RU158546U1

RU158546U1 - MOBILE DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF DRILL PIPES BY MAGNETIC METHOD

Info

Publication number: RU158546U1
Application number: RU2015119979/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Евгеньевич Алексеев; Владимир Александрович Воронов; Александр Борисович Гутнер; Дмитрий Евгеньевич Линьков; Артем Валентинович Сиротин
Original assignee: ЗАО "Виматек"
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-01-10

Abstract

Мобильное устройство неразрушающего контроля бурильных труб магнитным методом, содержащее индукционную катушку, корзину датчиков магнитного поля, тележку с электроприводом для перемещения устройства вдоль контролируемой трубы, блок обработки сигналов датчиков, блок питания индукционной катушки постоянным током, блок управления устройством и блок регистрации данных контроля, причем вход индукционной катушки подключен к выходу блока питания индукционной катушки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит генератор низкой частоты и коммутатор, контакты которого соединены с входом индукционной катушки, с выходом блока питания индукционной катушки и с выходом генератора низкой частоты, причем упомянутые контакты коммутатора выполнены с возможностью подключения индукционной катушки по командам с выходов блока управления устройством к выходу блока питания индукционной катушки либо к выходу генератора низкой частоты, при этом корпус индукционной катушки выполнен с разрезом для устранения потерь на вихревые токи в нем.A mobile device for non-destructive testing of drill pipes by the magnetic method, comprising an induction coil, a basket of magnetic field sensors, an electric trolley for moving the device along the pipe being monitored, a sensor signal processing unit, a direct current induction coil power supply, a device control unit and a control data recording unit, the input of the induction coil is connected to the output of the power supply unit of the induction coil, characterized in that it further comprises a low frequency generator and a switch, the contacts of which are connected to the input of the induction coil, with the output of the power supply unit of the induction coil and with the output of the low-frequency generator, and the said contacts of the switch are configured to connect the induction coil by commands from the outputs of the control unit of the device to the output of the power unit of the induction coil or to the output of the low-frequency generator, while the housing of the induction coil is made with a slit to eliminate eddy current losses in it.

Description

Устройство предназначено для экспресс-дефектоскопии бурильных труб магнитным методом и позволяет проводить контроль труб вблизи места их применения. Устройство в мобильном исполнении обнаруживает поперечные дефекты тела бурильных труб и осуществляет мониторинг толщины их стенки.The device is designed for express-inspection of drill pipes by the magnetic method and allows the inspection of pipes near the place of their use. The mobile device detects lateral defects in the body of drill pipes and monitors the thickness of their walls.

Известно мобильное устройство фирмы NEW TECH (США) - TECH SCOPE EZW-11 (www.newtechsystems.com). Это устройство обнаруживает поперечные дефекты тела бурильных труб и осуществляет мониторинг толщины их стенки, но не позволяет размагничивать трубу после контроля. Сильная остаточная намагниченность труб является препятствием для их (труб) складирования после контроля и возможных ремонтных работ, например, нарезания резьбы. Кроме того, необходимость обязательного размагничивания бурильных труб после контроля связана с тем, что в телеметрических системах проводки ствола скважины имеются магнитометры, инклинометры и акселерометры, весьма чувствительные к сильным постоянным магнитным полям, которые искажают их функционирование. Размагничивание трубы после контроля магнитным методом является обязательным действием, завершающим операции контроля.Known mobile device company NEW TECH (USA) - TECH SCOPE EZW-11 (www.newtechsystems.com). This device detects lateral defects in the body of drill pipes and monitors the thickness of their walls, but does not allow to demagnetize the pipe after inspection. The strong residual magnetization of the pipes is an obstacle to their storage (pipes) after inspection and possible repair work, for example, threading. In addition, the need for mandatory demagnetization of drill pipes after monitoring is due to the fact that telemetry systems for borehole bore have magnetometers, inclinometers and accelerometers that are very sensitive to strong permanent magnetic fields that distort their functioning. The demagnetization of the pipe after control by the magnetic method is a mandatory action that completes the control operation.

Известно также мобильное устройство фирмы TUBOSCOPE - VETCOSCOPE MOBILE (www.tuboscope.com, Tuboscope Vetco (Deutschland) GMBH). Это устройство обнаруживает поперечные дефекты тела бурильных труб и осуществляет мониторинг толщины их стенки, но не позволяет размагничивать трубу после контроля.A TUBOSCOPE mobile device, VETCOSCOPE MOBILE (www.tuboscope.com, Tuboscope Vetco (Deutschland) GMBH), is also known. This device detects lateral defects in the body of drill pipes and monitors the thickness of their walls, but does not allow to demagnetize the pipe after inspection.

Наиболее близким к предлагаемому является мобильное устройство по патенту Китая на полезную модель №201173911 (МПК Е21В 47/00, G01N 27/83, приоритет 03.04.2008, опубл. 31.12.2008), содержащее индукционную катушку, цилиндр (корзину) датчиков магнитного поля, тележку с электроприводом для перемещения устройства вдоль контролируемой трубы, блок обработки сигналов датчиков, блок питания индукционной катушки, блок управления устройством и блок регистрации данных контроля. Недостатком устройства является отсутствие в его составе средства для размагничивания трубы после проведения контроля.Closest to the proposed is a mobile device according to the Chinese patent for utility model No. 2011173911 (IPC Е21В 47/00, G01N 27/83, priority 03.04.2008, publ. 31.12.2008) containing an induction coil, cylinder (basket) of magnetic field sensors , an electric trolley for moving the device along the pipe being monitored, a sensor signal processing unit, an induction coil power supply unit, a device control unit and a control data recording unit. The disadvantage of this device is the absence in its composition of means for demagnetizing the pipe after monitoring.

Задачей полезной модели является создание мобильного устройства, позволяющего совместить возможность контроля и последующего размагничивания бурильных труб.The objective of the utility model is to create a mobile device that allows you to combine the ability to control and subsequent demagnetization of drill pipes.

Задача решается за счет того, что в мобильное устройство неразрушающего контроля бурильных труб, содержащее индукционную катушку, корзину датчиков магнитного поля, тележку с электроприводом для перемещения устройства вдоль контролируемой трубы, блок обработки сигналов датчиков, блок питания индукционной катушки постоянным током, блок управления устройством и блок регистрации данных контроля, в котором вход индукционной катушки подключен к выходу блока питания индукционной катушки, корзина датчиков соединена с блоком обработки сигналов датчиков, дополнительно введены генератор низкой частоты и коммутатор, при этом вход индукционной катушки через контакты коммутатора подключен к выходу блока питания индукционной катушки, обеспечивая по команде блока управления устройством режим намагничивания трубы постоянным магнитным полем и контроль тела трубы, а по окончании контроля по команде блока управления устройством контакты коммутатора переключают вход индукционной катушки от выхода блока питания индукционной катушки к выходу генератора низкой частоты, при этом металлический корпус индукционной катушки выполнен с разрезом для устранения потерь на вихревые токи в нем. Наличие в составе устройства генератора низкой частоты и коммутатора обеспечивает по команде блока управления устройством размагничивание тела трубы переменным магнитным полем индукционной катушки, что позволяет совместить в одном устройстве возможность контроля и последующего размагничивания бурильных труб.The problem is solved due to the fact that a mobile device for non-destructive testing of drill pipes containing an induction coil, a basket of magnetic field sensors, a trolley with electric drive for moving the device along the pipe being monitored, a sensor signal processing unit, a direct current induction coil power supply, a device control unit and control data recording unit, in which the induction coil input is connected to the output of the induction coil power supply unit, the sensor basket is connected to the signal processing unit sensors, an additional low-frequency generator and a switch are introduced, while the input of the induction coil through the contacts of the switch is connected to the output of the power unit of the induction coil, providing the magnetization of the pipe with a constant magnetic field and control of the pipe body at the command of the device control unit, and at the end of control by command the device control unit, the switch contacts switch the input of the induction coil from the output of the power unit of the induction coil to the output of the low-frequency generator, while allichesky body induction coil is formed with a slit for eliminating eddy current losses therein. The presence of a low-frequency generator and a switch in the device provides, at the command of the device control unit, the demagnetization of the pipe body by the alternating magnetic field of the induction coil, which allows combining the possibility of monitoring and subsequent demagnetization of drill pipes in one device.

Совмещение в одном устройстве функций контроля и размагничивания трубы состоит в том, что при прямом проходе мобильного устройства по трубе проводится поиск дефектов и мониторинг толщины стенки, а при обратном проходе устройства производится размагничивание трубы. Таким образом, полный цикл контроля качества и размагничивания трубы осуществляется одним мобильным устройством, в котором одна и та же индукционная катушка сначала намагничивает трубу постоянным током, а затем размагничивает ее после неразрушающего контроля переменным током низкой частоты.The combination in one device of the control and demagnetization functions of the pipe consists in the fact that with a direct passage of the mobile device through the pipe, defects are searched and wall thickness is monitored, and when the device passes back, the pipe is demagnetized. Thus, a complete cycle of quality control and demagnetization of a pipe is carried out by one mobile device, in which the same induction coil first magnetizes the pipe with direct current, and then demagnetizes it after non-destructive testing with alternating current of low frequency.

В стационарных установках контроля бурильных труб магнитными методами размагничивающее устройство является отдельным модулем, расположенным в конце цепочки операции контроля. При этом существуют жесткие требования к остаточной намагниченности трубы по стандартам API и DS-1 и отечественным ГОСТам (не более 3 мТл на торце трубы), в т.ч. и для мобильных устройств контроля бурильных труб. Мобильные устройства контроля бурильных труб, содержащие размагничивающие устройства в своем составе, неизвестны.In stationary drill pipe control installations using magnetic methods, the demagnetizing device is a separate module located at the end of the control operation chain. At the same time, there are strict requirements for the residual magnetization of the pipe according to API and DS-1 standards and domestic GOSTs (no more than 3 mT at the pipe end), including and for mobile drill pipe monitoring devices. Mobile drill pipe control devices containing demagnetizing devices in their composition are unknown.

На чертеже схематично изображено предлагаемое мобильное устройство неразрушающего контроля бурильных труб магнитным методом.The drawing schematically shows the proposed mobile device for non-destructive testing of drill pipes by the magnetic method.

Устройство содержит тележку с электроприводом 1, располагаемую на контролируемой трубе 2, индукционную катушку 3 и корзину 4 с датчиками магнитного поля 5 и 6, а также блок питания индукционной катушки 7, блок обработки сигналов датчиков 8, блок управления устройством 9, блок регистрации данных контроля 10, генератор низкой частоты 11 и коммутатор 12. Датчики магнитного поля 5 - датчики Холла, датчики магнитного поля 6 - индукционные катушки.The device contains a trolley with electric drive 1, located on the controlled pipe 2, an induction coil 3 and a basket 4 with magnetic field sensors 5 and 6, as well as a power supply unit of the induction coil 7, a signal processing unit of the sensors 8, a control unit of the device 9, a control data recording unit 10, low-frequency generator 11 and switch 12. Magnetic field sensors 5 - Hall sensors, magnetic field sensors 6 - induction coils.

Индукционная катушка 3 через контакты коммутатора 12 по командам блока управления установкой 9 соединена в режиме поиска дефектов и мониторинга толщины стенки трубы с выходом блока питания индукционной катушки 7, либо в режиме размагничивания трубы с выходом генератора низкой частоты 11. Датчики магнитного поля 5 и 6, расположенные на корзине 4, соединены с блоком обработки сигналов датчиков 8, также управляемым по командам блока управления установкой 9. Выход блока обработки сигналов датчиков 8 соединен с входом блока регистрации данных контроля 10, также связанного с блоком управления устройством 9.The induction coil 3 through the contacts of the switch 12 at the commands of the control unit 9 is connected in the mode of searching for defects and monitoring the wall thickness of the pipe with the output of the power unit of the induction coil 7, or in the mode of demagnetization of the pipe with the output of the low-frequency generator 11. Magnetic field sensors 5 and 6, located on the basket 4, are connected to the sensor signal processing unit 8, also controlled by the commands of the installation control unit 9. The output of the sensor signal processing unit 8 is connected to the input of the control data recording unit Proportion 10 is also connected to the device 9 by the control unit.

Устройство выполняет следующие функции:The device performs the following functions:

- обнаружение и контроль поперечных дефектов;- detection and control of transverse defects;

- мониторинг толщины стенки трубы;- monitoring the wall thickness of the pipe;

- размагничивание тела трубы после окончания операций контроля.- demagnetization of the pipe body after the end of control operations.

Устройство работает следующим образом. Контролируемый объект (труба) 2 располагается на специальных стойках над поверхностью земли. На теле трубы 2 располагаются тележка с электроприводом 1 и корзиной 4 и индукционная катушка 3. Корзина содержит датчики Холла 5 модуля мониторинга толщины стенки и индукционные катушки 6 модуля контроля поперечных дефектов. Корзина 4 охватывает сечение трубы 2 так, что датчики 5 и 6 расположены в плоскостях, перпендикулярных оси трубы. Корзина 4 при этом находится в центральном сечении индукционной катушки 3.The device operates as follows. The controlled object (pipe) 2 is located on special racks above the ground. On the body of the pipe 2 there is an electric truck 1 and a basket 4 and an induction coil 3. The basket contains Hall sensors 5 of the wall thickness monitoring module and induction coils 6 of the transverse defect monitoring module. The basket 4 covers the cross section of the pipe 2 so that the sensors 5 and 6 are located in planes perpendicular to the axis of the pipe. The basket 4 is in this case located in the central section of the induction coil 3.

Индукционная катушка 3 через контакты коммутатора 12 подключается к блоку питания 7 и создает вдоль оси трубы сильное продольное постоянное магнитное поле, намагничивающее тело трубы под корзиной практически до насыщения. При наличии в трубе поперечных дефектов в виде какой-либо недостачи металла (коррозийная язва, выбоина, риска, отверстие и т.д.) происходит рассеяние магнитного поля в трубе на этих неоднородностях, и вне трубы появляется радиальная составляющая поля рассеяния, свидетельствующая о наличии дефекта. При движении тележки 1 по трубе 2 над расположением дефектов упомянутая радиальная составляющая поля рассеяния индуцирует в катушках 6 э.д.с. электромагнитной индукции. Катушки 6 расположены над поверхностью трубы 2. Индуцированный аналоговый электрический сигнал поступает в блок обработки сигналов датчиков 8, где он усиливается, фильтруется, преобразуется в цифровой код и передается в блок регистрации данных контроля 10. Так формируются сигналы модуля контроля поперечных дефектов на экране регистратора. Количество и размеры катушек 6 таковы, чтобы гарантированно покрыть все поперечное сечение контролируемой трубы с небольшим запасом.The induction coil 3 through the contacts of the switch 12 is connected to the power supply unit 7 and creates along the axis of the pipe a strong longitudinal constant magnetic field that magnetizes the pipe body under the basket almost to saturation. In the presence of transverse defects in the pipe in the form of any metal deficiency (corrosion ulcer, pothole, risk, hole, etc.), the magnetic field is scattered in the pipe by these inhomogeneities, and a radial component of the scattering field appears outside the pipe, indicating the presence of defect. When the cart 1 moves along the pipe 2 above the defect location, the aforementioned radial component of the scattering field induces 6 emfs in the coils electromagnetic induction. Coils 6 are located above the surface of the pipe 2. The induced analogue electrical signal enters the sensor signal processing unit 8, where it is amplified, filtered, converted into a digital code and transmitted to the control data recording unit 10. Thus, the signals of the transverse defect control module are formed on the recorder screen. The number and dimensions of the coils 6 are such as to ensure that they cover the entire cross section of the pipe under control with a small margin.

Датчики Холла 5 служат для мониторинга толщины стенки трубы. Датчики 5 расположены над трубой существенно выше, чем катушки 6, и измеряют тангенциальную составляющую магнитного поля вдоль оси трубы. Подобное расположение датчиков 5 выбрано для того, чтобы их сигналы зависели только от толщины стенки и практически не реагировали на поверхностные дефекты. Продольное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой 3, замыкается, в основном, по телу стальной магнитной трубы, что создает сильную ее намагниченность. При этом малая часть потока проходит над телом трубы, замыкаясь по воздуху (силовые линии магнитного поля замкнуты). При изменении толщины стенки трубы происходит перераспределение потоков индукции по трубе и над ней: если стенка становится тоньше, то увеличивается поток над трубой и увеличивается тангенциальная составляющая поля, измеряемая датчиками Холла, если стенка становится толще, то потоку индукции выгоднее распространяться по стали и сигнал датчиков Холла падает. Таким образом, контролируя сигналы датчиков Холла над трубой можно судить об изменениях толщины стенки трубы. Аналоговые сигналы датчиков поля 5 также поступают в блок обработки сигналов 8, где они усиливаются, фильтруются, преобразуются в цифровой код и передаются в блок регистрации данных контроля 10. Так формируются сигналы модуля мониторинга толщины стенки трубы, которые также индицируются на экране регистратора в отдельном поле.Hall sensors 5 are used to monitor the wall thickness of the pipe. The sensors 5 are located above the pipe significantly higher than the coil 6, and measure the tangential component of the magnetic field along the axis of the pipe. A similar arrangement of the sensors 5 was chosen so that their signals depended only on the wall thickness and practically did not react to surface defects. The longitudinal magnetic field generated by the induction coil 3 is closed mainly along the body of the steel magnetic pipe, which creates its strong magnetization. In this case, a small part of the flow passes over the body of the pipe, closing in the air (magnetic field lines are closed). When the thickness of the pipe wall changes, the induction flows redistribute throughout the pipe and above it: if the wall becomes thinner, the flow above the pipe increases and the tangential field component measured by Hall sensors increases, if the wall becomes thicker, it is more advantageous for the induction stream to propagate through the steel and the sensor signal Hall is falling. Thus, by monitoring the signals of the Hall sensors above the pipe, one can judge the changes in the thickness of the pipe wall. The analog signals of field 5 sensors also enter the signal processing unit 8, where they are amplified, filtered, converted into a digital code and transmitted to the control data recording unit 10. Thus, the signals of the pipe wall thickness monitoring module are generated, which are also displayed on the recorder screen in a separate field .

Магнитное поле индукционной катушки 3 создает в трубе сильную (около 1,8 Тл) намагниченность, позволяющую контролировать наличие дефектов и изменения толщины стенки. По окончании контроля, когда постоянное поле катушки 3 выключается, труба остается намагниченной, причем остаточная намагниченность может составлять до 40-50 мТл. Как было указано выше, остаточная намагниченность труб после магнитных методов контроля не должна превышать 3 мТл. Для этого применяются специальные размагничивающие устройства.The magnetic field of the induction coil 3 creates a strong (about 1.8 T) magnetization in the pipe, which makes it possible to control the presence of defects and changes in wall thickness. At the end of the control, when the constant field of the coil 3 is turned off, the pipe remains magnetized, and the residual magnetization can be up to 40-50 mT. As mentioned above, the residual magnetization of pipes after magnetic control methods should not exceed 3 mT. For this, special demagnetizing devices are used.

Для решения задачи размагничивания трубы после ее контроля магнитным методом в заявляемое мобильное устройство введены генератор низкой частоты 11 и коммутатор 12, а металлический корпус катушки 3 выполнен с разрезом для устранения потерь на вихревые токи в нем: металлический корпус катушки не должен представлять собой короткозамкнутый виток. При прямом проходе тележки включаются средства для поиска дефектов трубы (см. чертеж). По команде блока управления 9 включается прямое движение тележки 1 по трубе 2 с корзиной 4 и катушкой 3, подключенной через контакты коммутатора 12 к блоку питания 7. При этом производится намагничивание трубы постоянным магнитным полем катушки 3, запись сигналов датчиков 5 и 6, обработка сигналов в блоке 8 и их регистрация в блоке 10. По окончании контроля трубы по команде блока управления 9 коммутатор 12 разрывает контакты, соединяющие блок питания 7 с катушкой 3 и тем самым выключает постоянное магнитное поле катушки 3. Далее при обратном проходе тележки включаются средства для размагничивания трубы: коммутатор 12 подключает через свои контакты выход генератора 11 к входу катушки 3, тем самым включая переменное магнитное поле катушки. (Как опция, возможно использование блока питания 7 для питания генератора 11. При этом коммутатор 12 дополнительно подключает выход блока питания 7 к генератору 11. обеспечивая его питание, и коммутирует выход генератора 11 с катушкой 3, тем самым включая переменное магнитное поле катушки). Одновременно по команде блока управления 9 включается обратное движение тележки 1, при котором переменное магнитное поле катушки 3 размагничивает тело трубы.To solve the problem of demagnetizing the pipe after it is controlled by the magnetic method, a low-frequency generator 11 and a switch 12 are introduced into the inventive mobile device, and the metal housing of the coil 3 is made with a cut to eliminate eddy current losses in it: the metal housing of the coil should not be a short-circuited coil. With a direct passage of the trolley, means for searching for pipe defects are turned on (see drawing). At the command of the control unit 9, the direct movement of the truck 1 through the pipe 2 with the basket 4 and the coil 3 is connected through the contacts of the switch 12 to the power supply 7. In this case, the pipe is magnetized by the constant magnetic field of the coil 3, the signals of the sensors 5 and 6 are recorded, signal processing in block 8 and their registration in block 10. At the end of the pipe control, at the command of the control unit 9, the switch 12 breaks the contacts connecting the power supply unit 7 to the coil 3 and thereby turns off the constant magnetic field of the coil 3. Then, with the return passage t maturation includes means for demagnetizing the tube: the switch 12 connects the output contacts through their generator coils 11 to the input 3, thereby turning on the alternating magnetic field of the coil. (As an option, it is possible to use the power supply 7 to power the generator 11. In this case, the switch 12 additionally connects the output of the power supply 7 to the generator 11. providing it with power, and commutes the output of the generator 11 with the coil 3, thereby including the alternating magnetic field of the coil). At the same time, at the command of the control unit 9, the reverse movement of the truck 1 is turned on, in which the alternating magnetic field of the coil 3 demagnetizes the pipe body.

Таким образом, за один цикл прямого и обратного движения тележки по трубе выполняются все заявленные функции устройства.Thus, in one cycle of direct and reverse movement of the truck along the pipe, all the declared functions of the device are performed.

Заявляемое мобильное устройство было разработано и изготовлено в ЗАО «Виматек» и испытано на стандартных образцах. Установлено соответствие требованиям API, DS-1 и ГОСТ Р50278-92..The inventive mobile device was developed and manufactured in JSC "Vimatek" and tested on standard samples. The compliance with the requirements of API, DS-1 and GOST R50278-92 is established.

Устройство впервые было экспонировано на выставке Российского общества по неразрушающему контролю и технической диагностике 3-6 марта 2015 г. в Москве.The device was first exhibited at the exhibition of the Russian Society for Non-Destructive Testing and Technical Diagnostics on March 3-6, 2015 in Moscow.

17-18 апреля 2015 года были проведены сравнительные испытания заявляемого устройства и установки американской фирмы TECH SCOPE EZW-11 на реальных бурильных трубах, при этом подтвердилось выполнение всех функций мобильной установки ЗАО «Виматек».On April 17-18, 2015, comparative tests of the claimed device and installation of the American company TECH SCOPE EZW-11 on real drill pipes were carried out, while all the functions of the mobile installation of Vimatek CJSC were confirmed.

Claims

A mobile device for non-destructive testing of drill pipes by the magnetic method, comprising an induction coil, a basket of magnetic field sensors, an electric trolley for moving the device along the pipe being monitored, a sensor signal processing unit, a direct current induction coil power supply, a device control unit and a control data recording unit, the input of the induction coil is connected to the output of the power supply unit of the induction coil, characterized in that it further comprises a low frequency generator and a switch, the contacts of which are connected to the input of the induction coil, with the output of the power supply unit of the induction coil and with the output of the low-frequency generator, and the said contacts of the switch are configured to connect the induction coil by commands from the outputs of the control unit of the device to the output of the power unit of the induction coil or to the output of the low-frequency generator, while the housing of the induction coil is made with a slit to eliminate eddy current losses in it.