CN111289609A - 一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统，包括三相信号发生器、激励线圈、信号检测线圈、检测数据采集及处理环节，将三相信号接入到激励线圈，产生旋转磁场，将信号检测线圈均匀缠绕于线圈固定装置上，整体固定于磁场发生装置中心，信号检测线圈通过BNC接到电压放大器，电压放大器放大和锁相放大器相接，锁相放大器接入到采集卡，最后与计算机连接。本发明的有益效果是：激励线圈可以产生更均匀的旋转磁场，对各个方向的缺陷都敏感，信号检测线圈可以拾取由缺陷产生的所有轴向扰动信号，不受提离的影响，适配于不同外径的抽油杆，且通过后续的数据处理方法，可以确定缺陷的精确位置。
Description
技术领域
本发明属于涡流无损检测领域，涉及一种井口检测系统，特别涉及一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统。
背景技术
在石油工业中，目前有多种采油方式，其中机械采油最为重要，尤其是有杆泵，有杆抽油技术在我国石油开采中占有重要地位。因此，抽油杆是油井作业过程中的重要工具。在目前使用的抽油杆中有相当一部分工作五年以上，由于恶劣的工作条件和长期连续的重复性服役，使用过程中长期承受交变、振动及冲击等载荷的作用，抽油杆极易产生疲劳裂纹。又因为地面维护期间的检测技术、装备条件和维修保养措施的有限，带有严重缺陷的抽油杆继续下井工作，导致抽油杆断杆时有发生。因此，抽油杆的定量无损检测与评价，对减少抽油杆断杆和脱杆事故，降低采油成本具有十分重要的意义。
以材料电磁性能的变化作为判断依据，探测材料及构件实施缺陷并且测试其性能的一类检测方法被称为电磁检测。其基本原理是电磁学的理论。电磁检测包括涡流检测、漏磁检测、磁粉检测和微波检测等。
涡流检测是电磁检测中最常用的方式。我国从上个世纪六十年代开始研究涡流检测技术后，相继提出了多种新型涡流检测方法，包括涡流阻抗分析法、单频涡流检测技术、多频涡流检测技术、脉冲涡流检测技术和远场涡流检测技术等。其主要原理就是当载有交变电流的线圈靠近导体时，交变电流产生的交变磁场在导体表面感应出涡流。通过对线圈的优化设计，当导体表面无缺陷时，产生的涡流是均匀的，遇到缺陷时，缺陷使涡流发生畸变，由该涡流引发的磁场发生变化，进而影响原交变磁场，直接或者间接的测量磁场的变化，就能检测导体表面的缺陷。
在现有的抽油杆井口检测技术中，涡流检测技术的检测信号受提离效应的影响较大，普通的涡流检测探头对扫描机械控制要求很高，并且一般效率低，检测效果差，对操作人员有很高的要求。最重要的是，目前的井口检测技术大多都是采用的漏磁检测技术，只能检测垂直于涡流方向的缺陷，而且仅能对缺陷进行轴向的定位，却无法检测出缺陷的周向位置，抽油杆接头处也无法检测。因此有必要提出一种可以解决上述问题的外穿式旋转磁场井口抽油杆检测方法，和传统的外穿式涡流检测线圈相比，旋转磁场在抽油杆表面产生环形涡流，因此对各个方向的缺陷都敏感，不受提离的影响，适配于不同外径的抽油杆，在遇到抽油杆接头时也可以检测，实现连续快速扫描，且通过后续的数据处理方法，可以确定缺陷的精确周向位置。
发明内容
本发明的目的就是针对以上问题，提供了一种外穿式旋转磁场抽油杆井口检测系统，设计了长期安装于井口的检测装置，激励线圈可以产生更均匀的四对极旋转磁场，对各个方向的缺陷都敏感，信号检测线圈可以拾取由缺陷产生的所有轴向扰动信号，不受提离的影响，适配于不同外径的抽油杆，且通过后续的数据处理方法，可以确定缺陷的精确位置。
一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统，包括三相信号发生器、激励线圈、信号检测线圈、检测数据采集及处理环节，将三相信号接入到激励线圈，产生旋转磁场，将信号检测线圈均匀缠绕于线圈固定装置上，整体固定于激励线圈中心，信号检测线圈通过BNC接到电压放大器，电压放大器放大和锁相放大器相接，锁相放大器接入到采集卡，最后与计算机连接。
所述激励线圈包括24个线圈相差15度均匀缠绕于铁芯上，激励线圈通过接线盒与外部三相信号发生器连接，底座位于外壳的底部，上部由顶端盖密封。
所述信号检测线圈有120匝缠绕于线圈固定装置中间的外壁圆周凹槽，信号检测线圈的两端沿着线圈固定装置的纵向凹槽与接线端子相连。
本发明的有益效果是：
(1)提供了一种外穿式旋转磁场抽油杆井口检测装置，设计了长期安装于井口的检测装置；
(2)激励线圈可以产生更均匀的旋转磁场；
(3)和传统的外穿式涡流检测线圈相比，旋转磁场在抽油杆表面产生环形涡流，因此对各个方向的缺陷都敏感；
(4)外穿式旋转磁场的信号检测线圈可以拾取由缺陷产生的所有轴向扰动信号，不受提离的影响，适配于不同外径的抽油杆，因此还可以检测抽油杆的接头处，实现连续快速扫描；
(5)通过后续的数据处理方法，可以确定缺陷的精确周向位置。
附图说明
图1为本发明整体结构的示意图以及连线图；
图2为本发明整体结构的剖视图；
图3为本发明整体结构的外部图；
图4为本发明激励线圈的绕线原理图；
图5为本发明实施例提供的试样上三个裂缝的实部检测信号图；
图6为本发明实施例提供的试样上三个裂缝的虚部检测信号图；
图7为本发明实施例提供的缺陷在0°时的阻抗平面图；
图8为本发明实施例提供的缺陷在90°时的阻抗平面图。
图9为本发明实施例提供的缺陷在180°时的阻抗平面图。
图10为本发明实施例提供的缺陷在270°时的阻抗平面图。
上图中：顶端盖1、外壳2、铁芯3、激励线圈4、线圈固定装置5、抽油杆6、接线端子7、接线端子输出端7.1、接线端子输入端7.2、信号检测线圈8、接线盒9、底座10、电压放大器11、锁相放大器12、采集卡13、计算机14、信号发生器15、信号采集及处理环节16。
具体实施方式
下面结合附图1-8对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统，包括三相信号发生器15、激励线圈4、信号检测线圈8、检测数据采集及处理环节16，将三相信号器15接入到激励线圈4，产生旋转磁场，将信号检测线圈8均匀缠绕于线圈固定装置5上，整体固定于激励线圈4中心，信号检测线圈8通过BNC接到电压放大器11，电压放大器11和锁相放大器12相接，锁相放大器12接入到采集卡13，最后与计算机14连接。
所述激励线圈4包括24个线圈相差15度均匀缠绕于铁芯3上，激励线圈4通过接线盒9与外部三相信号发生器15连接，底座10位于外壳2的底部，上部由顶端盖1密封。
所述信号检测线圈8有120匝缠绕于线圈固定装置5中间的外壁圆周凹槽，信号检测线圈8的两端沿着线圈固定装置5的纵向凹槽与接线端子输入端7.2相连。
将信号发生器15通过BNC转接线分别将相位为0°、120°、240°的正弦电压信号通过接线盒9接入到激励线圈4，激励线圈4采用24个线圈，绕线原理图如图4所示，产生四对极的旋转磁场，极对数越高，抽油杆6表面的磁场更均匀，和传统外穿式涡流检测线圈相比，旋转磁场在试样表面产生环形涡流，因此对各个方向的缺陷都敏感。信号检测线圈8采用120匝铜漆线均匀缠绕而成，用于拾取抽油杆6表面缺陷产生的扰动信号，由于系统是外穿式，检测线圈8可以拾取缺陷产生的全部的轴向扰动信号，并且检测信号不受提离高度的影响，因此适配于不同外径的抽油杆6，其输出端接入接线端子输入端7.2，再将接线端子输出端7.1接入电压放大器11，再经过锁相放大器12处理后分别输出信号的实部和虚部，然后将两路信号接入采集卡13，采集到计算机14，信号通过电脑端的LabVIEW程序处理后显示在屏幕上，如图5和图6所示。将试样放到检测系统内部，即使试样不对中仍可检测出缺陷，试样上有三个裂缝，因此检测信号具有三个波峰。我们将中间缺陷的信息截取出来，并将实部和虚部导入MATLAB中画出阻抗平面图，如图7所示。然后每次将抽油杆旋转90度，再次得到类似于图5和图6的检测结果图，同样的把中间缺陷的信息截取出来，并将实部和虚部导入MATLAB画出阻抗平面图，如图8、图9和图10所示。从阻抗平面图中可以看出四个图的角度依次相差90度，与试样缺陷旋转角度差相吻合，由此可见通过后续的数据处理方法可以判断出缺陷的精确周向位置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并非刻意用于限定本发明的保护范围，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (3)
1.一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统，其特征在于：包括三相信号发生器、激励线圈、信号检测线圈、检测数据采集及处理环节，将三相信号接入到激励线圈，产生旋转磁场，将信号检测线圈均匀缠绕于线圈固定装置上，整体固定于磁场发生装置中心，信号检测线圈通过BNC接到电压放大器，电压放大器放大和锁相放大器相接，锁相放大器接入到采集卡，最后与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统，其特征在于：所述激励线圈包括24个线圈相差15度均匀缠绕于铁芯上，激励线圈通过接线盒与外部三相信号发生器连接，底座位于外壳的底部，上部由顶端盖密封。
3.根据权利要求1所述的一种外穿式旋转磁场井口抽油杆检测系统，其特征在于：所述信号检测线圈有120匝缠绕于线圈固定装置中间的外壁圆周凹槽，信号检测线圈的两端沿着线圈固定装置的纵向凹槽与接线端子相连。
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