ЭМС на буровых установках.

ЭМС на буровых установках.


Разнообразие индустрии ЭМС простирается далеко за пределы испытательных лабораторий и классических стандартов. На проходившей не так давно конференции ЭМС-2017 в этом можно было убедиться по количеству докладов из абсолютно разных областей научи и техники. Столь же велико и разнообразие электромагнитных, электрических и магнитных помех, с которыми постоянно приходится иметь дело специалистам. Иногда интересные эффекты всплывают при стандартных испытаниях на ЭМС или измерении электромагнитной обстановки, в других случаях измерения вызваны наличием источников помех. Это могут быть и неуловимые сверхкороткие импульсы и помехи в цепях заземления, природные явления, и даже постоянное магнитное поле нашей планеты.

Об одном из таких случаев, где помехой при геофизических работах на нефтяных месторождениях является обычное статическое магнитное поле, мы расскажем сегодня. Во время бурения нефтяных скважин, прежде, чем добывать нефть, проводят геофизические исследования скважин, специфики земляных слоев и пород в скважине различными методами. Для контроля глубины бурения и спуска измерительных приборов обычно используется системы роликов, через которые проходит каротажный кабель, спускаемый в шахту, посредством которых измеряется глубина. Новые методы измерения глубины подразумевают нанесение на стальной каротажный кабель специальных магнитных меток через определенное расстояние (намагничивание участков кабеля определенным способом), которые считываются при подъемах и спусках магнитометрическим считывателем. При этом возникает проблема размагничивания этих меток во время эксплуатации, сбои при их считывании, и как следствие ошибки измерения глубины.

Была проведена оценка возможности размагничивания магнитных меток каротажного кабеля элементами бурового оборудования, расположенными в наземной части буровой установки. Исследования распределения магнитного поля в стволе скважин еще не проводились, их результаты в случае проведения читайте в новостях ЭМС. В ходе выполнения работы решались следующие задачи:

- измерение магнитных полей, создаваемых ротором буровой установки и буровым инструментом в результате их намагниченности;

- измерение индукции магнитных меток каротажного кабеля и параметров устройства для нанесения магнитных меток;

- оценка возможности искажения магнитных меток каротажного кабеля магнитными полями, создаваемыми различными элементами бурового оборудования;- исследование возможности размагничивания магнитных меток каротажного кабеля вследствие механических и температурных воздействий.

Объектами исследования являлись ротор буровой установки и отдельные части бурового инструмента и каротажной системы, расположенные в наземной части буровой установки, а также технологические устройства для нанесения и считывания магнитных меток и эталонный образец магнитных меток. Оборудование, создающее локальные магнитные поля, возможные источники размагничивания:

- ротор типа Р-560 (далее «Ротор №1»);

- партия утяжеленных бурильных труб номинальным диаметром 165мм и номинальной длиной 9600мм (далее «УБТ-1»);

- захват клиньевой пневматический типа ПКР-560 на хранении (ПКР);

- роторные вкладыши;

- ротор типа Р-560 вышки ВМА-45х200 «Уралмаш-3200/200 ДГУ» (Вышка №1), зав.№14206/460 (далее «Ротор №2»);

- ротор типа Р-560 (Вышка №2), (далее «Ротор №3») ;

- магазин УБТ на вышке №1 (далее УБТ-2);

- партия УБТ перезарядки вышки №1 (далее УБТ-3);

- партия УБТ перезарядки вышки №2 (далее УБТ-4);

- трубы обсадной колонны диаметром 25мм вышки №1 (далее ТОК-1);

- трубы обсадной колонны меньшего диаметра вышки №1 (далее ТОК-2);

- колесо подачи каротажного кабеля вышки №2;

- подвесной крюк колеса подачи вышки №2.

Объекты размагничивания и технологические устройства:

- каротажный кабель с метками на вышке №2 (далее КК-1);

- эталонная мера магнитных меток;

- устройство считывания магнитных меток;

- устройство нанесения магнитных меток;

- отрезок каротажного кабеля.

Исходное состояние объектов обследования:

Ротор №1 находится на хранении после снятия с буровой установки. Специальных условий хранения не предусмотрено, хранится на открытом воздухе.

УБТ-1 находится на хранении после снятия с буровой установки. Специальных условий хранения не предусмотрено, хранится на открытом воздухе. Трубы расположены горизонтально. Срок хранения составляет не менее 4 месяцев.

ПКР находится на хранении после снятия с буровой установки. Специальных условий хранения не предусмотрено, хранится в ангаре.

Роторные вкладыши находятся на хранении после снятия с буровой установки. Специальных условий хранения не предусмотрено, хранятся в ангаре.

Ротор №2 находится в работе. Установлен на вышке №1 ВМА-45х200 «Уралмаш-3200/200 ДГУ», зав.№14206/460. Измерения проводились в момент снятия бурильных труб со скважины и установку их в магазин при «продувке» скважины бурильным раствором.

Ротор №3 находится в работе. Установлен на вышке №2. Измерения проводились в момент геолого-разведывательных работ при поднятии каротажного кабеля с патроном из скважины.

УБТ-2 находится в магазине буровой установки вышки №1 после удаления их из скважины с помощью механического пневматического захвата. Трубы расположены вертикально.

УБТ-3 находится рядом с буровой установкой на смену снимаемым (перезарядка) вышки №1. Трубы расположены горизонтально, в работе не были.

УБТ-4 находится рядом с буровой установкой на смену снимаемым (перезарядка) вышки №2. Трубы расположены горизонтально, в работе не были.

ТОК-1 находится рядом с вышкой №1. Трубы расположены горизонтально, в работе не были.

ТОК-2 находится рядом с вышкой №1. Трубы расположены горизонтально.

Каротажный кабель с нанесенными магнитными метками находится в работе на вышке №2. Измерения проводились в момент поднятия кабеля с патроном на конце из скважины через отверстие ротора №3. Кабель проходил через колесо подачи в автомобиль с лебедкой.

Колесо подачи каротажного кабеля находится в работе вышке №2.

Подвесной крюк колеса подачи находится в работе на вышке №2.

Эталонная мера магнитных меток представляет собой ферромагнитный стержень длиной порядка 0,5 метра с нанесенной меткой от устройства намагничивания.

Отрезок каротажного кабеля представляет собой ферромагнитный лицендрат в качестве экрана кабеля с тремя медными жилами и диэлектриком между ними.

Устройство считывания магнитных меток размещено в специализированном помещении, подготовлено к работе.

Устройство нанесения магнитных меток размещено в специализированном помещении, подготовлено к работе.

После калибровки миллитесламетра, имеющим осевую направленность, и определение направлений "север-юг", проводились измерения каждой компоненты магнитной индукции путем поворота оси измерительного зонда на направление измеряемой компоненты. Были выбраны и зафиксированы количество и положения измерительных точек для каждого измеряемого объекта, в которых индукция магнитного поля наибольшая по сравнению с другими точками объекта. Из-за большого объема результатов измерений, приведем лишь некоторые из них.


Результаты измерений магнитных полей ротора №1

Результаты измерений магнитных полей УБТ-1

Измерения на вышке №2


Была измерена максимальная магнитная индукция устройства нанесения меток. Поле формируется катушкой специальной формы, охватывающей каротажный кабель с трех сторон. Измерения показали, что трехполюсная поперечная метка (направление поля метки перпендикулярно оси кабеля) формируется встречными продольными импульсными полями (силовые линии поля направлены вдоль кабеля). Напряженность полей в области прохождения кабеля составляет порядка 20 мТл.

Результаты исследования эталонной меры магнитных меток.

Передвижение измерительного зонда миллитесламетра с чувствительной осью, ортогональной к стержню показали наличие двух максимумов магнитной индукции.Передвижение измерительного зонда миллитесламетра с чувствительной осью, коллинеарной к стержню показали наличие трех максимумов магнитной индукции.Наличие максимумов продемонстрировано с помощью компаса, магнитная стрелка которого была направлена ортогонально к стержню в двух местах на протяжении всей длины стержня. Магнитная индукция в окрестностях этих точек составила 2мТл.


Было исследовано устройство считывания меток с помощью эталона при разных условиях. Во всех случаях магнитная метка эталона была успешно считана: при движении эталона менее 1см в секунду и более 5см в секунду; при удалении эталона на 1см и 10см.


Также проводилось исследование намагничивания отрезка каротажного кабеля и магнитных свойств кабеля при внешних воздействиях. Оценка зависимости измеренной на калиброванном измерителе величины J, пропорциональной магнитной индукции постоянного магнитного поля на расстоянии 30см от образца, от напряженности Н намагничивающего поля соленоида. Зависимость снималась по предельной кривой гистерезиса при максимальном начальном намагничивании с индукцией намагничивающего поля 1Тл (796кА/м).

Путем линейной интерполяции получено оценочное значение коэрцитивной силы отрезка каротажного кабеля (1,2+0,8) мТл. В результате исследований эталонной меры магнитных меток, магнитная индукция стержня с меткой составила 2мТл, что совпадает со значением коэрцитивной силы и, очевидно, является индукцией насыщения. Поскольку измерение остаточной намагниченности материалов затруднены условиями проведения работ, техническими возможностями и сложной зависимостью от формы и магнитной предыстории измеряемого образца, назовем измеренное значение магнитной индукции с помощью имеющихся измерительных зондов миллитесламетра, соответствующее насыщению образца (остаточной намагниченности), индукцией насыщения.

Чтобы размагнитить до нуля каротажный кабель, потребуется поместить его в магнитное поле с индукцией не менее 2мТл, вектор которого совпадает с вектором намагниченности кабеля.

В соответствии с описанием к устройствам нанесения и считывания магнитных меток УРС-10.000.000 ТО, нанесение метки на каротажный кабель производится с помощью импульсного электромагнита, обеспечивающего нанесение трехполюсных меток типа «SNS», что было подтверждено исследованием в пункте 7.8. В пункте 7.7 зафиксировано значение магнитной индукции в устройстве нанесения меток 11мТл, которое на порядок больше коэрцитивной силы и индукции насыщения метки.

УРС-10.000.000 ТО описывает устройство считывания меток как дифференциальный магнитомодуляционный преобразователь с импульсным возбуждением, реагирующего только на перпендикулярную к кабелю составляющую магнитного поля северного N (среднего) полюса метки. При движении, метка воздействует северным полюсом на разнесенные в пространстве обмотки считывающего преобразователя, которые фиксируют относительный сдвиг сигналов метки. В результате встречного включения обмоток с двумя диодами, выходные сигналы преобразователей вычитаются и дают дифференциальный сигнал, особенностью которого является точка перехода через нуль. Положение этой точки относительно корпуса преобразователя определяется его характеристиками и не зависит от напряженности поля меток. В соответствии с этим, детектирование метки зависит только от сдвига точки перехода через нуль выходного сигнала преобразователя устройства считывания меток, соответственно, от сдвига полюсов метки и формы ее поля.

Влияние температуры до 200ºС приводит к размагничиванию метки на 33%. Механические воздействия на кабель не приводят к значительным эффектам размагничивания, кроме случаев необратимой деформации вследствие сильной зависимости намагниченности от коэффициента формы образца. В таких случаях размагничивание метки составляло до 42%. Магнитное поле метки быстро убывает по мере удаления от кабеля в радиальном направлении, однако эталонная метка была считана в любом случае. Из чего следует, что считывание метки действительно не зависит от напряженности поля меток (если она превышает уровень фона), а зависит только от его формы и нарушается вследствие искажений формы поля меток. УРС-10.000.000 ТО предусматривает исключение влияния электрических и электромагнитных помех, не связанных с процессом считывания меток, путем специальной настройки преобразователя и применением помехоподавляющих конденсаторов. Однако, недостаточная помехозащищенность устройства считывания также может являться причиной неверного считывания меток.

Результаты измерений трех роторов, два из которых находились на буровых установках и одни на складе, показали, что в среднем поверхность ротора намагничена слабо до 0,2мТл. В отдельных местах креплений роторов магнитная индукция достигала 0,8мТл, что также является слабой величиной по сравнению с намагниченностью метки и другого бурильного инструмента (например, труб). Учитывая, что такие точки достаточно удалены от каротажного кабеля, их влияние на магнитные метки незначительно.

Максимальная магнитная индукция утяжеленных бурильных труб по результатам измерений достигала 15,2 мТл и сосредоточена на торцах труб. При установке двух труб торцами с одноименными магнитными полюсами, индукция поля может быть увеличена.

Максимальная индукция привода клиньев, роторных вкладышей, обсадных колонн и других частей не превышала 1,2мТл, за исключением постороннего оборудования и приспособлений других марок технической стали. Например, гайки креплений устройств, торчащая арматура, колесо подачи каротажного кабеля намагничены до 0,7мТл, а подвесной крюк крана – до 1,2мТл. Такое оборудование не должно иметь прямого контакта с каротажным кабелем для исключения взаимного влияния их полей.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате проведенных исследований измерены магнитные поля на поверхностях роторов буровых установок и различного бурового оборудования.

Исследованы факторы влияющие на намагниченность меток каротажного кабеля в процессе его эксплуатации. Исследована структура поля намагничивания устройства нанесения-считывания меток.

На основании полученных результатов сделаны следующие выводы и рекомендации:

1. Магнитное поле, создаваемое ротором буровой установки в местах возможного прохождения каротажного кабеля на порядок меньше поля магнитной метки, следовательно, ротор не может являться источником размагничивания меток.

2. Способ нанесения-считывания меток и чувствительность считывающего устройства обеспечивают гарантированную идентификацию метки с учетом воздействующих факторов естественного и техногенного немагнитного происхождения. В то же время, целесообразно экспериментально подтвердить помехоустойчивость считывающего устройства в соответствии с действующими стандартами по ЭМС,

3. Отмечено наличие на буровой установке и в местах хранения бурового инструмента отдельных ферромагнитных конструкций, магнитное поле на поверхности которых, достаточно для повреждения магнитных меток при их непосредственном контакте. Как правило, такие конструкции технологически не связаны с каротажем и не могут рассматриваться в качестве источников систематического размагничивания меток.

4. Максимальные значения магнитного поля, достаточные для размагничивания меток каротажного кабеля, зафиксированы на торцах утяжеленных бурильных труб (УБТ). Возможно размагничивание меток на стыках УБТ при проведении каротажа.

Для формирования окончательных выводов о причинах и источниках размагничивания и выработки рекомендаций по их устранению, на следующем этапе работы необходимо провести исследование магнитного поля внутри скважины (подземная часть буровой установки) с помощью скважинного магнитометра.

Надеемся, что информация была полезна для Вас. Emctestlab.ru


Просмотров: 102
  • Instagram - черный круг
  • Twitter - ЭМСТЕСТЛАБ
  • Facebook Icon - Emctestlab profile
  • YouTube - Emctestlab LLC
  • Vkontakte - ЭМС группа
  • Google+ - Лаборатория ЭМС инноваций

Полное или частичное копирование материалов запрещено. При согласованном использовании материалов сайта необходима ссылка на ресурс.

Вся представленная на сайте информация, касающаяся технических характеристик, наличия на складе, стоимости товаров, носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ.

© Компания Emctestlab llc 2017

ЭМСТЕСТЛАБ логотип