RU2620327C1 - Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel - Google Patents

Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel Download PDF

Info

Publication number
RU2620327C1
RU2620327C1 RU2015153916A RU2015153916A RU2620327C1 RU 2620327 C1 RU2620327 C1 RU 2620327C1 RU 2015153916 A RU2015153916 A RU 2015153916A RU 2015153916 A RU2015153916 A RU 2015153916A RU 2620327 C1 RU2620327 C1 RU 2620327C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensors
boards
gmr
tubing
board
Prior art date
Application number
RU2015153916A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Алексеевич Абакумов
Александр Алексеевич Елисеев
Федор Васильевич Носов
Николай Михайлович Павлечко
Владимир Всеволодович Семенов
Алексей Вениаминович Семенов
Андрей Дмитриевич Фогель
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Газпром нефть"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Газпром нефть" filed Critical Открытое акционерное общество "Газпром нефть"
Priority to RU2015153916A priority Critical patent/RU2620327C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620327C1 publication Critical patent/RU2620327C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: defect diagnosis device in the constructions made of the steel pipe, comprising GMR magnetic sensors and data processing unit, GMR sensors are placed on the boards in the form of discs mounted on a common shaft parallel. Each board taken not less than 8 bicomponent GMR sensors placed on the outer circumference of the card equidistant from each other, form a board of at least two groups, two in each board. Wherein the horizontal axis of the bicomponent GMR sensors on each of the boards are perpendicular tubing axis are coaxial and are directed to each pair of oppositely lying sensors toward one another, the vertical axis of the sensors are parallel to the axis of the tubing and parallel to one another, the vertical axis are arranged one above the other sensors to provide necessary precision are coaxial. At the end of the rod information processing unit is placed with the output connector to the control and recording devices.
EFFECT: expansion of the functional capabilities of the device.
7 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для выявления и характеристики дефектов и зон концентрации напряжений в инженерных сооружениях из стальных трубных сталей, включая резьбовые трубы нефтегазового сортамента, используемые при бурении и извлечении нефтепродуктов.The invention relates to devices for identifying and characterizing defects and stress concentration zones in engineering structures of steel pipe steels, including oil and gas gauge threaded pipes used in drilling and extraction of oil products.

Работы в области совершенствования способов и устройств технической диагностики оборудования нефтегазовых скважин и практическая реализация их результатов в целях поддержания этого оборудования в исправном рабочем состоянии становятся все более актуальными как с точки зрения экономической эффективности, так и с точки зрения экологической безопасности, так как большинство месторождений нефти и газа находятся на поздней стадии промышленной разработки.Work in the field of improving methods and devices for technical diagnostics of oil and gas well equipment and the practical implementation of their results in order to maintain this equipment in good working condition are becoming increasingly relevant both from the point of view of economic efficiency and environmental safety, since most oil fields and gas are in the late stages of industrial development.

Полнота и объективность исследования технического состояния скважин определяются конструкцией скважины (наличие НКТ, подземного оборудования, многоколонность и пр.), скважинными условиями, технологией проведения исследований, применяемым комплексом геоинформационной системы и техническими возможностями скважинной геофизической аппаратуры, системностью подхода к измерениям.The completeness and objectivity of the study of the technical condition of the wells is determined by the design of the well (availability of tubing, underground equipment, multi-column, etc.), downhole conditions, research technology used by the complex of geographic information systems and technical capabilities of downhole geophysical equipment, a consistent approach to measurements.

Для повышения точности определения толщины и вероятности выявления различных дефектов стенок колонн в скважинах необходимо расширять возможности существующих средств измерений, разрабатывать новые технологии геофизических исследований, совершенствовать программно-методические средства процесса регистрации и обработки геофизических данных. В последнее время разработаны и серийно выпускаются новые виды отечественной геофизической аппаратуры для исследования технического состояния скважин (резьбовых труб нефтегазового сортамента, например колонн НКТ). Созданные новые программно-методические средства по исследованию и обработке данных позволяют повысить эффективность геофизических исследований. Однако информационный уровень существующего комплекса технических и программно-методических средств для надежного выявления дефектов колонн типа трещин, интервалов коррозии, локальных нарушений все-таки недостаточен.To increase the accuracy of determining the thickness and the probability of detecting various defects of the walls of the columns in the wells, it is necessary to expand the capabilities of existing measuring instruments, develop new technologies for geophysical research, improve software and methodological tools for the process of recording and processing geophysical data. Recently, new types of domestic geophysical equipment have been developed and mass-produced for studying the technical condition of wells (threaded oil and gas assortment pipes, for example tubing strings). Created new software and methodological tools for research and data processing can increase the efficiency of geophysical research. However, the information level of the existing complex of technical, software and methodological tools for reliable detection of column defects such as cracks, corrosion intervals, and local violations is still insufficient.

К основным повреждениям резьбовых труб нефтегазового сортамента, например колонн НКТ, при проведении исследований следует отнести «обрыв по резьбовой части», сквозное повреждение, ручейковую коррозию, язвенную (питтинговую) коррозию и т.п.The main damage to oil and gas gauge threaded pipes, such as tubing strings, during research should include a “break in the threaded part”, through damage, brook corrosion, pitting corrosion, etc.

К основным методам контроля технического состояния скважин относятся:The main methods for monitoring the technical condition of wells include:

- Акустическая и ультразвуковая толщинометрия и дефектоскопия, в том числе USI фирмы Schlumberger, акустические телевизоры АРКЦ-Т-1, САТ-4 (НПФ «Геофизика»), АВАК-42 (НПП «ВНИИГИС»), АКЦ СВ (НПП «Геометр»), сканеры Schlumberger - CET-CE/G/J, СЕТ-В B/H/F; Computalog - PET, Baker Atlas - CBT.- Acoustic and ultrasonic thickness and flaw detection, including Schlumberger USI, acoustic televisions ARKTs-T-1, SAT-4 (NPF Geofizika), AWAK-42 (NPP VNIIGIS), AKTS SV (NPP Geometr) ), Schlumberger scanners - CET-CE / G / J, CET-B B / H / F; Computalog - PET, Baker Atlas - CBT.

Недостатки известных методов контроля технического состояния скважин: высокие требования к очистке скважины и дисперсности скважинной жидкости, производительность контроля - низкая, стоимость оборудования - высокая.Disadvantages of well-known methods for monitoring the technical condition of wells: high requirements for well cleaning and dispersion of well fluid, control performance is low, equipment cost is high.

- Электромагнитная дефектоскопия (магнитоимпульсные дефектоскопы ЭМДС-С) (Неразрушающий контроль. Книга 3. Электромагнитный контроль. Высшая школа. 1992 г.; «Аппаратурно-методическое развитие скважинной электромагнитной дефектоскопии нефтяных и газовых скважин» В.К. Теплухин; «Магнитная диагностика газонефтепроводов» А.А. Абакумов, А.А. Абакумов (мл.), Москва, Энергоатомиздат, 2001 г.).- Electromagnetic flaw detection (magnetic impulse flaw detectors EMDS-S) (Non-destructive testing. Book 3. Electromagnetic control. Higher school. 1992; "Methodological development of borehole electromagnetic flaw detection of oil and gas wells" V.K. Teplukhin; "Magnetic diagnostics of gas and oil pipelines "A.A. Abakumov, A.A. Abakumov (Jr.), Moscow, Energoatomizdat, 2001).

Данный метод не позволяет измерять размеры дефектов, оценивать их форму, количество и взаимное расположение. Ограничения по чувствительности данного метода не позволяют выявлять локальные трещиноподобные и коррозионные дефекты.This method does not allow measuring the size of defects, evaluating their shape, quantity and relative position. Limitations on the sensitivity of this method do not allow detecting local crack-like and corrosion defects.

- Термометрия и расходометрия под закачкой и на притоке. Позволяет выявлять только сквозные повреждения трубы, что недостаточно для оценки ее ресурса и выбора оптимального способа ликвидации.- Thermometry and flow measurement under injection and inflow. It allows detecting only end-to-end damage to the pipe, which is not enough to assess its resource and choose the optimal method of liquidation.

Как известно, в процессе работы подвергается воздействию ряд внешних факторов, степень воздействия которых определяет износ труб, а следовательно, и возникновение аварий.As you know, in the process, a number of external factors are exposed, the degree of impact of which determines the wear of the pipes, and therefore the occurrence of accidents.

К числу факторов, в наибольшей степени влияющих на износ труб, наиболее существенными можно считать следующие факторы:Among the factors that most affect pipe wear, the following factors can be considered the most significant:

- истирание стенки трубы при соприкосновении ее со стенкой скважины и с колонной штанг в процессе проведения спускоподъемных операций;- abrasion of the pipe wall when it contacts the well wall and the rod string during tripping operations;

- распирающие воздействия, вызванные давлением на внутреннюю стенку труб технологической жидкости;- bursting effects caused by pressure on the inner wall of the pipes of the process fluid;

- влияние температуры водонефтяной смеси, а также перепадов температуры при нагревании и остывании труб НКТ в процессе подъема нефти и газа;- the influence of the temperature of the oil-water mixture, as well as temperature differences during heating and cooling of tubing pipes in the process of lifting oil and gas;

- коррозия стенок труб.- corrosion of the walls of the pipes.

Приведенные факторы обуславливают возникновение деформаций, которые приводят к разрушению резьбовых соединений, развинчиванию и разрыву труб, в частности колонн НКТ.These factors cause the occurrence of deformations, which lead to the destruction of threaded joints, unscrewing and rupture of pipes, in particular tubing string.

Длительное воздействие деформаций приводит к нарушению целостности стенок нефтегазовых труб и возникновению аварийных ситуаций.Prolonged exposure to deformation leads to a violation of the integrity of the walls of oil and gas pipes and emergency situations.

Известны различные технические решения в области выявления и характеристики дефектов стальных НКТ при бурении и извлечении нефтепродуктов.There are various technical solutions in the field of detection and characterization of defects of steel tubing during drilling and oil recovery.

Патент RU на изобретение №2364860 (МПК G01N 27/82, опубл. 20.08.2009) «Датчик для разделения дефектов на внешние и внутренние для устройства контроля магнитных потоков рассеяния».RU patent for invention No. 2364860 (IPC G01N 27/82, published on 08.20.2009) “Sensor for separating defects into external and internal for a device for monitoring magnetic fluxes of scattering”.

Изобретение относится к контролю трубопроводов. Снаряд содержит корпус, первый и второй окружные отстоящие друг от друга магниты противоположных полярностей, размещенные на корпусе снаряда. Магниты обеспечивают магнитное насыщение зоны трубопровода между ними. Первые измерительные приборы размещены на корпусе снаряда между магнитами и выполнены с возможностью генерирования сигналов, которые реагируют на рассеяние потока для выдачи первой информации, касающейся аномалий на внутренней и/или наружной поверхности трубопровода. Вторые измерительные приборы размещены на корпусе снаряда между магнитами и выполнены с возможностью генерирования сигналов, которые реагируют на вихревые токи, индуцируемые во внутренней поверхности трубопровода для выдачи второй информации, касающейся аномалий на внутренней поверхности трубопровода. Схема обработки сигналов предназначена для объединения первых и вторых сигналов. При этом вторые измерительные приборы возбуждаются только в ответ на сигналы, генерируемые схемой обработки сигналов. Технический результат: экономия энергии.The invention relates to the control of pipelines. The projectile contains a housing, the first and second circumferential spaced apart magnets of opposite polarities located on the shell of the projectile. Magnets provide magnetic saturation of the pipeline zone between them. The first measuring devices are placed on the shell of the projectile between the magnets and are configured to generate signals that respond to the scattering of the flow to provide the first information regarding anomalies on the inner and / or outer surface of the pipeline. The second measuring devices are placed on the shell of the projectile between the magnets and are capable of generating signals that respond to eddy currents induced in the inner surface of the pipeline to provide second information regarding anomalies on the inner surface of the pipeline. The signal processing circuitry is designed to combine the first and second signals. In this case, the second measuring devices are excited only in response to the signals generated by the signal processing circuit. Effect: energy saving.

Основной отличительной особенностью описанного в патенте технического решения является определение ориентации дефекта на стенке трубы с помощью вихретоковой системы, причем возбуждение системы происходит только по сигналу о наличии дефекта, полученному от основных, недостаточно чувствительных датчиков (Холла).The main distinguishing feature of the technical solution described in the patent is the determination of the defect orientation on the pipe wall using an eddy current system, and the system is excited only by a signal about the presence of a defect received from the main, insufficiently sensitive sensors (Hall).

Изобретение RU №2382357 (МПК: G01V 3/28, G01N 27/82, опубл. 20.02.2010) на интроскоп магнитный скважинный. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение разрешающей способности при регистрации дефектов стенки и особенностей эксплуатационной колонны (перфорационных отверстий, муфт, центраторов и т.п.), а также чувствительности и достоверности получаемой информации. Поставленная цель достигается тем, что интроскоп магнитный скважинный состоит из скважинного модуля и наземной диагностической системы, содержащей геофизический подъемник, геофизический кабель, сельсин, жестко закрепленный на поверхности земли относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения геофизического кабеля. Скважинный модуль содержит: намагничивающее устройство, выполненное в виде электромагнита, магнитоизмерительную систему, состоящую из магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов гантелеобразного магнитопровода.The invention RU No. 2382357 (IPC: G01V 3/28, G01N 27/82, publ. 02/20/2010) on a borehole magnetic introscope. The aim of the invention is to expand the functionality, increase the resolution when registering wall defects and features of the production string (perforations, couplings, centralizers, etc.), as well as the sensitivity and reliability of the information received. This goal is achieved by the fact that the magnetic borehole introscope consists of a borehole module and a ground-based diagnostic system containing a geophysical elevator, a geophysical cable, a selsyn, rigidly fixed to the surface of the earth relative to the wellhead, which is a transducer of rotation into an electrical signal designed to measure the movement of the geophysical cable . The downhole module contains: a magnetizing device made in the form of an electromagnet, a magnetic measuring system consisting of magnetically sensitive sensors placed on flexible "skis" between the poles of a dumbbell-shaped magnetic circuit.

В техническом решении по данному патенту магнитопровод намагничивающего устройства снабжен сменными полюсами, что позволяет осуществлять контроль эксплуатационных колонн различного диаметра с помощью одного интроскопа магнитного скважинного. Магниточувствительные датчики основной сканирующей магнитоизмерительной системы расположены относительно намагничивающего устройства и эксплуатационной колонны таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к составляющей магнитного поля, направленной вдоль эксплуатационной колонны. Однако ориентация магнитоизмерительной системы при эксплуатации может изменяться. Введена дополнительная сканирующая система, выполненная в виде строки из магниточувствительных датчиков, расположенных на гибких «лыжах», снабженных постоянными магнитами малой магнитодвижущей силы, намагничивающими участок эксплуатационной колонны, примыкающей к магниточувствительному датчику, до состояния, не достигающего «технического насыщения», причем выход каждого из магниточувствительных датчиков подключен к одному из информационных входов бортового контроллера. Дополнительная сканирующая система выполнена в виде строки из вихретоковых датчиков, расположенных на гибких «лыжах», причем выход каждого из вихретоковых датчиков подключен к одному из информационных входов бортового контроллера. Использование гибких лыж при эксплуатации создает дополнительные технические трудности. Вихретоковые датчики строки дополнительной сканирующей системы конструктивно совмещены с магнитоизмерительными датчиками основной сканирующей магнитоизмерительной системы. Совмещение измерительной системы магнитного интроскопа и системы токовихревых датчиков увеличивает уровень шума в измерительных цепях.In the technical solution for this patent, the magnetizing circuit of the magnetizing device is equipped with interchangeable poles, which makes it possible to control production cores of various diameters using a single magnetic borehole introscope. Magnetosensitive sensors of the main scanning magnetic measuring system are located relative to the magnetizing device and the production string in such a way as to provide maximum sensitivity to the magnetic field component directed along the production string. However, the orientation of the magnetic measuring system during operation may vary. An additional scanning system has been introduced, made in the form of a string of magnetosensitive sensors located on flexible "skis" equipped with permanent magnets of small magnetomotive force, magnetizing a portion of the production string adjacent to the magnetosensitive sensor to a state that does not reach "technical saturation", with the output of each of magnetosensitive sensors connected to one of the information inputs of the on-board controller. An additional scanning system is made in the form of a string of eddy current sensors located on flexible "skis", and the output of each of the eddy current sensors is connected to one of the information inputs of the on-board controller. The use of flexible skis during operation creates additional technical difficulties. The eddy current sensors of the line of the additional scanning system are structurally combined with the magnetic measuring sensors of the main scanning magnetic measuring system. The combination of the measuring system of the magnetic introscope and the system of eddy current sensors increases the noise level in the measuring circuits.

Патент US №7218102 (МПК G01N 27/72, опубл. 13.04.2006) на изобретение «Способ неразрушающего контроля трубопроводов и устройство на его основе». Устройство для контроля целостности стенок трубопровода содержит магнитопровод и как минимум три постоянных магнита: относительно средний по силе магнит, расположенный с одного конца магнитопровода, относительно слабый магнит, расположенный с другого конца магнитопровода, и относительно сильный магнит, расположенный по середине между средним и слабым магнитами. Как минимум три магнита подобраны и расположены так, чтобы создавать совокупность магнитных полей в стенке трубы, содержащую первое магнитное поле, подходящее для выявления аномалий, связанных с потерей металла, и второе магнитное поле, подходящее для выявления аномалий, связанных с механическим воздействием на стенку трубы. Предпочтительно, чтобы первое магнитное поле по величине превосходило 120 Э, и второе магнитное поле по величине лежало в диапазоне 40-80 Э.US patent No. 7218102 (IPC G01N 27/72, publ. 13.04.2006) for the invention "Method of non-destructive testing of pipelines and a device based on it." A device for monitoring the integrity of the walls of the pipeline contains a magnetic circuit and at least three permanent magnets: a relatively medium-strength magnet located at one end of the magnetic circuit, a relatively weak magnet located at the other end of the magnetic circuit, and a relatively strong magnet located in the middle between the medium and weak magnets . At least three magnets are selected and arranged so as to create a set of magnetic fields in the pipe wall containing the first magnetic field suitable for detecting anomalies associated with metal loss, and a second magnetic field suitable for detecting anomalies associated with mechanical impact on the pipe wall . Preferably, the first magnetic field is larger in magnitude than 120 Oe, and the second magnetic field is larger in size in the range of 40-80 Oe.

В известном устройстве реализован способ на основе метода магнитных потоков рассеяния (MFL). Основной отличительной особенностью изобретения является трехполюсная магнитная система, создающая в объекте контроля области с разным уровнем намагниченности. Утверждается, что выявление участков металла, подверженных механическому напряжению, более эффективно при ненасыщенном состоянии, когда величина поля лежит в диапазоне 40-80 Э (~2400-6400 А/м). Напряженные участки металла предлагается выявлять в зоне малого поля магнитной системы. Выявление дефектов в виде потерь металла и трещин - в зоне большого поля, в которой металл находится в состоянии насыщения (более 120 Э). Основным недостатком является неконтролируемое влияние технологических и эксплуатационных магнитных неоднородностей.The known device implements a method based on the method of magnetic flux scattering (MFL). The main distinguishing feature of the invention is a three-pole magnetic system, which creates areas with different levels of magnetization in the control object. It is argued that the identification of areas of metal subject to mechanical stress is more effective in an unsaturated state, when the field value lies in the range of 40-80 Oe (~ 2400-6400 A / m). It is proposed that tense metal sections be detected in the zone of a small field of the magnetic system. Identification of defects in the form of metal losses and cracks is in the zone of a large field in which the metal is in a state of saturation (more than 120 Oe). The main disadvantage is the uncontrolled influence of technological and operational magnetic inhomogeneities.

Известен также интроскоп магнитный скважинный МИ 50 (А.А. Абакумов, А.А. Абакумов (мл.), Баженов В.В. и др. Технология магнитной интроскопии для дефектоскопического обследования эксплуатационных колонн скважин. «Интервал» №10, 2008). Прибор предназначен для проведения неразрушающего контроля обсадных колонн скважин. Решаемые задачи: определение дефектов обсадных колонн в виде сквозных и несквозных отверстий и щелей; определение интервалов коррозии обсадных колонн скважин; определение толщины обсадной колонны; определение фактического положения интервалов перфорации обсадных колонн; привязка дефектов колонны к геологическому разрезу. Характеризуется функциональной простотой, сравнительно невысокой стоимостью и хорошей технологичностью.Also known is a magnetic borehole introscope MI 50 (A.A. Abakumov, A.A. Abakumov (ml.), Bazhenov V.V. et al. Technology of magnetic introscopy for flaw inspection of production casing wells. "Interval" No. 10, 2008) . The device is designed for non-destructive testing of casing strings of wells. Tasks to be solved: determination of casing string defects in the form of through and through holes and cracks; determination of corrosion intervals for casing strings of wells; determination of casing thickness; determination of the actual position of the casing perforation intervals; binding of column defects to a geological section. It is characterized by functional simplicity, relatively low cost and good adaptability.

Типы диагностируемых труб - обсадные колонны нефтяных скважин (горячекатаные трубы, сталь группы прочности «Д» (аналог СТ45).Types of diagnosed pipes - casing strings of oil wells (hot rolled pipes, steel of strength group “D” (analogue of CT45).

Для снятия и установки полюсных наконечников потребуется использование ключа для винтов с внутренним шестигранником, входящего в комплект поставки. Снятие полюсных наконечников необходимо для замены магниточувствительных датчиков.To remove and install the pole pieces, you will need to use the key for the hexagon screws provided. Removing the pole pieces is necessary to replace magnetically sensitive sensors.

Недостатком МИ 50 является отсутствие способности при выявлении зон концентрации напряжений (ЗКН) в соединительных муфтах НКТ и зон небольших (2-3 мм) недоворотов труб НКТ.The disadvantage of MI 50 is the lack of ability in identifying stress concentration zones (ZKN) in the tubing couplings and areas of small (2-3 mm) tubing shortfalls.

Известен электромагнитный дефектоскоп стальных труб в скважинах по патенту RU на изобретение №2176317 (МПК: Е21В 47/00, G01N 27/83, опубл. 27.11.2001). Техническим результатом известного решения является получение дополнительной информации о местах разрывов колонны и рассоединений в муфтах обсадной колонны через насосно-компрессорные трубы посредством измерения естественного постоянного магнитного поля одновременно с определением толщины стенки обсадной трубы. Для этого производят излучение зондирующих двухполярных электромагнитных импульсов с помощью генераторной катушки и измерение э.д.с, наведенной в приемной катушке процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующими импульсами. Затем производят вычитание значений э.д.с, полученной после положительного и отрицательного генераторных импульсов. Дополнительно измеряют напряженность естественного магнитного поля вдоль трубы. Для чего складывают замеры э.д.с. на приемной катушке в двух полуциклах работы генераторной катушки. При этом сигналы, вызванные импульсами зондирующего тока, имеющие различную полярность, вычитаются, а сигналы, вызванные естественным магнитным полем, складываются. По величине результирующего сигнала, соответствующего величине скорости изменения естественного магнитного поля, судят о наличии или отсутствии разрывов в колонне.Known electromagnetic flaw detector of steel pipes in wells according to RU patent for invention No. 2176317 (IPC: ЕВВ 47/00, G01N 27/83, publ. 11/27/2001). The technical result of the known solution is to obtain additional information about the places of breaks in the casing and disconnections in the casing couplings through tubing by measuring the natural constant magnetic field at the same time as determining the wall thickness of the casing. To do this, the radiation of probing bipolar electromagnetic pulses is produced using a generator coil and the measurement of the emf induced in the receiving coil by the decay of the electromagnetic field caused by the probe pulses. Then, the values of the emf obtained after the positive and negative generator pulses are subtracted. Additionally measure the intensity of the natural magnetic field along the pipe. Why add up the measurements of the emf on the receiving coil in two half cycles of the generator coil. In this case, the signals caused by the pulses of the probe current having different polarity are subtracted, and the signals caused by the natural magnetic field are added. The magnitude of the resulting signal corresponding to the magnitude of the rate of change of the natural magnetic field is judged on the presence or absence of gaps in the column.

Приведенные выше известные технические решения находят применение преимущественно в области контроля труб промысловых и магистральных нефтепроводов, и предназначены для реализации в составе автономных снарядов-дефектоскопов.The above-mentioned well-known technical solutions find application mainly in the field of field and trunk oil pipe inspection, and are intended for implementation as part of autonomous flaw detector shells.

Недостатками известных технических решений являются:The disadvantages of the known technical solutions are:

- использование внешнего магнитного поля и устройств для его создания, усложнение конструкции зондирующего снаряда;- the use of an external magnetic field and devices for its creation, the complexity of the design of the probing projectile;

- необходимость учета флуктуаций внутреннего магнитного поля;- the need to take into account fluctuations in the internal magnetic field;

- отсутствие регистрации предпорывного состояния;- lack of registration of a pre-upset condition;

- отсутствие регистрации недоворотов в муфтах НКТ.- lack of registration of shortfalls in the tubing couplings.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков является «Способ магнитной дефектоскопии и измерительное устройство для его осуществления» по патенту RU №2319955, выбранный в качестве прототипа. Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано для обнаружения различного вида неоднородностей и определения характера этих неоднородностей, их пространственной ориентации в стальных колоннах нефтегазовых скважин. Сущность: способ использует свойство образования в ферромагнетиках кристаллографических направлений легкого намагничивания, определяющих направление магнитного поля. Многоэлементным магнитным преобразователем измеряется направление магнитного поля путем преобразования угла вектора магнитной индукции в определенное значение э.д.с., пропорциональное углу индукции. После этого производится анализ сигналов.Closest to the proposed technical solution for the combination of essential features is the "Method of magnetic flaw detection and measuring device for its implementation" according to patent RU No. 2319955, selected as a prototype. The invention relates to the field of flaw detection and can be used to detect various types of heterogeneities and determine the nature of these heterogeneities, their spatial orientation in steel columns of oil and gas wells. Essence: the method uses the property of the formation in ferromagnets of crystallographic directions of easy magnetization, which determine the direction of the magnetic field. A multi-element magnetic transducer measures the direction of the magnetic field by converting the angle of the magnetic induction vector to a specific emf value proportional to the angle of induction. After that, the analysis of the signals.

Измерительное устройство содержит набор идентичных, электрически не соединенных между собой датчиков магнитного поля, чувствительных только к направлению магнитного поля и нечувствительных к значению напряженности магнитного поля. Датчики расположены равномерно не менее чем по трем уровням, в виде квадратных ячеек по периметру круга. Измерительное устройство также содержит электронный коммутатор, прецизионный дифференциальный усилитель и аналого-цифровой преобразователь. Повышение точности при определении зон различного вида дефектов достигается тем, что производится комплексное измерение характера магнитной анизотропии стенок труб за счет применения в качестве датчиков магнитного поля высокотехнологичных GMR датчиков, которые чувствительны только к изменению направления магнитного поля (изменению угла между направлением магнитного поля и нормалью к поверхности магнитного преобразователя /Справочник по элементарной физике. Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич, издание 7-е стереотипное, М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1976 г., стр. 157-158) и нечувствительны к его напряженности. Допускается большой воздушный зазор (до 50 мм) между поверхностью датчика и анализируемой поверхностью, высокая точность определяется также тем, что датчики магнитного поля этого вида обладают постоянным температурным коэффициентом.The measuring device contains a set of identical, not electrically connected, magnetic field sensors, sensitive only to the direction of the magnetic field and insensitive to the value of the magnetic field strength. The sensors are evenly distributed over at least three levels, in the form of square cells around the perimeter of the circle. The measuring device also includes an electronic switch, a precision differential amplifier and an analog-to-digital converter. Improving the accuracy in determining zones of various types of defects is achieved by the complex measurement of the character of the magnetic anisotropy of the pipe walls due to the use of high-tech GMR sensors as magnetic field sensors that are sensitive only to a change in the direction of the magnetic field (a change in the angle between the direction of the magnetic field and the normal to surfaces of a magnetic transducer / Handbook of Elementary Physics N. N. Koshkin, M. G. Shirkevich, 7th stereotyped edition, M., Nauka, Main Edition physical and mathematical literature, 1976, pp. 157-158) and insensitive to its tension. A large air gap (up to 50 mm) between the sensor surface and the analyzed surface is allowed; high accuracy is also determined by the fact that the magnetic field sensors of this type have a constant temperature coefficient.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- отсутствие чувствительности к величине напряженности магнитного поля, что может приводить к пропуску зон предпрорывного состояния колон труб;- lack of sensitivity to the magnitude of the magnetic field, which can lead to the omission of the zones of pre-breakthrough state of pipe columns;

- малая чувствительность при фиксации сквозных и несквозных изометрических отверстий в стенках НКТ диаметром - 8, 6, 4 мм;- low sensitivity when fixing through and through isometric holes in the walls of tubing with a diameter of 8, 6, 4 mm;

- недостаточная чувствительность при фиксировании недоворотов величиной 2.5-3.2 мм в соединительных муфтах труб НКТ диаметром до 60 мм и в зонах низкого качества резьбовых соединений труб НКТ и соединительных муфт.- insufficient sensitivity when fixing shortfalls of 2.5-3.2 mm in the tubing pipe couplings with a diameter of up to 60 mm and in low-quality areas of threaded tubing pipe couplings and couplings.

Отличия предлагаемого изобретения от прототипа:The differences of the invention from the prototype:

- использование 2-компонентных датчиков, фиксирующих амплитуды сигналов по соответствующим осям;- the use of 2-component sensors that capture the amplitudes of the signals along the corresponding axes;

- использование соосности и ортогональности осей датчиков, что позволяет проводить с необходимой точностью градиентную и тензорную обработку принимаемых сигналов поля и определять величины недоворотов;- the use of alignment and orthogonality of the axes of the sensors, which allows to carry out the gradient and tensor processing of the received field signals with the necessary accuracy and determine the magnitude of the shortfalls;

- использование 2-х групп спаренных (идентичных) датчиков, что повышает точность и надежность измерений;- the use of 2 groups of paired (identical) sensors, which increases the accuracy and reliability of measurements;

- использование внутреннего магнитного поля трубы, а не внешнего намагничивающего поля.- the use of the internal magnetic field of the pipe, and not the external magnetizing field.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства диагностики дефектов и зон ЗКН (зон концентрации напряжений) в инженерных сооружениях из трубных сталей, в частности в НКТ, со следующими характеристиками:The task to which the invention is directed is to create a device for diagnosing defects and zones of ZKN (zones of stress concentration) in engineering structures of pipe steels, in particular in tubing, with the following characteristics:

- возможность фиксирования недоворотов труб НКТ диаметром до 60 мм в соединительных муфтах при величине недоворотов 2.5-3.2 мм и более, количественная характеристика изменяющейся величины недоворотов не менее 2.5 мм;- the possibility of fixing shortfalls of tubing tubing with a diameter of up to 60 mm in the couplings with a magnitude of shortfalls of 2.5-3.2 mm or more, a quantitative characteristic of the changing value of shortfalls of at least 2.5 mm;

- возможность фиксирования сквозных изометрических отверстий в стенках НКТ диаметром - 8, 6, 4 мм;- the ability to fix through isometric holes in the walls of the tubing with a diameter of 8, 6, 4 mm;

- возможность выявления и оценки ЗКН, аномальных в муфтовых соединениях и стенках НКТ, опасных по совершению аварийных ситуаций;- the possibility of identifying and evaluating SCZs that are abnormal in the coupling joints and tubing walls that are hazardous in emergency situations;

- возможность выявления зон низкого качества резьбовых соединений труб НКТ и соединительных муфт;- the ability to identify areas of poor quality threaded pipe joints and couplings;

- возможность выявления ограничений, вызванных изменениями габаритных размеров самих НКТ, в том числе величиной овальности, сужений проходного сечения, наличием трудных для прохода участков трубы и т.п.- the ability to identify restrictions caused by changes in the overall dimensions of the tubing itself, including the size of ovality, narrowing of the bore, the presence of pipe sections difficult to pass, etc.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства диагностики дефектов и зон ЗКН в трубных сталях с резьбовыми соединениями, в частности в НКТ.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device for the diagnosis of defects and zones of ZKN in pipe steels with threaded joints, in particular in the tubing.

Достигается технический результат тем, что в устройстве диагностики дефектов в сооружениях из трубных сталей, включающем ГМР магнитные датчики и блок обработки информации, ГМР датчики размещены на платах в форме дисков, закрепленных на едином стержне параллельно друг другу, причем на каждой плате размещено не менее чем по 8 двухкомпонентных ГМР датчиков, размещенных по внешней окружности платы на равном расстоянии друг от друга, платы образуют не менее чем две группы, по две платы в каждой. Причем горизонтальные оси всех двухкомпонентных ГМР датчиков на каждой из плат расположены перпендикулярно оси НКТ соосны и направлены для каждой пары противоположно лежащих датчиков навстречу друг другу, вертикальные оси всех датчиков параллельны оси НКТ и параллельны друг другу, вертикальные оси, расположенных друг под другом датчиков, для обеспечения необходимой точности соосны. На конце стержня размещен блок обработки информации с выходным разъемом для подключения к управляющему и записывающему устройствам.The technical result is achieved by the fact that in the device for diagnosing defects in pipe steel structures, including GMD magnetic sensors and an information processing unit, GMR sensors are placed on boards in the form of disks mounted on a single rod parallel to each other, with at least with 8 two-component GMR sensors placed along the outer circumference of the board at an equal distance from each other, the boards form at least two groups, two boards in each. Moreover, the horizontal axes of all two-component GMR sensors on each of the boards are perpendicular to the tubing axis, are aligned and directed for each pair of oppositely lying sensors towards each other, the vertical axes of all sensors are parallel to the tubing axis and parallel to each other, vertical axes located one below the other sensors, for ensure the necessary accuracy of alignment. At the end of the rod there is an information processing unit with an output connector for connecting to a control and recording device.

Дополнительные отличия предлагаемого изобретения:Additional features of the invention:

- расстояние между платами в каждой группе не более 5 мм;- the distance between the boards in each group is not more than 5 mm;

- диаметр стержня не более 4 мм;- the diameter of the rod is not more than 4 mm;

- расстояние между каждой парой плат не более 50 мм;- the distance between each pair of boards is not more than 50 mm;

- расположение датчиков на одной из плат в каждой группе плат сдвинуто относительно расположения датчиков на другой плате этой группы на угол, равный 45°;- the location of the sensors on one of the boards in each group of boards is shifted relative to the location of the sensors on the other board of this group by an angle equal to 45 °;

- блок обработки информации включает аналого-цифровой преобразователь, на вход которого поступают входные сигналы от ГМР датчиков, соединенный с преобразователем интерфейсов и преобразователем связи с USB-портом, подключенными в свою очередь к блоку питания, причем преобразователь связи с USB-портом подключен также к блоку записи сигналов, выход которого соединен с выходным разъемом;- the information processing unit includes an analog-to-digital converter, the input of which receives input signals from GMR sensors, connected to an interface converter and a communication converter with a USB port, which are in turn connected to a power supply, and the communication converter with a USB port is also connected to a signal recording unit, the output of which is connected to the output connector;

- в качестве управляющего устройства может использоваться внутритрубный геофизический дефектоскоп, в частности магнитный интроскоп.- as a control device can be used in-line geophysical flaw detector, in particular a magnetic introscope.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими чертежами: фиг. 1, на которой представлено предлагаемое устройство (а - расположение плат с ГМР датчиками; б - расположение ГМР датчиков на платах; в - направление осей датчиков на 2-х выбранных платах в верхней и нижней группах), The essence of the invention is illustrated by the following drawings: FIG. 1, which shows the proposed device (a - the location of the boards with GMR sensors; b - the location of the GMR sensors on the boards; c - the direction of the axes of the sensors on 2 selected boards in the upper and lower groups),

где:Where:

1-4 - платы;1-4 - boards;

5 - блок обработки информации;5 - information processing unit;

6 - 2-компонентные датчики, горизонтальные оси которых перпендикулярны оси трубы, а вертикальные параллельны оси трубы, установленные на верхней и нижней группах плат;6 - 2-component sensors, the horizontal axis of which is perpendicular to the axis of the pipe, and the vertical ones are parallel to the axis of the pipe mounted on the upper and lower groups of boards;

7 - стержень;7 - a core;

8 - выходной разъем,8 - output connector

фиг. 2, на которой представлен блок 5 обработки информации, FIG. 2, in which an information processing unit 5 is shown,

где:            Where:

61-32 - двухкомпонентные датчики;6 1-32 - two-component sensors;

91-32 - усилители датчиков;9 1-32 - sensor amplifiers;

10 - блок датчиков;10 - sensor block;

11 - аналого-цифровой преобразователь;11 - analog-to-digital Converter;

12 - преобразователь интерфейсов;12 - interface converter;

13 - преобразователь связи;13 - communication converter;

14 - блок питания;14 - power supply;

15 - блок записи сигналов,15 is a block recording signals

фиг. 3, на которой приведена схема подключения предлагаемого устройства к управляющему и записывающему устройствам, FIG. 3, which shows the connection diagram of the proposed device to the control and recording devices,

где:Where:

16 - отвод информационных линий каротажного кабеля на наземную панель;16 - tap information lines of the logging cable to the ground panel;

17, 18 - информационные линии каротажного кабеля;17, 18 - information lines of the wireline cable;

19 - источник питания наземной панели;19 - power supply ground panel;

20 - источник питания предлагаемого устройства;20 - power source of the proposed device;

21 - предлагаемое устройство;21 - the proposed device;

22 - жила каротажного кабеля, по которой идет питание;22 - core wire, through which there is power;

23 - наземная панель;23 - ground panel;

24 - одометр;24 - odometer;

25 - персональный компьютер.25 - personal computer.

Выходные параметры источника питания 19: напряжение 200 В, ток 0.25 А (источник 19 работает в режиме стабилизации напряжения);Output parameters of power supply 19: voltage 200 V, current 0.25 A (source 19 operates in voltage stabilization mode);

Выходные параметры источника питания 20: напряжение 200 В, ток 0.4 А (источник 20 работает в режиме стабилизации тока),The output parameters of the power source 20: voltage 200 V, current 0.4 A (source 20 operates in the mode of current stabilization),

фиг. 4, на которой представлено управление предлагаемым устройством с помощью магнитного интроскопа через токовихревой модуль, FIG. 4, which shows the control of the proposed device using a magnetic introscope through the eddy current module,

где:Where:

26 - геофизический трос;26 - geophysical cable;

27 - каротажный подъемник с привязкой по расстоянию;27 - logging elevator with reference to the distance;

28 - компьютер для записи отсчетов расстояния, управления связкой;28 - a computer for recording distance samples, control ligament;

29 - каротажный кабель;29 - wireline cable;

30 - память для хранения сигналов;30 - memory for storing signals;

31 - внутритрубный интроскоп гальваномагнитного поля;31 - in-tube introscope of a galvanomagnetic field;

32 - блок вихретокового поля;32 - eddy current field unit;

33 - измеритель внутритрубного магнитного поля,33 - meter internal pipe magnetic field,

фиг. 5, на которой представлены графики продольного градиента,FIG. 5, which shows graphs of a longitudinal gradient,

фиг. 6, на которой представлен план изолиний продольного градиента поперечного поля на всем протяжении трубы,FIG. 6, which shows a plan of isolines of the longitudinal gradient of the transverse field throughout the pipe,

фиг. 7, на которой представлен первичный план изолиний недоворота 2,27 см,FIG. 7, which shows the primary plan of the isolines of the under-rotation of 2.27 cm,

фиг. 8, на которой представлен первичный план изолиний недоворота 3,61 см.FIG. 8, which shows a primary plan of 3.61 cm undercuts.

Устройство диагностики дефектов в НКТ включает ГМР магнитные датчики 6 и блок обработки информации 5. ГМР датчики 6 размещены на платах 1-4 в форме дисков, закрепленных на едином стержне 7 параллельно друг другу, причем на каждой плате размещено не менее чем по 8 двухкомпонентных ГМР датчиков, размещенных по внешней окружности платы на равном расстоянии друг от друга, платы 1-4 образуют не менее чем две группы, по две платы в каждой. Горизонтальные оси всех двухкомпонентных ГМР датчиков на каждой из плат расположены перпендикулярно оси НКТ соосны и направлены для каждой пары противоположно лежащих датчиков навстречу друг другу. Вертикальные оси всех датчиков параллельны оси НКТ и параллельны друг другу, вертикальные оси, расположенных друг под другом датчиков, для обеспечения необходимой точности сосны.The device for diagnosing defects in the tubing includes GMD magnetic sensors 6 and an information processing unit 5. GMD sensors 6 are placed on boards 1-4 in the form of disks mounted on a single rod 7 parallel to each other, with at least 8 two-component GMDs located on each board sensors placed along the outer circumference of the board at an equal distance from each other, boards 1-4 form at least two groups, two boards in each. The horizontal axes of all two-component GMR sensors on each of the boards are perpendicular to the axis of the tubing and are aligned for each pair of oppositely lying sensors towards each other. The vertical axes of all sensors are parallel to the axis of the tubing and parallel to each other, vertical axes located one below the other sensors, to ensure the necessary accuracy of the pine.

На конце стержня 7 размещен блок 5 обработки информации с выходным разъемом 8 для подключения к управляющему и записывающему устройствам.At the end of the rod 7 there is an information processing unit 5 with an output connector 8 for connection to a control and recording device.

Расстояние между платами в каждой группе не более 5 мм, расстояние между каждой парой плат не более 50 мм.The distance between the boards in each group is not more than 5 mm, the distance between each pair of boards is not more than 50 mm.

Диаметр стержня не более 4 мм.The diameter of the rod is not more than 4 mm.

Расположение датчиков на одной из плат в каждой группе плат может быть сдвинуто относительно расположения датчиков на другой плате этой группы на угол, равный 22,5°.The location of the sensors on one of the boards in each group of boards can be shifted relative to the location of the sensors on the other board of this group by an angle equal to 22.5 °.

Блок 5 обработки информации включает 32-канальный аналого-цифровой преобразователь 11, на вход которого поступают входные сигналы от ГМР датчиков 6, соединенный с преобразователем интерфейсов 12 и преобразователем связи с USB-портом 13, подключенными в свою очередь к блоку питания 14, причем преобразователь связи с USB-портом 13 подключен также к блоку записи сигналов 15, выход которого соединен с выходным разъемом.The information processing unit 5 includes a 32-channel analog-to-digital converter 11, to the input of which there are input signals from GMP sensors 6, connected to an interface converter 12 and a communication converter with a USB port 13, which are in turn connected to a power supply unit 14, the converter communication with the USB port 13 is also connected to the signal recording unit 15, the output of which is connected to the output connector.

В качестве управляющего устройства может использоваться интроскоп, например, МИ-50.An introscope, for example, MI-50, can be used as a control device.

Использование ГМР датчиков 6 позволяет обнаруживать критически опасные недовороты в муфтах НКТ по количеству развинченных витков резьбы и характеризовать их количественно с удовлетворительной точностью, а также фиксировать зоны низкого качества резьбовых соединений.The use of GMR sensors 6 makes it possible to detect critically dangerous shortfalls in tubing couplings by the number of unscrewed threads and characterize them quantitatively with satisfactory accuracy, as well as to fix low-quality zones of threaded joints.

Использование включенных навстречу друг другу одноосных ГМР датчиков 6, оси которых перпендикулярны/параллельны оси трубы, позволяет также обнаруживать изометрические дефекты в стенках НКТ диаметром 8 и 6 мм.The use of uniaxial GMR sensors 6, turned towards each other, whose axes are perpendicular / parallel to the axis of the pipe, also makes it possible to detect isometric defects in tubing walls with a diameter of 8 and 6 mm.

Устройство в статикеStatic device

Предлагаются схемотехнические и методические решения использования ГМР датчиков 6 при регистрации ЗКН в связке с макетами гальваномагнитного и токовихревого интроскопов.The circuitry and methodological solutions for the use of GMR sensors 6 are proposed when registering SCZ in conjunction with models of galvanomagnetic and eddy current introscopes.

В качестве ГМР используют термостойкие датчики с индексацией SpHBx, SpHCx, SpHDx.As GMR, heat-resistant sensors with indexing SpHBx, SpHCx, SpHDx are used.

SpHxx - серия биполярного спин клапана ГМР-сенсора имеет полномостовую конструкцию (для работы в диапазоне +/- 0.4 mT +/- 0.7 mT). Она обеспечивает лучшую производительность по сравнению с известными ГМР датчиками 1 и 2, улучшенную линейность (как правило, 1%), большую температурную стабильность и низкий гистерезис (обычно 0,2%). Они работают при температуре от -40°С до 125°С. Этот ряд, состоящий из SpHBx, SpHCx и SpHDx, имеет различную чувствительность, самый чувствительный - SpHBx.SpHxx - a series of bipolar spin valves of the GMR sensor has a full-bridge design (for operation in the range +/- 0.4 mT +/- 0.7 mT). It provides better performance compared to the known GMR sensors 1 and 2, improved linearity (usually 1%), greater thermal stability and low hysteresis (usually 0.2%). They operate at temperatures from -40 ° C to 125 ° C. This series, consisting of SpHBx, SpHCx and SpHDx, has different sensitivity, the most sensitive is SpHBx.

Сигналы от датчиков оцифровываются и передаются в виде кода по автономному интерфейсу преобразователя RS- 485 с привязкой к пройденному расстоянию, которое фиксируется электронным одометром.The signals from the sensors are digitized and transmitted in the form of a code via the autonomous interface of the RS-485 converter with reference to the distance traveled, which is recorded by an electronic odometer.

Датчики помещают в немагнитный кожух диаметром 36 мм, длиной до 500 мм.The sensors are placed in a non-magnetic casing with a diameter of 36 mm, length up to 500 mm.

Устройство питается от внешнего источника постоянного тока номинальным напряжением 100 В (70…150 В) и максимальным значением тока на выходе 100 мА.The device is powered by an external DC source with a rated voltage of 100 V (70 ... 150 V) and a maximum output current of 100 mA.

Устройство в динамикеDevice in dynamics

В случае использования связки - модуль интроскопа, модуль токовихревой и модуль ГМР, последний присоединен к блоку токовихревого модуля через общую шину. Управление устройством, а именно начало записи сигнала на носитель и окончание записи файла, производится магнитным интроскопом через токовихревой модуль (см. фиг. 4).In the case of using a ligament, the introscope module, the eddy current module and the GMR module, the latter is connected to the eddy current module block via a common bus. The device is controlled, namely, the beginning of the recording of the signal on the medium and the end of the file recording is performed by a magnetic introscope through the eddy current module (see Fig. 4).

Запись сигнала с ГМР датчиков 6 производят на портативный носитель любого из существующих в настоящее время типов (Flash - память, SD - карта и т.д.) объемом 64 Гб. Приняв от магнитного интроскопа сигнал начала записи, устройство начинает запись сигнала. Аналогично производится прием сигналов команды окончания записи.Recording a signal from GMP sensors 6 is performed on a portable medium of any of the types currently existing (Flash memory, SD card, etc.) with a capacity of 64 GB. Having received a signal to start recording from a magnetic introscope, the device starts recording a signal. Similarly, the signals of the end recording command are received.

Полученные записи подвергаются обработке приемами векторного и тензорного анализа. Полученные в процессе обработки градиенты (например, продольные производные) и главные оси производных в нескольких (в 8-ми) горизонтальных и вертикальных плоскостях характеризуют изгибы, скручивания, вмятины, трещины, а также ЗКН, недовороты в муфтах и локальные дефекты.The obtained records are processed by the methods of vector and tensor analysis. The gradients obtained during processing (for example, longitudinal derivatives) and the principal axes of the derivatives in several (in 8) horizontal and vertical planes characterize bends, twists, dents, cracks, as well as ZKN, shortcomings in couplings and local defects.

Первичные данные при использовании горизонтальных и вертикальных компонент 2-компонентных датчиков:Primary data when using horizontal and vertical components of 2-component sensors:

- горизонтальные датчики в верхней группе (1) в верхней плате: X11а…У24а;- horizontal sensors in the upper group (1) in the upper board: X11a ... U24a;

- горизонтальные датчики в верхней группе (2) в нижней плате: X11б…У24б;- horizontal sensors in the upper group (2) in the lower board: X11b ... U24b;

- вертикальные датчики в верхней группе (6) в верхней плате: Z11…Z24a;- vertical sensors in the upper group (6) in the upper board: Z11 ... Z24a;

- вертикальные датчики в верхней группе (7) в нижней плате: Z 11б…Z 24б.- vertical sensors in the upper group (7) in the lower board: Z 11b ... Z 24b.

Аналогичным образом определяются первичные данные в верхней и нижней платах нижней группы датчиков.Similarly, the primary data in the upper and lower boards of the lower group of sensors are determined.

На основе измеренных первичных данных вычисляются градиенты горизонтальные, например, для верхней группы датчиков по формулам:Based on the measured primary data, horizontal gradients are calculated, for example, for the upper group of sensors according to the formulas:

(X1а-Х13а)/ΔХ…:(X11б--У24б/.ΔХ,(X1a-X13a) / ΔX ...: (X11b - U24b / .ΔX,

и градиенты вертикальные, например, для верхней группы датчиков:and vertical gradients, for example, for the upper group of sensors:

(Z11a--.Z24a)/Δ Z…(Z 11б --Z 24б.)/Δ Z(Z11a -. Z24a) / Δ Z ... (Z 11b - Z 24b.) / Δ Z

Градиенты используются для выявления локальных дефектов и зон концентрации напряжений.Gradients are used to identify local defects and stress concentration zones.

Далее вычисляются величины модулей на платах:Next, the values of the modules on the boards are calculated:

- Модули на верхней плате верхней группы:- Modules on the upper board of the upper group:

например, M11a - квадратный корень из суммы квадратов Z11а и X11a; М11б - квадратный корень из суммы квадратов Z11б и X11б.for example, M11a is the square root of the sum of squares Z11a and X11a; M11b is the square root of the sum of the squares Z11b and X11b.

Аналогичным образом определяются модули на нижней плате.The modules on the bottom board are defined in the same way.

Модули используются для выделения несквозных изометрических дефектов, перфорационных отверстий, локальных зон концентрации напряжений и нарушения сплошности. В этом случае для подавления шума вычисляется отношение модулей, например, M11а/ M11б, либо их разность (M11a-M11б).Modules are used to highlight non-through isometric defects, perforations, local stress concentration zones and discontinuities. In this case, to suppress noise, the ratio of the modules, for example, M11a / M11b, or their difference (M11a-M11b) is calculated.

Тензорные параметрыTensor parameters

Полученные в процессе обработки градиенты на основе тензорной обработки позволяют вычислить величины главных осей неоднородностей и их направление в 8-ми вертикальных плоскостях. Они характеризуют дефекты и деформации труб в виде изгибов, скручивания, продольных вмятин, трещины, а также ЗКН и недовороты в муфтах.The gradients obtained during processing based on tensor processing allow us to calculate the values of the principal axes of heterogeneities and their direction in 8 vertical planes. They characterize pipe defects and deformations in the form of bends, twisting, longitudinal dents, cracks, as well as SCZ and shortfalls in the couplings.

Например, главные оси градиентов поля

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
(без индексации а, б) в одной из вертикальных плоскостей (X11, Х13, Z13, Z31) и пропорциональные им величины нормальных и касательных напряжений определяются из соотношений:For example, the main axis of the field gradients
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
(without indexing a, b) in one of the vertical planes (X11, X13, Z13, Z31) and proportional to them normal and tangential stresses are determined from the relations:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

В практически используемой конструкции:In practically used design:

ΔХ=ΔY=0.038 м, ΔZ=0,050 мΔX = ΔY = 0.038 m, ΔZ = 0.050 m

Полученные величины

Figure 00000001
,
Figure 00000003
и
Figure 00000002
,
Figure 00000004
усредняются.The obtained values
Figure 00000001
,
Figure 00000003
and
Figure 00000002
,
Figure 00000004
are averaged.

Аналогичным образом определяются главные оси в других вертикальных плоскостях.The principal axes in other vertical planes are defined in a similar way.

Направление главных осей определяется по классическим формулам тензорного анализа на плоскости (см. Лекции по тензорному анализу. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1986, 264 с.).The direction of the main axes is determined by the classical formulas of tensor analysis on the plane (see Lectures on tensor analysis. M: Publishing House of Moscow University, 1986, 264 pp.).

Ниже приведены примеры применения предлагаемого устройства при проведении предварительных стендовых испытаний. Обработка производится на основе продольных производных.The following are examples of the application of the proposed device when conducting preliminary bench tests. Processing is based on longitudinal derivatives.

Стенд представляет собой два отрезка трубы НКТ диаметром 60 мм, толщиной стенок 5 мм длиной по 3 метра каждый, соединенные при помощи муфты. Общая длина свинченных отрезков составляет 6 метров.The stand consists of two pieces of tubing tubing with a diameter of 60 mm, wall thickness of 5 mm and a length of 3 meters each, connected by a sleeve. The total length of the screwed segments is 6 meters.

На графиках продольного градиента и на планах изолиний сплошной вертикальной линией (т.е. по всем датчикам) фиксируется положение муфты и недоворота стыков труб НКТ (см. фиг. 5).On the graphs of the longitudinal gradient and on the plans of the isolines, a solid vertical line (i.e., for all sensors) fixes the position of the coupling and the under-rotation of the pipe joints of the tubing (see Fig. 5).

Локальными особенностями (т.е. по подходящим по ориентации осям датчиков) фиксируются магнитные неоднородности трубы (см. фиг. 6, на которой представлен план изолиний продольного градиента поперечного поля на всем протяжении трубы).Local features (i.e., along the axes of the sensors that are suitable in orientation) fix the magnetic inhomogeneities of the pipe (see Fig. 6, which shows the plan of the isolines of the longitudinal gradient of the transverse field throughout the pipe).

На фиг. 7 представлен первичный план изолиний недоворота 2,27 см.In FIG. Figure 7 shows the primary plan of the isolines of the under-rotation of 2.27 cm.

Расстояние между минимумами графиков продольного градиента в районе муфтового соединения НКТ труб для выбранных по оси ГМР датчиков соответствует расстоянию между стыками труб и может быть измерено линейкой с погрешностью до одного витка резьбы, т.е. не хуже +/-1 мм (см. фиг. 5 и 6).The distance between the minima of the longitudinal gradient graphs in the area of the tubing pipe joint for the sensors selected along the GMR axis corresponds to the distance between the pipe joints and can be measured with a ruler with an error of up to one thread turn, i.e. no worse than +/- 1 mm (see Figs. 5 and 6).

Сложный характер аномалий изолиний продольного градиента с пропаданием одного из экстремумов говорит о влиянии качества резьбовых соединений трубы НКТ с муфтой.The complex nature of the anomalies of the isolines of the longitudinal gradient with the disappearance of one of the extremes indicates the influence of the quality of the threaded joints of the tubing with the sleeve.

Пример расчета недоворота при ручном выкручивании трубы из муфты:An example of calculating under-rotation when manually unscrewing a pipe from a sleeve:

Расстояние между минимумами продольного градиента при максимально возможном скручивании 2,27 см, при выкручивании трубы 3,61 см. Рассчитанное изменение расстояния между торцами труб = 3,61-2,27=1,34 см. Количество витков, соответствующее увеличению недоворота, т.е. изменению расстояния между торцами труб = 13,4 мм / 2,5 мм (расстояние между витками резьбы на трубах) = 5.36, т.е. 5 витков. (Используется величина 2.5 мм - расстояние между витками резьбы на трубах).The distance between the minima of the longitudinal gradient at the maximum possible twisting of 2.27 cm, when unscrewing the pipe is 3.61 cm. The calculated change in the distance between the ends of the pipes = 3.61-2.27 = 1.34 cm. The number of turns corresponding to an increase in under-rotation, t .e. the change in the distance between the ends of the pipes = 13.4 mm / 2.5 mm (the distance between the turns of thread on the pipes) = 5.36, i.e. 5 turns. (A value of 2.5 mm is used - the distance between the threads on the pipes).

Достоинства предлагаемого изобретения перед известными аналогами:The advantages of the invention before the known analogues:

- Использование ГМР датчиков позволяет обнаруживать критически опасные по количеству свинченных витков резьбы недовороты с удовлетворительной точностью и своевременно принимать решение о проведении ремонта участков резьбовых соединений труб, например труб НКТ;- The use of GMR sensors makes it possible to detect shortcomings that are critical in the number of screwed thread turns with satisfactory accuracy and make timely decisions on repairing sections of pipe threaded joints, for example tubing pipes;

- Использование ГМР датчиков при оптимальном положении их осей позволяет обнаруживать локальные изометрические дефекты диаметром 8 и 6 мм в стенках труб, в частности в стенках НКТ;- The use of GMR sensors at the optimal position of their axes makes it possible to detect local isometric defects with a diameter of 8 and 6 mm in the walls of the pipes, in particular in the walls of the tubing;

- Использование ГМР датчиков позволяет фиксировать магнитные неоднородности трубы, могущие представлять опасность в случае их связи с чрезмерными механическими напряжениями;- The use of GMR sensors allows you to fix the magnetic inhomogeneities of the pipe, which can be dangerous if they are associated with excessive mechanical stresses;

- Использование ГМР датчиков позволяет фиксировать дефекты в резьбовых соединениях муфты с НКТ трубами, которые увеличивают уровень механических напряжений и опасность разрыва колонны труб.- The use of GMR sensors allows fixing defects in threaded couplings of the coupling with tubing pipes, which increase the level of mechanical stresses and the risk of rupture of the pipe string.

Благодаря использованию предлагаемого устройства, минимизируются трудности (а именно отсутствие абсолютных измерений, необходимость перемагничивания, трудности измерения градиентов поля, смещение рабочей точки, разброс измеряемых параметров) использования в магнитометрах или магнитометрах-градиентометрах. В результате, за счет большего, по сравнению с феррозондами, быстродействия, достигается большая точность и детальность решения задач дефектоскопии.Thanks to the use of the proposed device, difficulties are minimized (namely, the absence of absolute measurements, the need for magnetization reversal, difficulties in measuring field gradients, displacement of the operating point, scatter of the measured parameters) of use in magnetometers or magnetometers-gradiometers. As a result, due to the higher speed compared to flux probes, greater accuracy and detail in solving flaw detection tasks are achieved.

Таким образом, благодаря предлагаемой конструкции, расширяются функциональные возможности устройства диагностики дефектов и зон концентрации напряжений в резьбовых соединениях стальных нефтегазовых труб, включая трубы НКТ.Thus, thanks to the proposed design, the functionality of the device for diagnosing defects and stress concentration zones in threaded joints of steel oil and gas pipes, including tubing, is expanded.

Claims (8)

1. Устройство диагностики дефектов в сооружениях из трубных сталей, включающее ГМР магнитные датчики и блок обработки информации,1. A device for diagnosing defects in structures made of pipe steels, including GMR magnetic sensors and an information processing unit, отличающееся тем, что ГМР датчики размещены на платах в форме дисков, закрепленных на едином стержне параллельно друг другу, причем на каждой плате размещено не менее чем по 8 двухкомпонентных ГМР датчиков, размещенных по внешней окружности платы на равном расстоянии друг от друга, платы образуют не менее чем две группы, по две платы в каждой, причем горизонтальные оси всех двухкомпонентных ГМР датчиков на каждой из плат расположены перпендикулярно оси НКТ, соосны и направлены для каждой пары противоположно лежащих датчиков навстречу друг другу, вертикальные оси всех датчиков параллельны оси НКТ и параллельны друг другу, вертикальные оси, расположенных друг под другом датчиков, для обеспечения необходимой точности соосны, на конце стержня размещен блок обработки информации с выходным разъемом для подключения к управляющему и записывающему устройствам.characterized in that the GMR sensors are placed on the boards in the form of disks mounted on a single rod parallel to each other, and on each board there are at least 8 two-component GMR sensors located on the outer circumference of the board at an equal distance from each other, the boards do not form less than two groups, two boards in each, and the horizontal axes of all two-component GMR sensors on each of the boards are perpendicular to the tubing axis, are aligned and directed for each pair of oppositely lying sensors towards each other to each other, the vertical axes of all sensors are parallel to the tubing axis and parallel to each other, the vertical axes of the sensors located under each other to ensure the necessary accuracy are aligned, an information processing unit with an output connector for connecting to the control and recording devices is located on the end of the rod. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние между платами в каждой группе не более 5 мм.2. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the boards in each group is not more than 5 mm. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр стержня не более 4 мм.3. The device according to p. 1, characterized in that the diameter of the rod is not more than 4 mm 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что расстояние между каждой парой плат не менее 50 мм.4. The device according to claim 2, characterized in that the distance between each pair of boards is at least 50 mm. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расположение датчиков на одной из плат в каждой группе плат сдвинуто относительно расположения датчиков на другой плате этой группы на угол, равный 22,5°.5. The device according to claim 1, characterized in that the location of the sensors on one of the boards in each group of boards is shifted relative to the location of the sensors on the other board of this group by an angle equal to 22.5 °. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок обработки информации включает аналого-цифровой преобразователь, на вход которого поступают входные сигналы от ГМР датчиков, соединенный с преобразователем интерфейсов и преобразователем связи с USB-портом, подключенными в свою очередь к блоку питания, причем преобразователь связи с USB-портом подключен также к блоку записи сигналов, выход которого соединен с выходным разъемом.6. The device according to claim 1, characterized in that the information processing unit includes an analog-to-digital converter, the input of which receives input signals from GMR sensors, connected to an interface converter and a communication converter with a USB port, connected in turn to the power supply moreover, the communication converter with the USB port is also connected to the signal recording unit, the output of which is connected to the output connector. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве управляющего устройства может использоваться интроскоп.7. The device according to claim 1, characterized in that an introscope can be used as a control device.
RU2015153916A 2015-12-15 2015-12-15 Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel RU2620327C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153916A RU2620327C1 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153916A RU2620327C1 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620327C1 true RU2620327C1 (en) 2017-05-24

Family

ID=58882677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153916A RU2620327C1 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620327C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198523U1 (en) * 2020-01-28 2020-07-14 Максим Владимирович Ковалев A device for magnetic testing of transverse cracks in fasteners and shafts with threads made of ferromagnetic materials using the Hall effect
RU198713U1 (en) * 2020-01-09 2020-07-23 Акционерное общество "Виматек" (АО "Виматек") DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE PIPE CONTROL
RU2730102C1 (en) * 2019-10-29 2020-08-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of assessing resistance of pipeline steels to "groove" corrosion
RU199258U1 (en) * 2020-01-28 2020-08-24 Максим Владимирович Ковалев A device for magnetic monitoring of longitudinal cracks in fasteners and shafts with threads made of ferromagnetic materials using the Hall effect
RU199572U1 (en) * 2020-02-20 2020-09-08 Максим Владимирович Ковалев Device for non-destructive testing of objects in the form of bodies of revolution

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2319955C2 (en) * 2005-03-29 2008-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром геофизика" Method and device for magnetic flaw detection
US20100283454A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Paul Arthur Mundell Magnetising assembly
RU2504763C1 (en) * 2012-09-12 2014-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Диагностические системы" (Company Limited "DIAS") Method and device for diagnostics of technical state of underground pipelines
RU2568808C2 (en) * 2014-04-11 2015-11-20 Открытое акционерное общество "Газпром нефть" Method and device for contactless diagnostics of technical condition of underground pipelines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2319955C2 (en) * 2005-03-29 2008-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром геофизика" Method and device for magnetic flaw detection
US20100283454A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Paul Arthur Mundell Magnetising assembly
RU2504763C1 (en) * 2012-09-12 2014-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Диагностические системы" (Company Limited "DIAS") Method and device for diagnostics of technical state of underground pipelines
RU2568808C2 (en) * 2014-04-11 2015-11-20 Открытое акционерное общество "Газпром нефть" Method and device for contactless diagnostics of technical condition of underground pipelines

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730102C1 (en) * 2019-10-29 2020-08-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of assessing resistance of pipeline steels to "groove" corrosion
RU198713U1 (en) * 2020-01-09 2020-07-23 Акционерное общество "Виматек" (АО "Виматек") DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE PIPE CONTROL
RU198523U1 (en) * 2020-01-28 2020-07-14 Максим Владимирович Ковалев A device for magnetic testing of transverse cracks in fasteners and shafts with threads made of ferromagnetic materials using the Hall effect
RU199258U1 (en) * 2020-01-28 2020-08-24 Максим Владимирович Ковалев A device for magnetic monitoring of longitudinal cracks in fasteners and shafts with threads made of ferromagnetic materials using the Hall effect
RU199572U1 (en) * 2020-02-20 2020-09-08 Максим Владимирович Ковалев Device for non-destructive testing of objects in the form of bodies of revolution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2620327C1 (en) Defects diagnostic device inside the buildings made of tube steel
AU2010311444B2 (en) Positioning tool
US9772308B2 (en) Method of electromagnetic defectoscopy for multi-string wells and the electromagnetic downhole defectoscope
US9983173B2 (en) Method and device for multi-sensor electromagnetic defectoscopy of well casings
WO2017107913A1 (en) Non-excavation detection method and device for buried pipeline body defects
RU2568808C2 (en) Method and device for contactless diagnostics of technical condition of underground pipelines
NO167603B (en) PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING DEFECTS IN PIPES OF FERROMAGNETIC MATERIALS.
CN106596715B (en) Array type transient electromagnetic method multilayer tubular column damage detection system and method
Usarek et al. Inspection of gas pipelines using magnetic flux leakage technology
RU2630856C1 (en) Method for diagnosting technical state of underground pipelines
US20140002071A1 (en) Probe for analyzing an assembly of rods or tubes
Narkhov et al. Novel quantum NMR magnetometer non-contact defectoscopy and monitoring technique for the safe exploitation of gas pipelines
RU2382357C1 (en) Well magnetic introscope
CN112857205B (en) Surface crack monitoring method for rotating electromagnetic field structure
Sukhorukov Magnetic flux leakage testing method: Strong or weak magnetization?
RU164969U1 (en) SENSOR ASSEMBLY FOR DIAGNOSTIC OF TECHNICAL CONDITION OF UNDERGROUND PIPELINES
Li et al. Theoretical research on the characteristics of the self-magnetic leakage field induced by ferromagnetic pipelines
Zhang et al. Alternating current field measurement probe for coiled tubing inspection of arbitrary direction defects
Ramos et al. Determination of linear defect depths from eddy currents disturbances
Jian et al. Lightweight, high performance detection method of pipeline defects through compact off-axis magnetization and sensing
RU2176317C1 (en) Method of electromagnetic flaw detection in well steel pipes
Seren et al. Miniaturized Casing Collar Locator for Small Downhole Robots
Eslamlou et al. A Review on Non-destructive Evaluation of Civil Structures Using Magnetic Sensors
Feder Smart robotic system tracks buried pipelines, inspects for external damage
RU2753914C1 (en) Magnetic borehole introscope and a ski for it