CN108645914A - Cng储气井套管检测系统及cng储气井套管检测用综合探头 - Google Patents

Cng储气井套管检测系统及cng储气井套管检测用综合探头 Download PDF

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CN108645914A CN201810724179.3A CN201810724179A CN108645914A CN 108645914 A CN108645914 A CN 108645914A CN 201810724179 A CN201810724179 A CN 201810724179A CN 108645914 A CN108645914 A CN 108645914A
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Abstract

本申请属于特种设备检测领域，尤其涉及CNG储气井套管检测系统及CNG储气井套管检测用综合探头。针对现有超声探头对CNG储气井套管腐蚀和裂纹的检测准确度较低的问题，本申请提供一种CNG储气井套管检测系统，所述的CNG储气井套管检测系统包括综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。本申请的超声探头初步扫查出套管变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等缺陷的形貌和分布情况，激光探头进一步细化确认上述缺陷的具体位置和每个缺陷的尺寸情况，从而提高对CNG储气井套管腐蚀和裂纹的检测准确度。

Description

CNG储气井套管检测系统及CNG储气井套管检测用综合探头
技术领域
本申请属于特种设备检测领域，尤其涉及CNG储气井套管检测系统及CNG储气井套管检测用综合探头。
背景技术
CNG储气井是一种新型储气设备，是以储存压缩天然气体为目的的一种特殊的安装在地下的、管状立式压力容器，井身结构采用螺纹(无焊接)连接，工作压力高达25MPa，具有占地面积小、安全性强、运行费用低、操作维护简便等优点。但储气井套管深埋地下(最深达260m)，由于地层电化学、疲劳腐蚀等原因，会造成CNG储气井套管局部发生细微变化，比如发生变形、腐蚀、裂痕等存在极大的安全隐患，因而对储气井进行定期的状况检测显得至关重要。
目前全国各省特种设备检验单位所使用的检测手段主要为利用超声探头对储气井套管的壁厚这一单一参量进行检测，然而随着工业化水平的不断发展，城镇化进程的不断加快，CNG储气井的增多，仅仅通过壁厚这一参数反应CNG储气井的建设质量和运行状态已远远不满足定期检验和监管要求。
中国专利，公开号CN103134855B，公开日2015.08.12，其公开了一种用于储气井井壁壁厚腐蚀检测和裂纹探伤的地下储气井井壁自动化综合检测系统及检测方法。该系统包括井上的上位机、位置测量装置、电缆升降装置、直流电源和井下的移动式检测器。该发明的移动式检测器内设有壁厚腐蚀检测探头组和裂纹检测探头组，从而能同时完成对壁厚腐蚀和裂纹的检测，其对腐蚀及裂纹的检测的准确度不高。
综上所述，现有超声探头对CNG储气井套管腐蚀和裂纹的检测准确度较低。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有超声探头对CNG储气井套管腐蚀和裂纹的检测准确度较低的问题，本申请提供一种CNG储气井套管检测系统，所述的CNG储气井套管检测系统包括综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。本申请的超声探头初步扫查出套管变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等缺陷的形貌和分布情况，激光探头进一步细化确认上述缺陷的具体位置和每个缺陷的尺寸情况，从而提高对CNG储气井套管腐蚀和裂纹的检测准确度。同时本申请还提供一种CNG储气井套管检测用综合探头。
2、技术方案
为解决上述问题，本申请采用如下的技术方案。
一种CNG储气井套管检测系统，所述的CNG储气井套管检测系统包括综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。
优选的，所述综合探头还包括陀螺仪，所述陀螺仪与所述调制解调器连接。
优选的，所述CNG储气井套管检测系统还包括，第一电缆、第二电缆和第三电缆，所述第一电缆的第一端、所述第二电缆的第一端和所述第三电缆的第一端均与调制解调器连接，所述第一电缆用于传输所述超声模块采集并经调制解调器处理得到的第一信号，所述第一电缆为所述超声模块提供电流传输通道，所述第二电缆用于传输所述激光模块采集并经调制解调器处理得到的第二信号，所述第二电缆为所述激光模块提供电流传输通道，所述第三电缆用于传输所述陀螺仪采集并经调制解调器处理得到的第三信号，所述第三电缆为所述陀螺仪提供电流传输通道。
优选的，所述CNG储气井套管检测系统还包括绞车系统，所述绞车系统包括，
绞车，所述绞车的电机带动滑环转动；
滑环，所述第一电缆、所述第二电缆和所述第三电缆均缠绕于所述滑环上，所述滑环起到转换接头作用，所述第一电缆经过滑环转换后与第四电缆连接，所述第二电缆经过滑环转换后成与第五电缆连接，所述第三电缆经过滑环转换后与第六电缆连接；
局域总线，所述第四电缆、所述第五电缆和所述第六电缆三者均连接到所述局域总线。
优选的，所述绞车系统还包括，
解码器，所述解码器与绞车的电机相连；
解码器适配器，所述解码器适配器与所述绞车的电机相连。
优选的，所述绞车系统、所述第一电缆、所述第二电缆、所述第三电缆和所述综合探头五者均采用接地连接。
优选的，所述的CNG储气井套管检测系统还包括终端，所述局域总线与所述终端连接。
优选的，所述的CNG储气井套管检测系统还包括转换接头，所述局域总线与所述转换接头连接，所述终端与所述转换接头连接。
优选的，所述超声模块由64组超声探头组成。
优选的，所述激光模块由16组激光探头组成。
一种CNG储气井套管检测用综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。
3、有益效果
相比于现有技术，本申请的有益效果为：
(1)本申请CNG储气井套管检测系统包括综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。本申请的超声模块初步扫查出套管变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等缺陷的形貌和分布情况，激光模块进一步细化确认上述缺陷的具体位置和每个缺陷的尺寸情况，从而提高对CNG储气井套管腐蚀和裂纹的检测准确度；
(2)本申请CNG储气井套管检测系统的陀螺仪所采集的信号用于确认套管内缺陷的东西南北朝向，作为套管缺陷修复的定向辅助工具；
(3)本申请通过设置第一电缆、第二电缆、第三电缆，将三种信号分开传输，减少干扰，同时减少了信号传输的干扰；
(4)本申请结构简单，设计合理，易于制造。超声模块优选由64组高精度密集布置的超声探头组成，激光模块优选由16组高精度激光探头组成，进一步提高了缺陷的检出率及准确度，检出率高达93％。
附图说明
图1为综合探头组成示意图；
图2为CNG储气井套管检测系统示意图；
图3为CNG储气井套管检测系统操作演示图；
图4为现有三维激光扫描仪的坐标测量原理。
图中，1、综合探头；2、CNG储气井套管；11、陀螺仪；12、超声模块；13、激光模块；14、数字电路固件；15、调制解调器；3、绞车系统；31、解码器；32、滑环；33、局域总线；34、转换接头；4、电缆；5、终端。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请进一步进行描述。
实施例1
一种CNG储气井套管检测系统，包括综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。
如图1所示，具体实施的时候，超声模块12位于综合探头1内，且靠近综合探头1的第一端，所述综合探头1伸入CNG储气井时，综合探头1的第一端靠近CNG储气井底部一侧，综合探头1的第二端远离CNG储气井底部一侧。超声模块12首先连接数字电路固件14，然后数字电路固件14再连接调制解调器15。所述激光模块13也与调制解调器15相连。
作为本实施例的进一步优选，CNG储气井套管检测系统，还包括陀螺仪11，所述陀螺仪11与所述调制解调器15连接。
超声模块12由超声探头组成，超声探头采用现有的超声探头。激光模块13由激光探头组成，激光探头进一步优选为现有的三维激光扫描仪。三维激光扫描仪除了可以测量距离之外，还可以测出不同扫描方向的角度，从而采集到CNG储气井套管的三维信息。超声探头初步扫查出CNG储气井套管变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等缺陷的形貌和分布情况，激光探头进一步细化确认上述缺陷的具体位置和每个缺陷的尺寸情况，陀螺仪11所采集的信号用于确认CNG储气井套管内缺陷的东西南北朝向，作为CNG储气井套管缺陷修复的定向辅助工具。
现有的三维激光扫描仪主要有激光测距仪和反射棱镜组成，激光测距仪的工作原理是通过发射和接收激光信号来判断距离。三维激光扫描仪处理测量距离之外还可以测出不同扫描方向上的角度，然后根据三维坐标原理就能计算出点到测站的相对三维坐标。现有的地面三维激光扫描仪通过发射器发出激光脉冲信号，经被测物体漫反射后沿原路反向再传回到接收器进行距离测量，如图4所示，有一点P(XP，YP，ZP)，通过激光测距就可以知道三维激光扫描仪中心距离P点的距离S，此外，三维激光扫描仪内部有一个精密时钟控制编码器，它可以确保三维激光扫描仪同步测量每个激光脉冲横向扫描角度α以及纵向扫描角度β。
根据三维坐标测量原理可得P点的坐标计算公式为：
然后使用三维激光扫描仪配套的预处理软件对采集的数据进行处理后，就可以为物体建立三维模型。
作为本实施例的进一步优选，超声模块12优选由64组高精度密集布置的超声探头组成，发出密集超声波测量出储气井套管的变形、面腐蚀、坑腐蚀等凹凸性明显的缺陷。
作为本实施例的进一步优选，激光模块13优选由16组高精度激光探头组成，可精确测量测量出轴向裂痕、周向裂痕等缺陷的表面形貌尺寸及凹凸性明显缺陷的轮廓面积。通过光学信号可以获得光学图像，通过声学信号可以获得声学图像。激光探头和超声探头结合，可使缺陷检出率达93％。综合探头1特点如下：
综合探头1采用集中模块结构，体积小、质量轻，便于在CNG储气井套管2内的检测操作及移动。综合探头1中的超声探头和激光探头，可对同一井筒套管探测获得的声学图像与光学图像，超声探头检测扫描的固定精度不小于每周800点，激光探头上激光束打出光斑测量缺陷的面积，将两种图像信息进行对比，准确采集井筒套管形变受损信息；综合探头1与电缆4之间可以采用高级密封脂和密封圈组合密封，严格防水。综合探头1的正常工作温度条件为0-40℃。
实施例2
本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于，所述CNG储气井套管检测系统还包括，第一电缆、第二电缆和第三电缆，所述第一电缆的第一端、所述第二电缆的第一端和所述第三电缆的第一端均与调制解调器连接，所述第一电缆用于传输所述超声模块采集并经调制解调器处理得到的第一信号，所述第一电缆为所述超声模块提供电流传输通道。所述第二电缆用于传输所述激光模块采集并经调制解调器处理得到的第二信号，所述第二电缆为所述激光模块提供电流传输通道。所述第三电缆用于传输所述陀螺仪采集并经调制解调器处理得到的第三信号，所述第三电缆为所述陀螺仪提供电流传输通道。
本申请通过设置第一电缆、第二电缆、第三电缆，将三种信号分开传输，减少干扰，同时减少了信号传输的干扰。电缆4包括第一电缆、第二电缆和第三电缆。
如图2所示，具体实施的时候，超声模块12首先连接数字电路固件14连接，数字电路固件14再与调制解调器15的第一输入端连接，第一电缆再与调制解调器15的第一输出端连接，超声模块12将采集的第一数据经过调制解调器15处理后变成第一信号，然后通过第一电缆传输出去。激光模块13首先与调制解调器15的第二输入端连接，然后调制解调器15的第二输出端再与第二电缆连接。激光模块13采集的第二数据经过调制解调器15处理后变成第二信号，然后通过第二电缆传输出去。
陀螺仪11首先与调制解调器15的第三输入端连接，然后调制解调器15的第三输出端再与第三电缆连接。陀螺仪11采集的第二数据经过调制解调器15处理后变成第三信号，然后通过第三电缆传输出去。
进一步的，第一电缆可以为超声模块12提供电流传输通道。第二电缆为激光模块13提供电流传输通道。第三电缆为陀螺仪11提供电流传输通道。
实施例3
本实施例和实施例2基本相同，不同之处在于，所述CNG储气井套管检测系统还包括绞车系统，所述绞车系统包括，
绞车，所述绞车上电机带动滑环转动；
滑环，所述第一电缆、所述第二电缆和所述第三电缆均缠绕于所述滑环上，所述滑环起到转换接头作用，所述第一电缆经过滑环转换后与第四电缆连接，所述第二电缆经过滑环转换后成与第五电缆连接，所述第三电缆经过滑环转换后与第六电缆连接；
局域总线，所述第四电缆、所述第五电缆和所述第六电缆三者均连接到所述局域总线。
如图2所示，具体实施的时候，所述绞车系统包括绞车、解码器31、滑环32、局域总线33、转换接头34等组成。
第一电缆、第二电缆和第三电缆均缠绕于滑环32上，电机带动滑环32转动，从而带动第一电缆、第二电缆和第三电缆转动，从而实现第一电缆、第二电缆和第三电缆这三种电缆在储气井的放线、收线。其中滑环32还能起到转换接头的作用，所述第一电缆经过滑环32转换后与第四电缆连接，第四电缆连接连接到局域总线33。所述第二电缆经过滑环32转换后成与第五电缆连接，第五电缆连接连接到局域总线33。所述第三电缆经过滑环32转换后与第六电缆连接，第六电缆连接到局域总线33。局域总线33与转换接头34连接，转换接头34再与终端5连接。局域总线33、第一电缆、第二电缆、第三电缆、第四电缆、第五电缆和第六电缆七者均采用接地连接，保障人身安全。第一信号、第二信号和第三信号三者均通过相应电缆传输到局域总线33后，再传输到转换接头34后，接入终端5。终端5带有显示装置。终端5可以为台式机、笔记本电脑、平板电脑或手机等。
实施例4
本实施例和实施例3基本相同，不同之处在于，所述绞车系统还包括，解码器，所述解码器与电机相连；解码器适配器，所述解码器适配器与电机相连。
具体实施的时候，解码器31和绞车上的电机连接，绞车上的电机再与终端5连接，解码器31适配器和绞车上的电机连接，绞车上的电机再与终端5连接，解码器31适配器控制解码器31。
绞车系统3配备可精控电机，结合高精度的深度放线解码器，电缆计数最低单位可达0.01m，实现检测部位的精确定位及缺陷的复检，配套的电缆线直径小、韧性好、衰减少，放线长度可达300m，且绞车、电缆线、综合探头1均采用接地层连接，可及时释放设备可能产生的多余静电，充分保障操作人员安全和设备使用寿命。电缆放线速度范围为0.01-0.1m/s。
如图1、图2、图3所示，在具体实施的时候，按如下方法进行检测CNG储气井套管检测系统的检出率和准确度：
(1)首先调试好CNG储气井套管检测系统；
(2)准备好样管1：将预置有不同缺陷类型(变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等)、缺陷位置(套管内部、套管外部、套管端部、套管中部)、缺陷尺寸的样管1，样管1竖直放置，注入适量清水作为耦合剂待用。样管1中预置的各种缺陷的详细情况如表1：
表1 样管1中预置的缺陷类型、预制的缺陷位置、预制的缺陷尺寸、预制的缺陷数量
(3)将综合探头1组装上配套的扶正器，将CNG储气井套管检测系统的接地线正确接地，启动绞车系统3放出电缆线，与综合探头1组装好后，将综合探头1放入样管1中并准确对中，开启综合探头1进行扫描，对探测获得声学图像与光学图像进行对比，完成对样管1的检测。得到样管1的检测结果如表2：
表2 CNG储气井套管检测系统对样管1的检测结果
通过表1、表2可知，本申请的CNG储气井套管检测系统缺陷对于表1中的编号14的缺陷未检出，其余缺陷均检出，检出率：13/14＝93％；准确度也较高。
实施例5
如图1、图2、图3所示，在具体实施的时候，对CNG储气井套管2的缺陷按如下方法进行检测：
(1)首先调试好CNG储气井套管检测系统；
(2)准备好样管2：将预置有不同缺陷类型(变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等)、缺陷位置(套管内部、套管外部、套管端部、套管中部)、缺陷尺寸的样管2，样管2竖直放置，注入适量清水作为耦合剂待用。样管2中预置的缺陷类型、预制的缺陷位置、预制的缺陷尺寸、预制的缺陷数量如表3：
表3 样管2中预置的缺陷类型、预制的缺陷位置、预制的缺陷尺寸、预制的缺陷数量
(3)将综合探头1组装上配套的扶正器，将CNG储气井套管检测系统的接地线正确接地，启动绞车系统3放出电缆线，与综合探头1组装好后，将综合探头1放入样管2中并准确对中，再次启动绞车系统3把综合探头1调整到起始位置，将绞车系统3的解码器31适配器进行归零处理，开启综合探头1进行扫描，绞车系统3以预先设定速率均匀放线，终端5获得CNG储气井套管检测系统形成的图像，对探测获得声学图像与光学图像进行对比，检测人员初步判别和及时决策，必要时对可疑缺陷部位进行再次扫查，检测完全井后，保存所有检测数据信息，从储气井中提升出设备，完成一口井的检验。
(4)通过声学图像和光学图像结合，将地下储气井套管变形、面腐蚀、坑腐蚀、轴向裂痕、周向裂痕等缺陷的具体方位和尺寸，与实际样管2的缺陷进行比对。检测出地下储气井套管缺陷如下表4：
表4 CNG储气井套管检测系统对储气井套管的检测结果
在实际测量中根据储气井套管使用状况，若套管内壁油污附着较多，会影响测量微小型缺陷的精度，尽量应在测量前做好充分地洗井，以保证较好的检测效果，不同管径规格的储气井套管选取相适应的不同脉冲宽度，所述脉冲宽度为超声探头的发射功率。

Claims (11)

1.一种CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述的CNG储气井套管检测系统包括综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。
2.根据权利要求1所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述综合探头还包括陀螺仪，所述陀螺仪与所述调制解调器连接。
3.根据权利要求1或2所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述CNG储气井套管检测系统还包括，第一电缆、第二电缆和第三电缆，所述第一电缆的第一端、所述第二电缆的第一端和所述第三电缆的第一端均与调制解调器连接，所述第一电缆用于传输所述超声模块采集并经调制解调器处理得到的第一信号，所述第一电缆为所述超声模块提供电流传输通道，所述第二电缆用于传输所述激光模块采集并经调制解调器处理得到的第二信号，所述第二电缆为所述激光模块提供电流传输通道，所述第三电缆用于传输所述陀螺仪采集并经调制解调器处理得到的第三信号，所述第三电缆为所述陀螺仪提供电流传输通道。
4.根据权利要求1所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述CNG储气井套管检测系统还包括绞车系统，所述绞车系统包括，
绞车，所述绞车的电机带动滑环转动；
滑环，所述第一电缆、所述第二电缆和所述第三电缆均缠绕于所述滑环上，所述滑环起到转换接头作用，所述第一电缆经过滑环转换后与第四电缆连接，所述第二电缆经过滑环转换后成与第五电缆连接，所述第三电缆经过滑环转换后与第六电缆连接；
局域总线，所述第四电缆、所述第五电缆和所述第六电缆三者均连接到所述局域总线。
5.根据权利要求4所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述绞车系统还包括，
解码器，所述解码器与绞车的电机相连；
解码器适配器，所述解码器适配器与所述绞车的电机相连。
6.根据权利要求4所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述绞车系统、所述第一电缆、所述第二电缆、所述第三电缆和所述综合探头五者均采用接地连接。
7.根据权利要求1所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述的CNG储气井套管检测系统还包括终端，所述局域总线与所述终端连接。
8.根据权利要求1或5所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述的CNG储气井套管检测系统还包括转换接头，所述局域总线与所述转换接头连接，所述终端与所述转换接头连接。
9.根据权利要求1所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述超声模块由64组超声探头组成。
10.根据权利要求1或4所述的CNG储气井套管检测系统，其特征在于，所述激光模块由16组激光探头组成。
11.一种CNG储气井套管检测用综合探头，所述综合探头内设置有超声模块、激光模块、数字电路固件和调制解调器，所述超声模块与所述数字电路固件、所述调制解调器依次连接，所述激光模块与所述调制解调器连接。
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