CN102495131B - 一种钻具井口漏磁检测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻具井口漏磁检测装置，包括磁化线圈、探轮、退磁线圈、信号调理电路、A/D转换器和上位机，其中：所述的磁化线圈为至少两个，在磁化线圈内设置有钻具，退磁线圈设置于磁化线圈的一侧，退磁线圈与磁化线圈的磁场相反，所述的探轮的漏磁信号输出通道与信号调理电路相连，接收信号调理电路处理后的漏磁信号经A/D转换器处理后输入至所述上位机。本发明克服了现有技术只能在远离井队现场的检测场站进行作业的不足，解决了漏磁检测装置在井口安装的难题，同时，本装置结构简单，生产成本低廉，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻具井口无损检测仪器的设计与制造技术领域，确切地说涉及一种钻具井口漏磁检测装置与方法。
背景技术
钻具检测通常在场站采用漏磁、超声波、涡流和肉眼观察等方法，而场站中钻具的自动探伤通常采取漏磁检测，目前在钻机井口并没有见到实用的钻具自动无损检测方法与装置。
现有场站钻具自动无损检测技术中，自动漏磁探伤成为自动化程度较高的检测方法，如公告号为CN101419192A，公告日为2009年4月29日的中国专利文献公开了导磁构件超强磁化漏磁检测方法与装置。
在钻井过程中，钻杆由于磨损会造成事故，因此，在钻具回到远距井场的检测场站后，要对钻杆进行质量分级检测，通常采取漏磁检测设备实现自动化连续检测。该专利采用单一穿过式磁化线圈对钻杆进行局部单一轴向超强磁化，激发出其上纵、横向伤的泄漏磁场并利用磁敏元件阵列加以拾取，实现其上纵、横向伤的全面检出，再通过信号求和比较法进行纵、横向伤检测信号区分并对其进行信号幅值补偿，实现同损伤当量的纵、横向伤等信号幅值与灵敏度的统一判断。
该装置的组成包括：穿过式线圈，磁敏组件、信号识别补偿组件和数据采集卡。该专利将传统的检测方法进行简化和统一，实现钻具与检测单元之间简单的直进式相对搜查运动，实现高速高效自动连续探伤，能完成自身难以作旋转运动的钻具纵、横向伤的全面检测。
但是钻机转盘处各种钻井工具较多，防爆、防水要求较高，钻具起升时表面金属粉末较多，对检测的干扰较大；起钻或下放时钻具处于高速运动和周向振动状态，干扰检测效果；高速运动的钻具接箍无法通过常规方法自动判断，损坏该专利中探靴的可能性极大；钻机转盘井口起下钻时需要对钻具进行卡持、紧扣和卸扣操作，无法安装该专利中的检测装置；该专利中的穿过式线圈内与钻具之间的环形空间有限，安装探头困难。同时，起下钻时在转盘井口对钻具的检测，只需要判定钻杆质量等级，没有必要判定缺陷的纵、横方向。
综上所述，以该专利文献为代表的现有装置一是无法在井口安装，二是根本没有必要在井口检测中区分钻具缺陷的纵横方向，只需要确定其质量等级即缺陷的规格大小即可，因此这类装置的成本较高，推广应用较为困难。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种钻具井口漏磁检测装置，本发明克服了现有技术只能在远离井队现场的检测场站进行作业的不足，解决了漏磁检测装置在井口安装的难题，同时，本装置结构简单，生产成本低廉，便于推广应用。
同时，本发明还提出了上述井口漏磁检测装置的检测方法。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：包括磁化线圈、探轮、退磁线圈、信号调理电路、A/D转换器和上位机，其中：所述的磁化线圈为至少两个，在磁化线圈内设置有钻具，退磁线圈设置于磁化线圈的一侧，退磁线圈与磁化线圈的磁场相反，所述的探轮的漏磁信号输出通道与信号调理电路相连，接收信号调理电路处理后的漏磁信号经A/D转换器处理后输入至所述上位机。
所述的探轮包括探轮体、探轮滚盘、面软磁、底软磁、磁敏元件组一、和磁敏元件组二，其中所述探轮滚盘安装在探轮体两侧，所述面软磁和底软磁将磁敏元件组夹住，整体固定在探轮体内，所述探轮滚盘将探头夹在中间，形成磁真空屏蔽，所述磁敏元件组一和磁敏元件组二，是每个探轮圆形内侧的探轮体内固定的上下两个磁敏元件，所述探轮共为8个，磁敏元件共为16个，上下两个邻近探头的磁敏元件为一个漏磁信号输出通道，共形成4个漏磁信号输出通道。
所述8个探轮分为高低位两组安装，每组4个。
所述信号调理电路，由仪器放大电路和滤波电路组成，将漏磁信号放大后，滤去不在信号频率范围内的干扰信号。
所述的A/D转换器，即集成式A/D转换板卡，将漏磁模拟信号转换数字信号，输入上位机进行数字信号处理及图形显示。
所述的磁化线圈，通过直流励磁电源提供电流励磁，对钻具表面进行强力磁化。
所述退磁线圈，通过直流励磁电源提供励磁电流，在钻具表面加上与两个磁化线圈建立的磁场相反的磁场。
所述的4个漏磁信号输出通道，采用定量化数据分析技术，采用4通道独立处理，避免单通道处理的缺陷，实现缺陷的精确分类，减少有用钻杆的误判和报废钻杆的漏判，由于对钻具采用4个独立通道处理，准确直观，检测设备的报警门限采用软件调整，信号状况可以采用宏观或细化显示，实现钻具表面状态的精确探伤。
一种钻具井口漏磁检测方法，其特征在于：
第1步：将自动卡瓦卡持在钻柱接箍下方，然后吊装在转盘转台内；
第2步：将钻具井口漏磁检测装置安装在自动卡瓦上，将其探轮进位紧贴钻具表面。
第3步：通过钻具井口漏磁检测装置的两个磁化线圈对钻具进行轴向强力磁化，形成钻具表面各方向泄漏磁场的激励场；
第4步：利用磁敏元件组拾取钻具表面的泄漏磁场；
第5步：磁敏元件组在钻具表面磁场感应出电压，当电压有突变，钻具的该拾取位置存在缺陷，否则钻具的该拾取位置不存在缺陷；
第6步：钻柱的接箍通过探轮时，接箍内螺纹使磁敏元件组感应的电压信号发生变化，通过上位机进行信号分析，判断出螺纹处是否有缺陷。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
（1）与现有技术相比，由于将本装置安装在自动卡瓦上，而随着自动卡瓦的推广应用，克服了现有技术只能在远离井队现场的检测场站进行作业的不足，解决了漏磁检测装置在井口安装的难题；
（2）将本装置安装在自动卡瓦上后，起钻时可在自动卡瓦下方安装承载型刮泥器和钻具定位器，下钻时可在自动卡瓦下方安装定位器，进一步减小了钻具的周向运动范围，减少了因周向运动对检测效果的影响；
（3）与现有技术相比，由于采取两个磁化线圈，使两个磁化线圈之间有了环形空间，便于在其间安装一个可浮动的筒形结构，使8个探轮可安装在该结构上并可随钻具进行周向浮动，使探轮不再承受周向力，延长了探轮寿命，减少了因周向运动对检测效果的影响；
（4）与现有技术相比，由于两个磁化线圈之间的空间较大，可在8个探轮后面安装气缸，实现本装置的自动化作业，即检测时探轮自动贴紧钻具表面，停止时检测或有较粗的钻井工具或大型接箍通过时，探轮自动离开钻具表面。
（5）与现有技术相比，现有技术立足于检测场站作业，以详探为主，要求查明缺陷的纵横方向，而本装置立足于钻具井口现场检测，为发现缺陷和报废钻具为主，只要发现超过分级标准的钻具，立即报警，换掉该柱的单根钻杆，可有效减小井下钻具断裂事故，减小事故处理损失。
（6）与现有技术相比，现有技术无法对钻具接箍内螺纹缺陷信号进行自动采集，而实用新型装置可在探轮进入接箍表面后进行漏磁信号自动采集，经A/D转换后送入数据库，为调用专业软件包对其进行信号处理、判断内螺纹缺陷留下了软件接口。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本检测装置总体示意图
图2 为图1探轮中磁敏组件结构示意图
图3为高位安装的探轮示意图
图4是低位安装的探轮示意图
1-磁敏元件组一，2-磁敏元件组二，3-探轮滚盘，4-探轮体，5-面软磁， 6-底软磁，7a-磁化线圈1，7b-磁化线圈2 ，8-钻具，9-退磁线圈，10-退磁单元，11-励磁单元一 ，12-励磁单元二，13-信号调理电路，14-4通道A/D转换，15-上位机，T1-信号采集通道一 ，T2-信号采集通道二， T3-信号采集通道三， T4-信号采集通道四，1a-磁敏元件一，1b-磁敏元件二，1c-磁敏元件三，1d-磁敏元件四，1e-磁敏元件五，1f-磁敏元件六，1g-磁敏元件七，1h-磁敏元件八，2a-磁敏元件九，2b-磁敏元件十，2c-磁敏元件十一，2d-磁敏元件十二，2e-磁敏元件十三，2f-磁敏元件十四，2g-磁敏元件十五，2h-磁敏元件十六。
具体实施方式
实施例1
参照说明书附图1，本发明公开了一种钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：包括磁化线圈、探轮、退磁线圈、信号调理电路、A/D转换器和上位机，其中：所述的磁化线圈为至少两个，在磁化线圈内设置有钻具，退磁线圈设置于磁化线圈的一侧，退磁线圈与磁化线圈的磁场相反，所述的探轮的漏磁信号输出通道与信号调理电路相连，接收信号调理电路处理后的漏磁信号经A/D转换器处理后输入至所述上位机。
实施例2
参照说明书附图1-4，本发明最佳实施方式之一是，包括磁化线圈、探轮、退磁线圈、信号调理电路、A/D转换器和上位机。所述的磁化线圈分为上下两个，通过直流励磁电源提供电流励磁，对钻具表面进行强力磁化。探轮包括探轮体、探轮滚盘、面软磁、底软磁、磁敏元件组一、磁敏元件组二。所述探轮滚盘安装在探轮体两侧，可自由转动，工作时随钻具起下而转动。所述面软磁和底软磁将磁敏元件夹住，整体固定在探轮体内。所述探轮滚盘将探头夹在中间，形成磁真空屏蔽，减轻了强力磁场在探头处的磁背压，有利于提高漏磁信号强度。所述磁敏元件组一和磁敏元件组二，是每个探轮圆形内侧的探轮体内固定上下两个磁敏元件，8个探轮共16个磁敏元件。上下两个邻近探头的磁敏元件为一个漏磁信号输出通道，共计4个漏磁信号输出通道。所述探轮共8个，在周向处于浮动状态，随钻具周向运动，探轮分为高低位安装2组，防止退位时运动干涉，每组4个。所述探轮滚盘可在杆体处接触钻柱接箍斜面时，使探头自动退让，平滑进入接箍表面，在离开接箍斜面进入杆体表面时，可使探头平滑进入杆体表面，避免接箍碰坏探头。所述信号调理电路，由仪器放大电路和滤波电路组成，将漏磁信号放大后，滤去不在信号频率范围内的干扰信号。所述的A/D转换器，即集成式A/D转换板卡，将漏磁模拟信号转换数字信号，输入上位机进行数字信号处理及图形显示。所述退磁线圈，通过直流励磁电源提供励磁电流，在钻具表面加上与两个磁化线圈建立的磁场相反的磁场。所述的漏磁信号采集，采用定量化数据分析技术，采用4通道独立处理，避免单通道处理的缺陷，实现缺陷的精确分类，减少有用钻杆的误判和报废钻杆的漏判，由于对钻具采用4个独立通道处理，准确直观，检测设备的报警门限采用软件调整，信号状况可以采用宏观或细化显示，实现钻具表面状态的精确探伤。
实施例3
作为本发明又一最佳实施方式是，提供的钻具井口漏磁检测方法如下：
第1步：将自动卡瓦卡持住钻柱接箍下方，然后吊装在转盘转台内；
第2步：将本发明装置安装在自动卡瓦上，将其探轮进位紧贴钻具表面。
第3步：通过本发明装置两个磁化线圈对钻具进行轴向强力磁化，形成钻具表面各方向泄漏磁场的激励场；
第4步：利用磁敏组件拾取钻具表面的泄漏磁场；
第5步：磁敏元件组在钻具表面磁场感应出电压，当电压有突变，钻具的该拾取位置存在缺陷，否则钻具的该拾取位置不存在缺陷。
第6步：钻柱的接箍通过探轮时，接箍内螺纹使磁敏元件感应的电压信号发生变化，通过上位机进行信号分析，可初步判断出螺纹处是否有缺陷。
由于起下钻时悬重变化较大，因此工况恶劣，不可能像检测场站那样对钻具实现较为准确的详探效果，因此，本专利将钻具井口检测定位为初探，即只需要在钻具起下时检测出有无缺陷，一旦发现有内外表面磨损过大或有缺陷，将该钻柱处的单根拆下，送回检测场站进行详探。
实施例4
起钻工况时，将一种375型自动卡瓦安装在375型转盘转台内，并在自动卡瓦下方安装刮泥器和定位器，然后将本发明装置抬起，从钻具上方将其往下放，使本发明装置安装在自动卡瓦专用安装盘上。
起钻时，探轮滚盘紧贴钻具表面，8个探轮安装的结构在两个磁化线圈之间浮动，并采集钻具表面缺陷的漏磁信号；当探轮从杆体接近接箍斜面时，探轮自动退位，让开接箍，并紧贴接箍表面，继续采集接箍内螺纹的漏磁信号；探头从接箍表面经斜面进入杆体后，探头自动复位，紧贴钻具表面，继续采集杆体缺陷的漏磁信号。
探轮采集的漏磁信号分成4个通道，经调理电路放大和滤波后，进入A/D转换，模拟信号变成数字信号后进入上位机数据库，软件包实时对数据进行处理，判断缺陷和磨损情况，并根据初探计算结果报警。
起钻过程中，钻杆规格发生变化后，一般情况下是大较大规格钻柱变为较小规格钻柱，此时，操作人员庆卡持住钻具，拆走退磁线圈和探头总成，更换对应规格的探头总成后，重安装即可。
实施例5
下钻工况时，将一种375型自动卡瓦安装在375型转盘转台内，可不安装刮泥器，然后将本发明装置抬起，从钻具上方将其往下放，使本发明装置安装在自动卡瓦专用安装盘上。
下放钻具过程中，钻杆规格发生变化后，操作人员应在自动卡瓦卡持住钻杆的情况下，根据钻柱直径更换对应规格的探头总成。
其余同实施4。
实施例6
起钻工况时，将一种275型自动卡瓦安装在275型转盘转台内，并在自动卡瓦下方安装刮泥器和定位器，然后将本发明装置抬起，从钻具上方将其往下放，使本发明装置安装在自动卡瓦专用安装盘上。其余同实施4。
Claims (6)
1.一种钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：包括磁化线圈、探轮、退磁线圈、信号调理电路、A/D转换器和上位机，其中：所述的磁化线圈为至少两个，在磁化线圈内设置有钻具，退磁线圈设置于磁化线圈的一侧，退磁线圈与磁化线圈的磁场相反，所述的探轮的漏磁信号输出通道与信号调理电路相连，接收信号调理电路处理后的漏磁信号经A/D转换器处理后输入至所述上位机；所述的探轮包括探轮体、探轮滚盘、面软磁、底软磁、磁敏元件组一、和磁敏元件组二，其中所述探轮滚盘安装在探轮体两侧，所述面软磁和底软磁将磁敏元件组夹住，整体固定在探轮体内，所述探轮滚盘将探头夹在中间，形成磁真空屏蔽，所述磁敏元件组一和磁敏元件组二，是每个探轮圆形内侧的探轮体内固定的上下两个磁敏元件，所述探轮共为8个，磁敏元件共为16个，上下两个邻近探头的磁敏元件为一个漏磁信号输出通道，共形成4个漏磁信号输出通道。
2.根据权利要求1所述的钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：所述8个探轮分为高低位两组安装，每组4个。
3.根据权利要求1所述的钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：所述信号调理电路，由仪器放大电路和滤波电路组成，将漏磁信号放大后，滤去不在信号频率范围内的干扰信号。
4.根据权利要求1所述的钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：所述的A/D转换器，即集成式A/D转换板卡，将漏磁模拟信号转换数字信号，输入上位机进行数字信号处理及图形显示。
5.根据权利要求1所述的钻具井口漏磁检测装置，其特征在于：所述的磁化线圈，通过直流励磁电源提供电流励磁，对钻具表面进行强力磁化。
6.实现如权利要求1所述钻具井口漏磁检测装置的检测方法，其特征在于：
第1步：将自动卡瓦卡持在钻柱接箍下方，然后吊装在转盘转台内；
第2步：将钻具井口漏磁检测装置安装在自动卡瓦上，将其探轮进位紧贴钻具表面；
第3步：通过钻具井口漏磁检测装置的两个磁化线圈对钻具进行轴向强力磁化，形成钻具表面各方向泄漏磁场的激励场；
第4步：利用磁敏元件组拾取钻具表面的泄漏磁场；
第5步：磁敏元件组在钻具表面磁场感应出电压，当电压有突变，钻具的该拾取位置存在缺陷，否则钻具的该拾取位置不存在缺陷；
第6步：钻柱的接箍通过探轮时，接箍内螺纹使磁敏元件组感应的电压信号发生变化，通过上位机进行信号分析，判断出螺纹处是否有缺陷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |