一種連續油管在線檢測裝置的製作方法

2023-12-09 16:32:11

本發明屬於管在線檢測技術領域，特別涉及一種連續油管在線檢測裝置。

背景技術：

目前在頁巖氣開採是國家能源戰略的重中之重，大力發展頁巖氣開採技術就需要完全掌握連續油管作業車的相關技術。

連續油管是由若干段長度在百米以上的柔性管通過對焊或斜焊工藝焊接而成的無接頭連續管，長度一般達幾千米以上，又被稱為擾性油管、蛇形管或盤管。經過多年的發展，連續油管作業技術已經逐步趨於成熟。被廣泛應用於除蠟、酸化、壓井、衝洗沙堵、負壓射孔、試井、打撈及鑽井、完井、採油、修井等作業的各個領域。連續油管技術解決了許多常規作業技術難以解決的問題，是一項具有廣闊發展前景的實用性技術。

對於在線連續油管，國際上還沒有檢測標準。通常是參考API（美國石油學會）石油天然氣管線輸送系統鋼管的檢測標準，但其實兩者的檢測狀態相差很大，並沒有可比性。目前國內也沒有應用於現場在線連續油管檢測的產品，與此對應的是連續油管作業量正逐年大幅增加和客戶對安全生產的極大關注。

現有的無損檢測方法有很多，例如：超聲波檢測、電磁脈衝檢測等方法，但是應用於連續油管在線檢測還處於摸索階段。由於作業現場要求檢測設備必須與連續油管無接觸，且響應速度快，檢測精度高，因此只能選擇漏磁檢測與渦流檢測相結合的手段，才能實現油管缺陷和油管橢圓度的檢測目標。

而超聲波無損檢測方式需要探頭和被測物之間添加耦合劑，此方式只適合產品出廠前的靜態測試，對於作業過程中一直在移動的連續油管，無法持續添加耦合劑。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提出一種連續油管在線檢測裝置，該裝置將漏磁檢測和渦流檢測同時集成在一個殼體中，可以非常方便的實現對連續油管在線檢測。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種連續油管在線檢測裝置，包括一個殼體，所述殼體由上半部和下半部相扣組成，在上半部和下半部之間設置有被測油管通道，在殼體上半部和下半部之間兩端圍繞所述被測油管通道分布設置有油管壁厚測量傳感器，在兩端油管壁厚測量傳感器之間的殼體上半部和下半部、圍繞所述被測油管通道分布設置有油管表面缺陷測量傳感器。

方案進一步是：所述油管壁厚測量傳感器是電渦流探頭，在殼體上半部和下半部之間兩端圍繞所述被測油管通道，分別均勻分布8路所述電渦流探頭；所述油管表面缺陷測量傳感器是漏磁檢測探頭，在兩端油管壁厚測量傳感器之間的殼體上半部和下半部、圍繞所述被測油管通道呈矩陣方式分布有64路漏磁檢測探頭。

方案進一步是：在兩端油管壁厚測量傳感器之間的殼體上半部和下半部、圍繞所述被測油管設置有管道支撐定位支架，所述支架保證測量時管道不會觸碰所述傳感器，並且，所述支架為非磁性材料。

本實用新型的有益效果是：將漏磁檢測和渦流檢測同時集成在一個殼體中，集成多項檢測技術，使用方便；可準確發現連續油管中存在的各類缺陷，同時實現對連續油管關鍵參數（橢圓度、壁厚）的準確測量；通過連續油管在線檢測方法的應用，能夠實現以下目標：

1)能準確發現連續油管中存在的各類缺陷（裂紋、腐蝕、機械損傷等）；並對缺陷進行定位、定量分析；

2)能對連續油管橢圓度、壁厚進行精確測量和監控；

3)能對連續油管的使用情況進行全面評價。

下面結合附圖和實施例對本實用新型作一詳細描述。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

具體實施方式

一種連續油管在線檢測裝置，如圖1所示，包括一個殼體1，所述殼體由上半部101和下半部102通過鉸鏈在一側連結相扣組成，在上半部和下半部之間設置有被測油管2的通道，在殼體上半部和下半部之間兩端圍繞所述被測油管通道分布設置有油管壁厚測量傳感器3，在兩端油管壁厚測量傳感器之間的殼體上半部和下半部、圍繞所述被測油管通道分布設置有油管表面缺陷測量傳感器4，測量時傳感器通過電纜與測試電腦連接。

實施例中：所述油管壁厚測量傳感器是電渦流探頭，在殼體上半部和下半部之間兩端圍繞所述被測油管通道，分別均勻分布8路所述電渦流探頭；所述油管表面缺陷測量傳感器是漏磁檢測探頭，在兩端油管壁厚測量傳感器之間的殼體上半部和下半部、圍繞所述被測油管通道呈矩陣方式分布有64路漏磁檢測探頭。

實施例中：在兩端油管壁厚測量傳感器之間的殼體上半部和下半部、圍繞所述被測油管設置有管道支撐定位支架5，支架是通過彈簧控制具有彈性的支架，所述支架保證測量時管道不會觸碰所述傳感器，並且，所述支架為非磁性材料。

本實施例裝置是針對長度2000-5000米，管徑1.5-3英寸，壁厚3-4mm的連續油管，是應用於油田連續油管作業車的連續油管在線檢測的設備，能夠提前預判或發現其中存在的缺陷（內外壁橫向裂紋、腐蝕坑、機械損傷），並實現相關參數的測量（橢圓度、壁厚測量）功能。

其中的漏磁檢測主要是用來檢測油管的橫向和縱向裂紋與劃傷、腐蝕坑等損傷，主要部件是勵磁裝置、64路漏磁傳感器和光電編碼器，漏磁檢測傳感器沿油管周向分布。傳感器和光電編碼器信號通過信號調理箱傳輸到上位機測試電腦，由測試電腦軟體進行信號處理和分析後顯示缺陷的位置、形態及主要參數。

渦流檢測主要是用於對油管的壁厚、橫截面和橢圓度檢測，由8路渦流傳感器和光電編碼器組成，8路渦流傳感器沿油管周向兩兩對稱分布。傳感器和光電編碼器的信號通過信號調理箱傳輸到測試電腦，由測試電腦軟體進行處理和分析後顯示連續油管的3D模型圖，展示壁厚減薄的位置和形態、油管擠壓形變的位置和形態。

主程序主要由四部分構成，通電後首先初始化系統，依次完成信號採集、信號處理、數據顯示、鍵盤處理等四項功能。信號採集部分主要完成64個漏磁傳感器、8路渦流傳感器和光電編碼器的數據採集任務；信號處理部分主要是將採集到的信號數據進行運算處理，並與資料庫樣本進行對比判斷，顯示實際的缺陷、形變、減薄的形態和位置，如果有嚴重的損傷或壁厚減薄，可能影響到安全生產則蜂鳴器報警；數據顯示部分主要實現缺陷和模型的顯示，顯示方式根據實際操作人員的習慣來進行設定，兩個分系統可以分別做兩套顯示界面，在一個屏幕上分屏顯示，或者檢測完成後分別進行數據調用；鍵盤處理部分主要實現用戶對系統參數的設置，例如用戶信息、連續油管的長度、管徑、壁厚等初始數值等參數，結合顯示部分，實現用戶與系統之間的人機接口，檢測完成後可以生成檢測報告。

通過連續油管在線檢測方法的應用，能夠實現以下目標：

1)能準確發現連續油管中存在的各類缺陷（裂紋、腐蝕、機械損傷等）；並對缺陷進行定位、定量分析；

2)能對連續油管橢圓度、壁厚進行精確測量和監控；

3)能對連續油管的使用情況進行全面評價；

漏磁檢測中常用的磁敏元件有霍爾元件和檢測線圈等。檢測線圈的平均化效應使得分辨力和檢測靈敏度較低，而霍爾元件可以做得很小，其檢測靈敏度和分辨力都很高，並且它具有較寬的響應頻帶和較好的溫度適應性。因此本設計方案採用霍爾元件作為漏磁檢測的傳感器。漏磁檢測傳感器沿油管周向分布，用於檢測裂紋、腐蝕坑等自然缺陷。

在本設計方案中，在連續油管的圓周方向上，分布八隻渦流探頭，相對的兩隻探頭為一對，共計為四對探頭。針對某種規格的油管，相對探頭之間的距離是固定的。當油管穿過探頭進行檢測時，如果檢測信號沒有變化，則說明探頭與油管之間的間隙沒有發生變化，也就表明油管的外徑沒有發生變化和變形。如果檢測信號發生變化，則說明探頭與油管之間的間隙發生變化了，也就意味著油管的外徑發生變化或變形。

要想實現油管壁厚測量，首先要識別出信號變化是由於壁厚減薄還是擠壓變形。對於壁厚減薄，鋼管的外徑只可能出現減小的情況，不會出現數值增大的情況。如果符合這個變化特點的，就是油管出現了壁厚減薄的狀態。

設油管的內徑為常數Y內，壁厚為Z，則油管壁厚Z=（Y-Y內）÷2。通過計算，四對探頭檢測出來的壁厚值分別為Z1、Z2、Z3和Z4。當壁厚變化超過設定的數值之後，儀器可以發出報警提示，記錄位置信息。（註：儀器計算出來的壁厚Z值是檢測探頭對角線方向油管壁厚變化的平均值）。

在油管使用過程中，壁厚減薄可能是單邊的，也可能是雙邊的（所謂雙邊，就是一對探頭對應的檢測區域同時出現壁厚減薄的狀態）。要想準確地判斷是單邊減薄還是雙邊減薄，此時就需要比較所有探頭與鋼管之間的間隙。如果是某一個探頭對應的間隙增加，則可以推斷是單邊減薄，如果是某一對探頭對應的間隙同時增加，則可以推斷是雙邊減薄。但這樣一來，數值比較的計算量就會比較大，還需要抑制檢測過程中油管偏心對採集數值帶來的影響，因此目前階段，不去判斷是單邊減薄還是雙邊減薄，只提供探頭對角線方向上壁厚減薄的平均值。

橢圓度變化測量：

連續油管在使用過程中，由於擠壓會出現變形。當檢測出來的油管外徑數值出現有的增加、有的減小時，則可以推斷油管出現擠壓變形。

設油管的標稱外徑為Y，外徑的變化量為ΔY，橢圓度為M。 ΔY為 Y1、Y2、Y3和Y4四個數值中，最大值和最小值之間的差。則橢圓度計算公式為：

M=ΔY÷Y

油管截面積變化測量：

由於連續油管在實際工作中產生的磨損是隨機的（包括圓周方向磨損的長度和徑向方向磨損的深度），因此要想準確地計算出連續油管的截面積變化是很難的。

其實對於現場使用來說，如果是圓周方向的減薄，雖然橫截面的變化量比較大，但通常不會引起洩漏，因此危險性並不大，我們更關注單邊的管壁減薄，因為這樣的狀況更容易引起洩漏。因此關於截面積的變化測量，我們就以典型的單邊減薄為研究對象。

設油管的標稱外徑為Y，內徑為Y內，油管的截面積為S。則油管的截面積計算公式為：

S=π×[（Y/2）2-(Y內/2)2]

當油管壁厚沒有減薄時，截面積S為100%。

分別計算出單邊減薄0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm對應的截面積變化百分比，然後生成標定曲線，橫坐標表示油管直徑減小的數值，縱坐標表示截面積變化的百分比。

在檢測過程中，如果測量出來的油管外徑Y1、Y2、Y3和Y4出現數值變小的情況，則儀器會根據數值變小量，自動在標定曲線中識別出油管截面積變化的百分比，並在檢測界面上顯示出來。如果Y1、Y2、Y3和Y4出現多個數值同時變小的情況，則取變化量最大的數值，在標定曲線上識別出油管截面積變化的百分比。