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一种油管在线无损探伤检测方法与装置

2023-05-05 15:41:02

一种油管在线无损探伤检测方法与装置

　　技术领域

　　本发明涉及一种油管在线无损探伤检测方法与装置。

　　背景技术

　　CN2019101510536提供了一种一体式连续油管缺陷检测装置，包括上半检测单元、下半检测单元两个检测单元，两个检测单元相互配合组装后在两者之间产生供油管穿过的通道，通道内设有设置于两个检测单元上的磁发生装置、漏磁检测探头、椭圆度检测探头和导向装置，检测单元外连接有起导向两个检测单元沿油管运动的测量臂总成套件。本发明可以实现对连续油管管柱的腐蚀、裂纹、机械损伤、点蚀、孔洞等各种物理缺陷、壁厚、外径及椭圆度进行实时精确的检测。所述磁发生装置、漏磁检测探头和导向装置位于检测单元的中部，椭圆度检测探头位于检测单元的两侧护罩内，磁发生装置、漏磁检测探头、椭圆度检测探头和导向装置在上半检测单元、下半检测单元对应设置，所述装置的上半检测单元和下半检测单元内均安装有四支圆柱形磁棒、两组磁轭、四个导向轮、一个半圆环式漏磁检测探头和三个椭圆度检测探头。

　　进一步地，待检测连续油管的椭圆度、壁厚、缺陷位置的漏磁场信号通过配套的外围数据采集装置和计算机进行采集、分析处理以及存储记录，实现对所述待检测连续油管的管柱缺陷、壁厚、椭圆度及长度的实时精确检测。本发明装置采用多功能一体化设计，设置了8支圆柱形磁棒对待检测连续油管进行磁化，包含了两个半圆环式漏磁检测探头、6个椭圆度检测探头，单机台检测装置就能实现对连续油管的缺陷、壁厚、长度、外径及椭圆度的精确检测；

　　CN2015106837813提供了一种基于三轴漏磁检测的小管径连续油管内缺陷检测装置，基于三轴漏磁检测的小管径连续油管内缺陷检测装置包括：支撑轴；漏磁检测组件，设置在支撑轴上，该漏磁检测组件包括MEMS三轴磁力传感器，该MEMS三轴磁力传感器能够检测待测管道内的漏磁信号。此文件并不能用于检测直径粗(50以上)的采油的油井中油管。

　　在我国，抽油泵采油井占机械采油井的90％以上，而抽油泵采油的油井中油管的失效很高，这主要是油管在役过程中由于腐蚀产生的腐蚀坑及孔洞、磨擦产生偏磨、承载产生裂纹以及制造产生的伤痕等缺陷所致。现役油管因缺陷而产生的泄漏，甚至油管的断裂将造成难以估量的损失，而现在较普遍应用的防范措施是将现役油管定期全部拉回油管站，用加压、人工查看等方法检查油管的缺陷，这样既不经济，更不科学，还要浪费很长时间。

　　发明内容

　　本发明目的是，提出一种油管在线无损探伤检测方法与装置，采用电磁无损检测，不受油污等影响。在提升油管作业时，能在线检测。计算机辅助检测，汉化交互式操作方式，使用方便。能检测油管裂纹、孔洞、腐蚀坑点及壁厚变化,定性、定量分析准确。

　　本发明技术方案是，一种油管在线无损探伤检测装置，包括井口总成，井口总成包括：11、外壳；12、定心随动机构；测量臂总成套件，连杆总成套件；磁化系统、外围设备；外围设备包括接线盒、信号转换系统、信号采集及调理模块、测试软件及计算机，模拟及数字信号传输线、探头15；磁化系统在底板下部；定心随动机构包括导向轮和测量滚轮，设有两个测量滚轮与待检测连续油管直接接触，测量臂总成套件在测量滚轮的上方和下方设有上半检测单元、下半检测单元，分别包括两个绕油管为轴(油管)铰接结构的半圆环式漏磁检测探头、6-8个椭圆度检测探头与待检测连续油管表面保持安全间隙。外壳可以包覆定心随动机构；测量臂总成套件，连杆总成套件；磁化系统。

　　进一步，采用绕油管为轴的铰接结构，整体结构由上半检测单元、下半检测单元构成，上半检测单元、下半检测单元均为两个半环通过轴铰接方式相连接，轴铰接的铰接结构指两个半环绕在油管为轴，油管另一侧通过两个活络的锁紧搭扣相连接；上半检测单元、下半检测单元分别包括两个半圆环式漏磁检测探头、6-8个椭圆度检测探头。

　　绕油管为轴铰接结构中，绕油管为轴位置依次有检测单元的探头和弹簧支承；法兰盘为底板。

　　设有连杆总成套件，安装在上半检测单元、下半检测单元之间，连杆总成套件包括连接支座、两个十字节杆和刚性连接杆，在刚性连接杆的两端安装了两个十字节杆分别固定上半检测单元、下半检测单元的轴铰接结构，上半检测单元、下半检测单元与外围设备之间建立了柔性连接；所述连接支座的一端通过螺栓与外围设备相连接；连杆总成套件的连接支座另一端采用快速释放销与下半检测单元相连接；当所述待检测连续油管发生上下或左右摆动时，进行同步位置跟随。

　　采用非接触式检测方式，在对待检测连续油管检测过程中，设有环绕油管的4-6对导向轮对夹持待测油管并导向，测量臂总成套件上的两个测量滚轮与待检测连续油管直接接触。4-6对导向轮对夹持待测油管可以有横向或坚向，对油管夹持和导向。

　　所述的油管在线无损探伤检测装置进行检测的方法，利用所述装置能对油管表面及内部的裂纹、孔洞、腐蚀坑及沟槽等缺陷进行计算机无损检测，磁化系统将被测油管磁化，当油管通过检测装置是，被磁化及被探头检测，油管表面有裂纹、坑点、孔洞以及油管壁厚产生变化时，就会产生漏磁场或被磁化的主磁通产生变化，这些变化被探伤传感器即上半检测单元、下半检测单元探头获取，经信号调理整形放大后，再经A/D转化为数字信号传入计算机，计算机用探伤分析软件对缺陷信号进行分析、处理，并以曲线形式显示出来，也可用打印机打印检测结果。

　　所述的方法，既可用于室内油管的检测，又可在油管起下作业的同时进行现场检测，并对检测结果进行自动存储和打印，为旧油管的分级使用或报废提供科学依据。

　　两个半圆环式漏磁检测探头的结构：漏磁探头外壳包括外壳本体，其包括检测部，所述检测部上设置有容置槽，所述容置槽的内表面构成容置空间，所述容置空间用于容置霍尔元件模块；6-8个椭圆度检测探头亦为霍尔元件，均匀分布在检测单元的圆周，每半个圆周分布三至四只霍尔元件，并给出二至三组信号输出。

　　装置中井口总成中磁化系统可以在底板下部。模拟及数字信号传输线连接信号转换系统、信号采集及调理模块、测试软件及计算机；采用非接触式检测方式，在对待检测连续油管检测过程中，只有8-12个导向轮和测量臂总成套件上的两个测量滚轮与待检测连续油管直接接触，两个半圆环式漏磁检测探头、6个椭圆度检测探头均与待检测连续油管表面保持一定的安全间隙，不受污垢、油泥等因素的影响；本发明装置采用铰接式设计，整体结构由上半检测单元、下半检测单元构成，一侧通过转轴铰接方式相连接，另一侧通过两个锁紧搭扣相连接。可实现随时安装、随时拆卸，现场使用非常方便、快捷。油管在线无损探伤检测工具就是针对以上问题而开发生产的一种智能产品，该装置能对油管表面及内部的裂纹、孔洞、腐蚀坑及沟槽等缺陷进行计算机无损检测，它既可用于室内油管的检测，又可在油管起下作业的同时进行现场检测，并对检测结果进行自动存储和打印，为旧油管的分级使用或报废提供科学依据。

　　安装在下半检测单元上的连杆总成套件包括连接支座、两个十字节杆和刚性连接杆，所述连接支座通过螺栓与外围设备相连接。为了方便安装和拆卸操作，连杆总成套件的另一端采用快速释放销与本发明装置的下半检测单元相连接。在刚性连接杆的两端安装了两个十字节杆，使本发明装置与外围设备之间建立了柔性连接，当所述待检测连续油管发生上下或左右摆动时，可进行同步位置跟随。

　　有益效果：本发明装置中井口总成中磁化系统和采用非接触式检测方式，在对待检测连续油管检测过程中，只有8-12个导向轮和测量臂总成套件上的两个测量滚轮与待检测连续油管直接接触，两个半圆环式漏磁检测探头、6个椭圆度检测探头均与待检测连续油管表面保持一定的安全间隙，不受污垢、油泥等因素的影响；本发明装置采用铰接式设计，整体结构由上半检测单元、下半检测单元构成，一侧通过转轴铰接方式相连接，另一侧通过两个锁紧搭扣相连接。采用电磁无损检测，不受油污等影响。在提升油管作业时，能在线检测。计算机辅助检测，汉化交互式操作方式，使用方便。能检测油管裂纹、孔洞、腐蚀坑点及壁厚变化,定性、定量分析准确。直观的曲线显示及打印。检测方便且数据正确可靠。能够取代现有检测方法技术。

　　附图说明

　　图1为本发明油管在线无损探伤检测工具原理方框图；

　　图2为本发明置于井口装置结构图；

　　图3信号线连接方法示意图。

　　图4检测软件主介面；

　　图5油管管体存在偏磨缺陷波形；

　　图6油管管体存在孔洞或裂纹缺陷波形。

　　具体实施方式

　　本发明方法检测探伤原理：如图1所示，磁化系统将被测油管磁化，当油管表面有裂纹、坑点、孔洞以及油管壁厚产生变化时，就会产生漏磁场或被磁化的主磁通产生变化，这些变化被探伤传感器获取，经信号调理整形放大后，再经A/D转化为数字信号传入计算机，计算机用探伤分析软件对缺陷信号进行分析、处理，并以曲线形式显示出来，也可用打印机打印检测结果。

　　如图2所示，一种油管在线无损探伤检测方法与装置，井口总成即装置组成：井口总成包括：11、外壳；12、定心随动机构(游动体)；13、接线盒；14、底座。探头15，弹簧16、法兰盘17。磁化系统可以在底板下部。信号转换系统、信号采集及调理模块、测试软件及计算机；模拟及数字信号传输线。

　　安装方法，定心随动机构：定心随动机构是该装置正常工作的关键，其作用是在油管上提过程中发生无规则摆动时，定心随动机构保证探头紧贴在油管外壁，随油管一起摆动，保证有效信号的拾取。安装结构图见图2。

　　将采油树拆除至大四通底法兰后取出油管头，吊起井内第一根油管卸扣后悬空，随后把井口装置座在吊卡上，再将吊起的油管旋入井口装置内与座在吊卡上的接箍连接，上紧后上提油管取出吊卡，将机架总成用螺栓紧固在大四通底法兰上，见图2。11外壳、12、定心随动装置、13、接线盘、14、底板、15、探头总成、16径向弹簧组件、17法兰盘、18油管。

　　油管在线无损探伤检测装置进行油管在线无损探伤的方法，直接安装在井口上，伴随着油管提升过程完成检测任务，不需另加操作程序，具有省时省工等优点。采用横向漏磁检测12通道检测探头；纵向漏磁检测8通道检测探头，并施加相互为正交的磁化场，采用二维漏磁检测技术可分辨各种缺陷；采用磁聚集技术，从而保证漏检几率为零；软件能够自动存储数据，现场直观显示测量曲线。

　　在信号转换器和计算机电源都关闭的情况下，按图3连接机架总成、转换器及计算机之间的信号线。1-12芯航空插头；2-模拟信号线；3-电源开关；4-电源指示灯；5-USB电缆线平口；6-USB电缆线；7-5芯航空插头；8-12芯航空插头头。

　　检测过程：打开信号转换器前面面板上的电源开关，此时电源指示灯亮。计算机启动后，打开桌面上的油管检测(快捷方式)即进入检测软件；按照软件界面上的提示进入图4(主界面)数据采集菜单中的开始采集。

　　一、上井检测前的准备

　　1、联接该装置的所有信号线，开启电脑后进入检测软件界面，打开信号转换器的电源开关，标定探头后进行信号采集，在采集过程中，用起子或细铁棒依次检查探头，观察各探头检测曲线是否正常，以此证明该装置工作正常。如出现异常或死机，检查所有联接线是否有松动或信号转换器电源未开启。

　　2、依次将各组件放入工具箱内，清点工具及辅助用品，放置好井口装置。

　　3、详细了解作业油井原因，了解井内管柱是否有外径大于φ110mm井下工具，如有在检测时须拆下井口装置避让，以免将井口装置拉坏造成事故。

　　二、井内油管检测

　　1、先将信号线接入井口装置，连接2～4个法兰螺杆，将该井口装置导入大四通底法兰上，上紧螺帽，将井口旁用铁锹铲出1条沟，把信号线放入并用土覆盖。

　　2、依次连接各信号线及电源线，打开电脑，进入检测软件界面，打开信号转换器电源开关，将井内油管提至井口2～3m处时对探头进行标定，待标定完成后，把该油管放入井内后，开始正常提升作业，检测人员根据油管提升速度起停检测软件。

　　3、仔细观察每一根油管的检测曲线，对有超标缺陷的油管及时剔除，对有问题管可复检(复检速度控制在20s/根左右)，以确保检测准确；检测井内油管后，编写文件名并保存。

　　4.完成以上操作后，油管开始提升时，根据介面提示按回车键开始数据采集，一根检测完后，迅速按空格键结束本次采集，即可看到本次检测结果的波形图。此时再按回车键即进入下一次采集，如此循环。每次采集的波形图由不同的当前管号自动记录，以备查看。

　　5.当需要停止检测时，可按点击停止采集(或者按F5键)，再按退出系统退出检测；

　　6.检测结束后可以用打开以前所采集的数据文件，查看被检测油管的波形图，即可用左右光标键上下翻看不同的管号油管的检测波形图，此时，若想打印屏幕波形，在打印机准备好的情况下，只需点击打印按钮即可。

　　7.检测结果分析

　　如果被检油管的波形的各通道均较光滑，没有明显的尖峰及波形凸凹变化表示该油管管体无明显缺陷；

　　如果被检油管的波形中有类似方波波形(如图5)情形，表示该油管管体存在偏磨缺陷；如果被检油管的波形如下图(尖峰波)情形，则表示该油管有孔洞或裂纹缺陷；

　　三、维护

　　1、每一口井检测后，用柴油将井口装置各部件清洁干净，使各探头活动自如；用干净纱布沾少许水将信号线擦干净，连接各信号线，检查该装置工作是否正常，卷好信号线，整理好工具箱。

　　2、在钢珠处涂抹黄油，装配好井口装置，放置在干燥通风处。

　　3、编写油管检测报告，并将检测数据及报告存入指定台式计算机。

　　4、将采油树拆除至大四通底法兰后取出油管头，吊起井内第一根油管卸扣后悬空，随后把井口装置座在吊卡上，再将吊起的油管旋入井口装置内与座在吊卡上的接箍连接，上紧后上提油管取出吊卡，将井口总成用螺栓紧固在大四通底法兰上，见图1。

　　5、在信号转换器和计算机电源都关闭的情况下，按图2连接井口总成、转换器及计算机之间的信号线。

　　6、安装井口总成:

　　a.调整井架，使井偏小于5mm。

　　b.吊起井内第一根油管卸扣后悬空，随后把井口装置座在吊卡上，再将吊起的油管旋入井口装置内与座在吊卡上的接箍连接，上紧后上提油管取出吊卡，将井口总成用螺栓紧固在大四通底法兰上。

　　c.提升油管。此后进行正常取杆作业和检测。

　　7、每次设备使用前，应将底座上的7个M12的六方螺钉旋紧。再将井口装置牢固安装在井口，然后卸开接线盒盒盖，将模拟信号线从接线盒盒盖下面的圆孔中穿过，将12芯航空插头装好并拧紧，然后将接线盒盒盖装上拧紧，并检查密封是否完好。检测完毕后，卸开接线盒盒盖，将12芯航空插头松开，将模拟信号线的12芯航空插头用保护帽拧紧，防止油水进入。

　　8、设备采用的是USB接口，在检测过程中，依次检测的油管，并有序摆放，以备方便剔除有缺陷油管；

　　9、可以直接安装在井口上，伴随着油管提升过程完成检测任务，不需另加操作程序，具有省时省工等优点。采用横向漏磁检测12通道检测探头；纵向漏磁检测8通道检测探头，并施加相互为正交的磁化场，采用二维漏磁检测技术可分辨各种缺陷；采用多个磁传感器聚集技术，从而保证漏检几率为零；软件能够自动存储数据，现场直观显示测量曲线。

　　主要技术指标：

　　1.被测油管直径范围：2 7/8″、3 1/2″；

　　2.横向裂纹分辨为(光滑表面)：0.3mm(深度)×5mm(长度)；

　　3.腐蚀坑及孔洞分辨力：φ1.2mm；

　　4.壁厚磨损分辨力：壁厚的5％；

　　5.油管两端检测盲区：≤80mm；

　　6.检测速度：1～60m/min；

　　7.传感器工作温度：－40℃～85℃，湿度：0～90％；

　　8.信号处理系统工作温度：－10℃～40℃，湿度：0～40％；

　　9.外形尺寸：Φ380mm×310mm；

　　10.重量：96kg；

　　11.电源：AC：220V±10％，50Hz±5％；