CN206208832U - 一种连续油管在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续油管在线检测装置，包括一个壳体，所述壳体由上半部和下半部相扣组成，在上半部和下半部之间设置有被测油管通道，其特征在于，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道分布设置有油管壁厚测量传感器，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道分布设置有油管表面缺陷测量传感器。本实用新型将漏磁检测和涡流检测同时集成在一个壳体中，集成多项检测技术，使用方便；可准确发现连续油管中存在的各类缺陷，对连续油管的使用情况进行全面评价。

Description

一种连续油管在线检测装置

技术领域

本发明属于管在线检测技术领域，特别涉及一种连续油管在线检测装置。

背景技术

目前在页岩气开采是国家能源战略的重中之重，大力发展页岩气开采技术就需要完全掌握连续油管作业车的相关技术。

连续油管是由若干段长度在百米以上的柔性管通过对焊或斜焊工艺焊接而成的无接头连续管，长度一般达几千米以上，又被称为扰性油管、蛇形管或盘管。经过多年的发展，连续油管作业技术已经逐步趋于成熟。被广泛应用于除蜡、酸化、压井、冲洗沙堵、负压射孔、试井、打捞及钻井、完井、采油、修井等作业的各个领域。连续油管技术解决了许多常规作业技术难以解决的问题，是一项具有广阔发展前景的实用性技术。

对于在线连续油管，国际上还没有检测标准。通常是参考API（美国石油学会）石油天然气管线输送系统钢管的检测标准，但其实两者的检测状态相差很大，并没有可比性。目前国内也没有应用于现场在线连续油管检测的产品，与此对应的是连续油管作业量正逐年大幅增加和客户对安全生产的极大关注。

现有的无损检测方法有很多，例如：超声波检测、电磁脉冲检测等方法，但是应用于连续油管在线检测还处于摸索阶段。由于作业现场要求检测设备必须与连续油管无接触，且响应速度快，检测精度高，因此只能选择漏磁检测与涡流检测相结合的手段，才能实现油管缺陷和油管椭圆度的检测目标。

而超声波无损检测方式需要探头和被测物之间添加耦合剂，此方式只适合产品出厂前的静态测试，对于作业过程中一直在移动的连续油管，无法持续添加耦合剂。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种连续油管在线检测装置，该装置将漏磁检测和涡流检测同时集成在一个壳体中，可以非常方便的实现对连续油管在线检测。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种连续油管在线检测装置，包括一个壳体，所述壳体由上半部和下半部相扣组成，在上半部和下半部之间设置有被测油管通道，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道分布设置有油管壁厚测量传感器，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道分布设置有油管表面缺陷测量传感器。

方案进一步是：所述油管壁厚测量传感器是电涡流探头，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道，分别均匀分布8路所述电涡流探头；所述油管表面缺陷测量传感器是漏磁检测探头，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道呈矩阵方式分布有64路漏磁检测探头。

方案进一步是：在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管设置有管道支撑定位支架，所述支架保证测量时管道不会触碰所述传感器，并且，所述支架为非磁性材料。

本实用新型的有益效果是：将漏磁检测和涡流检测同时集成在一个壳体中，集成多项检测技术，使用方便；可准确发现连续油管中存在的各类缺陷，同时实现对连续油管关键参数（椭圆度、壁厚）的准确测量；通过连续油管在线检测方法的应用，能够实现以下目标：

1)能准确发现连续油管中存在的各类缺陷（裂纹、腐蚀、机械损伤等）；并对缺陷进行定位、定量分析；

2)能对连续油管椭圆度、壁厚进行精确测量和监控；

3)能对连续油管的使用情况进行全面评价。

下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

一种连续油管在线检测装置，如图1所示，包括一个壳体1，所述壳体由上半部101和下半部102通过铰链在一侧链接相扣组成，在上半部和下半部之间设置有被测油管2的通道，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道分布设置有油管壁厚测量传感器3，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道分布设置有油管表面缺陷测量传感器4，测量时传感器通过电缆与测试电脑连接。

实施例中：所述油管壁厚测量传感器是电涡流探头，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道，分别均匀分布8路所述电涡流探头；所述油管表面缺陷测量传感器是漏磁检测探头，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道呈矩阵方式分布有64路漏磁检测探头。

实施例中：在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管设置有管道支撑定位支架5，支架是通过弹簧控制具有弹性的支架，所述支架保证测量时管道不会触碰所述传感器，并且，所述支架为非磁性材料。

本实施例装置是针对长度2000-5000米，管径1.5-3英寸，壁厚3-4mm的连续油管，是应用于油田连续油管作业车的连续油管在线检测的设备，能够提前预判或发现其中存在的缺陷（内外壁横向裂纹、腐蚀坑、机械损伤），并实现相关参数的测量（椭圆度、壁厚测量）功能。

其中的漏磁检测主要是用来检测油管的横向和纵向裂纹与划伤、腐蚀坑等损伤，主要部件是励磁装置、64路漏磁传感器和光电编码器，漏磁检测传感器沿油管周向分布。传感器和光电编码器信号通过信号调理箱传输到上位机测试电脑，由测试电脑软件进行信号处理和分析后显示缺陷的位置、形态及主要参数。

涡流检测主要是用于对油管的壁厚、横截面和椭圆度检测，由8路涡流传感器和光电编码器组成，8路涡流传感器沿油管周向两两对称分布。传感器和光电编码器的信号通过信号调理箱传输到测试电脑，由测试电脑软件进行处理和分析后显示连续油管的3D模型图，展示壁厚减薄的位置和形态、油管挤压形变的位置和形态。

主程序主要由四部分构成，通电后首先初始化系统，依次完成信号采集、信号处理、数据显示、键盘处理等四项功能。信号采集部分主要完成64个漏磁传感器、8路涡流传感器和光电编码器的数据采集任务；信号处理部分主要是将采集到的信号数据进行运算处理，并与数据库样本进行对比判断，显示实际的缺陷、形变、减薄的形态和位置，如果有严重的损伤或壁厚减薄，可能影响到安全生产则蜂鸣器报警；数据显示部分主要实现缺陷和模型的显示，显示方式根据实际操作人员的习惯来进行设定，两个分系统可以分别做两套显示界面，在一个屏幕上分屏显示，或者检测完成后分别进行数据调用；键盘处理部分主要实现用户对系统参数的设置，例如用户信息、连续油管的长度、管径、壁厚等初始数值等参数，结合显示部分，实现用户与系统之间的人机接口，检测完成后可以生成检测报告。

通过连续油管在线检测方法的应用，能够实现以下目标：

1)能准确发现连续油管中存在的各类缺陷（裂纹、腐蚀、机械损伤等）；并对缺陷进行定位、定量分析；

2)能对连续油管椭圆度、壁厚进行精确测量和监控；

3)能对连续油管的使用情况进行全面评价；

漏磁检测中常用的磁敏元件有霍尔元件和检测线圈等。检测线圈的平均化效应使得分辨力和检测灵敏度较低，而霍尔元件可以做得很小，其检测灵敏度和分辨力都很高，并且它具有较宽的响应频带和较好的温度适应性。因此本设计方案采用霍尔元件作为漏磁检测的传感器。漏磁检测传感器沿油管周向分布，用于检测裂纹、腐蚀坑等自然缺陷。

在本设计方案中，在连续油管的圆周方向上，分布八只涡流探头，相对的两只探头为一对，共计为四对探头。针对某种规格的油管，相对探头之间的距离是固定的。当油管穿过探头进行检测时，如果检测信号没有变化，则说明探头与油管之间的间隙没有发生变化，也就表明油管的外径没有发生变化和变形。如果检测信号发生变化，则说明探头与油管之间的间隙发生变化了，也就意味着油管的外径发生变化或变形。

要想实现油管壁厚测量，首先要识别出信号变化是由于壁厚减薄还是挤压变形。对于壁厚减薄，钢管的外径只可能出现减小的情况，不会出现数值增大的情况。如果符合这个变化特点的，就是油管出现了壁厚减薄的状态。

设油管的内径为常数Y内，壁厚为Z，则油管壁厚Z=（Y-Y内）÷2。通过计算，四对探头检测出来的壁厚值分别为Z1、Z2、Z3和Z4。当壁厚变化超过设定的数值之后，仪器可以发出报警提示，记录位置信息。（注：仪器计算出来的壁厚Z值是检测探头对角线方向油管壁厚变化的平均值）。

在油管使用过程中，壁厚减薄可能是单边的，也可能是双边的（所谓双边，就是一对探头对应的检测区域同时出现壁厚减薄的状态）。要想准确地判断是单边减薄还是双边减薄，此时就需要比较所有探头与钢管之间的间隙。如果是某一个探头对应的间隙增加，则可以推断是单边减薄，如果是某一对探头对应的间隙同时增加，则可以推断是双边减薄。但这样一来，数值比较的计算量就会比较大，还需要抑制检测过程中油管偏心对采集数值带来的影响，因此目前阶段，不去判断是单边减薄还是双边减薄，只提供探头对角线方向上壁厚减薄的平均值。

椭圆度变化测量：

连续油管在使用过程中，由于挤压会出现变形。当检测出来的油管外径数值出现有的增加、有的减小时，则可以推断油管出现挤压变形。

设油管的标称外径为Y，外径的变化量为ΔY，椭圆度为M。 ΔY为 Y1、Y2、Y3和Y4四个数值中，最大值和最小值之间的差。则椭圆度计算公式为：

M=ΔY÷Y

油管截面积变化测量：

由于连续油管在实际工作中产生的磨损是随机的（包括圆周方向磨损的长度和径向方向磨损的深度），因此要想准确地计算出连续油管的截面积变化是很难的。

其实对于现场使用来说，如果是圆周方向的减薄，虽然横截面的变化量比较大，但通常不会引起泄漏，因此危险性并不大，我们更关注单边的管壁减薄，因为这样的状况更容易引起泄漏。因此关于截面积的变化测量，我们就以典型的单边减薄为研究对象。

设油管的标称外径为Y，内径为Y内，油管的截面积为S。则油管的截面积计算公式为：

S=π×[（Y/2）2-(Y内/2)2]

当油管壁厚没有减薄时，截面积S为100%。

分别计算出单边减薄0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm对应的截面积变化百分比，然后生成标定曲线，横坐标表示油管直径减小的数值，纵坐标表示截面积变化的百分比。

在检测过程中，如果测量出来的油管外径Y1、Y2、Y3和Y4出现数值变小的情况，则仪器会根据数值变小量，自动在标定曲线中识别出油管截面积变化的百分比，并在检测界面上显示出来。如果Y1、Y2、Y3和Y4出现多个数值同时变小的情况，则取变化量最大的数值，在标定曲线上识别出油管截面积变化的百分比。

Claims (3)

1.一种连续油管在线检测装置，包括一个壳体，所述壳体由上半部和下半部相扣组成，在上半部和下半部之间设置有被测油管通道，其特征在于，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道分布设置有油管壁厚测量传感器，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道分布设置有油管表面缺陷测量传感器。

2.根据权利要求1所述的连续油管在线检测装置，其特征在于，所述油管壁厚测量传感器是电涡流探头，在壳体上半部和下半部之间两端围绕所述被测油管通道，分别均匀分布8路所述电涡流探头；所述油管表面缺陷测量传感器是漏磁检测探头，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管通道呈矩阵方式分布有64路漏磁检测探头。

3.根据权利要求1所述的连续油管在线检测装置，其特征在于，在两端油管壁厚测量传感器之间的壳体上半部和下半部、围绕所述被测油管设置有管道支撑定位支架，所述支架保证测量时管道不会触碰所述传感器，并且，所述支架为非磁性材料。