушки измерительного преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное сопротивление. ЭДС и полное сопротивление преобразователя зависят от многих параметров объектов контроля, т.е. информация по характеру многопараметровая. С одной стороны это позволяет осуществить многопараметрический контроль, а с другой – требуются специальные приемы для разделения информации об отдельных параметрах объекта. При контроле одного из параметров влияния остальных на сигнал преобразователя становится мешающим и это влияние необходимо всячески уменьшать. Другая особенность электромагнитного контроля состоит в том, что его можно проводить без контакта преобразователя с объектом контроля.

Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности электромагнитных методов. Кроме того, на сигналы измерительных преобразователей практически не влияют влажность, давление, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами. Они могут работать в широком диапазоне температур и давлений, в агрессивных средах, устойчивы к механическим воздействиям.

Указанные качества создают предпосылки широкого использования электромагнитных методов в скважинных условиях для контроля технического состояния обсадных колонн.

 

Метод рассеянного гамма-излучения (МРГ).

Метод рассеянного гамма-излучения (МРГ) основан на поглощении гамма-квантов при расхождении слоя вещества и применяется при исследовании скважин для решения различных задач, связанных с геологической документацией разрезов (гамма-гамма каротаж – ГГК), контролем обводнения нефтяных пластов и контролем технического состояния скважин, для определения качества цементирования обсадных колонн, определения высоты подъема цемента, распределения цементного камня между обсадной колонной и стенками скважины и эксцентриситета колонны в стволе.

Обсадная колонна является сильным поглотителем гамма-квантов. Поэтому небольшие изменения толщины ее стенок заметно изменяют показания (10–12 % на 1 мм толщины).

Метод позволяет определять среднюю толщину стенки по периметру, интервалы механического и коррозионного износа, крупные дефекты с большой потерей металла независимо от плотности скважинной жидкости, отложений парафина и загрязнений внутренней поверхности труб. В России данный метод реализуется с помощью аппаратуры СГДТ-2, СГДТ-3 и т.п.

Скважинный гамма-дефектомер-толщиномер СГДТ-2 позволяет в 146 и 168 мм обсадных колоннах определить:

· среднюю толщину и средний диаметр труб по периметру с точностью до 0,5 мм;

· эксцентриситет колонны;

· качество заполнения затрубного пространства цементным раствором;

· места расположения муфт и центрирующих фонарей;

· высоту подъема тампонажного раствора;

· равномерность его распределения за колонной.

СГДТ-2 имеет большую чувствительность и разрешающую способность, но область его применения ограничена температурами 80–100 °С. В результате этого он находит применение в районах сравнительно неглубокого бурения (в Татарии, Башкирии, Тюменской области и т.д.).

Гамма-дефектомер-толщиномер скважинный СГДТ-3 предназначен для определения технического состояния обсадных колонн диаметром 146–168 мм и качества цементирования. С его помощью могут быть определены интервалы механического и коррозионного износа и средняя толщина обсадных колонн в диапазоне 5–12 мм с погрешностью 0,5 мм при внешнем гидростатическом давлении до 60 МПа и при температуре окружающей среды от –10 до: 120 °С, а также эксцентриситет колонны в скважине.

Кроме указанных приборов (СГДТ-2 и СГДТ-3, СГДТ-НВ) известны гамма-толщиномер и гамма-калибромер, позволяющие определять толщину обсадных труб с точностью до 0,25 мм и внутренний диаметр их с точностью до –0,5 мм соответственно. Однако все они имеют ряд существенных недостатков:

· не выявляется желобной износ обсадных колонн, поскольку он оказывается изначально усреднен и «растянут» по всему периметру труб, а также трещины и небольшие дефекты, мало изменяющие объемную плотность среды в зоне контроля;

· определяют только усредненные значения толщины стенки и средний диаметр труб по периметру;

· по результатам исследований нельзя получить информацию о внутренней геометрии (проходном сечении) обсадных колонн;

· на качество получаемой информации влияют барит в буровом растворе и отложения солей в скважинной зоне и на внутренних стенках обсадной колонны;

· сложность аппаратуры, требующая высококвалифицированного обслуживания и тщательной подготовки к исследованиям;

· низкая скорость исследований;

· использование радиоактивных изотопов для создания гамма-излучения накладывает дополнительные требования к безопасности проведения исследований, а сами исследования приравниваются к аварийным работам в скважинах из-за опасности оставления радиоактивного источника на забое.

 

Метод снятия оттисков.

Метод снятия оттисков реализуется с помощью спуска в обсадную колонну на трубах гидравлической печати, которая содержит недеформируемую или упругодеформируемую матрицу с установленным на ней пластичным слоем и механизм, прижимающий пластичный слой к изучаемому объекту. Преимущество метода снятия оттисков заключается в том, что можно получать макро и микрогеометрию контролируемой поверхности на значительной площади. Получаемые оттиски легко интерпретируются, печать дает объемное изображение корродированных мест, лопнувших труб, трещин, порезов и перфорационных отверстий.

Недостатком данного метода является невозможность получения информации с поверхности обсадных колонн, имеющей малопроницаемые или совсем непроницаемые дефекты труб, за счет защемления жидкости в углублениях дефектов. Это препятствует контакту пластичного рабочего слоя с углублениями на исследуемых участках труб.

Не определяются дефекты, имеющие плавные переходы, например, желобной износ обсадных колонн замками бурильной колонны.

Использование гидравлических печатей для определения мест повреждения сопряжено с большими затратами времени на проведение исследований, поскольку они являются средствами контроля одноразового действия. Следовательно, для получения отпечатков дефектного участка обсадной колонны необходимо предварительное и точное определение его местоположения другими методами.

Метод снятия оттисков реализован в России в гидравлической печати ПГ. Принцип действия печати основан на прижатии пластичной поверхности расширяющегося резинового баллона к поврежденному участку обсадной трубы. Расширяется баллон жидкостью, закачиваемой под давлением.

Гидравлическая печать на насосно-компрессорных или бурильных трубах спускается к месту повреждения колонны. При этом жидкость, имеющаяся в скважине, через заливной клапан заполняет колонну труб и устройство; в течение, 0–15 мин поддерживается давление 1–3 МПа, после чего сливной клапан срабатывает, давление сбрасывается и печать поднимается на поверхность.

Гидравлическая печать разработана для эксплуатационных колонн диаметром 146 и 168 мм в институте ВНИИКРнефть и предназначена для снятия отпечатков с внутренней поверхности обсадной колонны при ремонте скважины с целью определения места, размеров и формы ее повреждения, а также для оценки качества перфорации.

Использование гидравлической печати помогает оценить состояние ремонтируемой колонны и сделать правильный выбор способа ремонта.

Исследования выполнимы в скважинах, заполненных водой, глинистым раствором с температурой до 363 K (90 °С).

Применение гидравлической печати при температурах до    90 °С обусловлено термостойкими свойствами сырой резины. Расширение диапазона температур, при которых печать работоспособна, может быть достигнуто при использовании более термостойких пластичных материалов. Испытания показали, что полученные отпечатки имеют четкий оттиск, позволяющий характеризовать состояние поврежденного участка колонны.

Силовой метод контроля.

Силовой метод контроля основан на измерении сил сопротивления движению спускаемого устройства в скважине. С помощью силового метода контроля можно решать следующие задачи:

· определение интервалов резких перегибов ствола и будущих осложнений в обсадной колонне;

· определение прохождения через обсадную колонну различных компоновок инструмента и долот;

· исследование процесса трения бурильных труб в обсадной колонне.

Кроме того, силовой метод контроля можно использовать для выбора мест установки центраторов, протекторов, изучения закономерностей желобообразования в обсаженном и открытом стволах, определения фактической нагрузки на долото и т.д.

Замеры сил сопротивления в новой обсадной колонне позволяют выделять интервалы повышенных усилий при движении бурильных труб. Причинами этого могут быть резкие перегибы, уступы в местах соединения труб, увеличение или уменьшение диаметров, неровности в открытом стволе скважины и т.д. В этих интервалах возможны ускоренный износ, порезы и другие повреждения обсадных труб, срыв протекторных колец, слом бурильного инструмента.

Для осуществления силового контроля в СевКавНИПИнефти разработан комплекс устройств. Так, для измерения сил сопротивления и прижимающих усилий применяются устройства, в которых действующие усилия деформируют динамометрические пружины, размещенные в силовом звене. Эти деформации записываются на диаграмме регистрирующего устройства.

Наряду с устройствами для измерения сил сопротивления, которые спускаются на бурильных трубах и имеют автономные регистраторы, разработаны устройства аналогичного назначения, спускаемые на каротажном кабеле и имеющие по нему канал связи с наземным регистратором.

Промысловые испытания показали, что этим устройством можно определять перегибы обсадных колонн, в которых следует ожидать максимальный износ, а также устанавливать интервалы низкой проходимости геофизических приборов в стволе скважины.

Указанные устройства не дают никакой информации о повреждениях обсадных колонн, а только позволяют определить зоны по длине обсадной колонны, в которых повреждения обсадных труб наиболее вероятны.

Данные устройства могут быть полезны при проведении исследований технического состояния обсадных колонн для уменьшения затрат времени, поскольку при их исследовании можно совместить определение зон наиболее вероятных повреждений с операцией шаблонирования обсадной колонны, проводимой при подготовке скважины к исследованиям.

Заканчивая обзор методов контроля, отметим, что в соответствии с РД 39-I-II90-84 сквозные повреждения обсадных колонн обнаруживают комплексом методов – с помощью термометра, расходомера, локатора муфт, а в качестве дополнительных технических средств рекомендуется использовать скважинный акустический телевизор CAT, электромагнитный индикатор дефектов ДСИ, а также микрокаверномеры-профилемеры. Кроме того, сквозные повреждения обсадных колонн определяют путем поинтервальной опрессовки с помощью пакеров различной конструкции. В последнем случае на поиск мест негерметичности затрачивается много времени и средств, особенно при наличии нескольких повреждений в обсадной колонне.

Как было показано выше, обнаружение мест негерметичности в изношенных обсадных колоннах может сопровождаться образованием новых повреждений, т.е. гидродинамические методы определения повреждений обсадных колонн является разрушающими.

В таблице 6.2 приведены возможности рассмотренных методов. При этом, параметры, которые могут быть определены тем или иным методом отмечены единицей, а неопределимые – нулем.

Как видно из таблицы 6.2, недостатком большинства методов контроля является малая информативность, наличие разнообразных ограничений, а также то, что определение характера обнаруженных дефектов и их точных размеров довольно сложно.

Анализ методов оценки технического состояния обсадных колонн позволяет отдать предпочтение электромагнитным методам, т.к. они позволяют бесконтактно и количественно определять повреждения обсадных колонн, независимо от наличия цементной корки, парафина или состава бурового раствора. Кроме того, исследования могут быть выполнены в «сухих» скважинах и в скважинах, заполненных любой жидкостью, с любым содержанием газовой фазы. Однако при этом необходимо иметь в виду, что в скважинных условиях изменения электрических и магнитных наличие магнитных добавок в буровом растворе, характеристик материала труб в зависимости от механических и температурных нагрузок, а также намагниченность обсадных колонн приводит к недостоверным результатам исследований. Например, в США порыв длиной около 460 мм (18 дюймов), установленный после извлечения труб на поверхность, по замерам в скважине был оценен как износ.

 

Таблица 6.2

 

Возможности методов контроля технического состояния

обсадных колонн

 

Методы контроля технического состояния колонн	Определяемые параметры
	Глубина повреждения (интервал)	Протяжённость дефекта	Раскрытие (ширина) дефекта	Глубина дефекта	Ориентация дефекта по телу труб	Глубина желобного износа	Проходное сечение	Внутренний диаметр	Величина коррозионных язв
Опрессовка	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Поинтервальная опрессовка	1	0	0	0	0	0	0	0	0
ИМР	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Расходометрия	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Дебитометрия	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Термометрия	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Резистивиметрия	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Оптический	1	1	1	0	1	0	0	0	1
Телевизионный	1	1	1	0	1	0	0	0	1
МРГ	1	0	0	0	0	0	0	1	0
Снятие оттисков	0	1	1	0	1	0	0	0	1
Силовой метод	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Акустический	1^хх	1	1	0	1	0	0	1	1
Профилеметрия	1	1	0	1^хх	0	1^хх	1^хх	1^хх	1^ххх
Магнитный метод	1	1^хххх	1^хххх	1^хххх	1^хххх	1	1	1	1
Электромагнитные методы	1	1^хххх	1^ххх	1^ххх	1^хххх	1	1	1	1^ххх

 

Примечание. ^х – работоспособен в негазированной жидкости плотностью не более 1,300 кг/м³;^хх – при очистке исследуемой обсадной колонны от отложений на ее внутренней поверхности; ^ххх – маловероятно; ^хххх – наблюдается сильная взаимосвязь выходного сигнала датчиков от указанных параметров.