一種基於亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭的製作方法

2023-08-08 03:19:01 1

本發明涉及一種石油管柱缺陷檢測探頭，特別涉及一種基於亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭。

背景技術：

鑽杆、抽油杆、管道、立管等石油管柱長期工作於複雜環境承受多變載荷，容易在表面形成裂紋、腐蝕坑、凹槽等缺陷，最終引起管柱斷裂和破壞，導致嚴重的生產事故。因此，在石油鑽杆出廠和在服役過程中開展在線無損檢測與評估，對防治鑽杆破壞，確保工業生產安全平穩進行有著極其重要的意義。

目前針對管柱表面缺陷檢測，廣泛應用的無損檢測方法主要有：漏磁檢測法、磁粉檢測法和超聲檢測方法。漏磁檢測法是一種十分成熟的油田管道在線檢測方法，其對管道腐蝕坑、裂紋等缺陷具有良好的檢測效果，但漏磁效應與磁化方向和缺陷開口大小、長寬比等因素密切相關，工程中往往需要針對不同的裂紋方向和類型採用不同的磁化器以取得較高的檢測靈敏性，同時漏磁檢測法作業時需要對被測對象進行飽和磁化和退磁，不僅對缺陷尺寸量化產生影響，而且降低作業效率。磁粉檢測法對管柱缺陷具有較好的檢測效果，是目前有效的應力腐蝕裂紋檢測方法，但磁粉檢測技術為接觸式測量方法，需要對管道表面清理，檢測工序較多檢測時間較長，嚴重增加了檢測成本，很難做到頻繁的巡檢。超聲檢測法同樣是應用較廣的一種管柱無損檢測方法，然而常規超聲法檢測時需要與被測工件接觸，並在檢測工具與被測對象之間添加耦合劑，嚴重限制其應用場合。

根據交流電磁場檢測原理設計的外穿式交流電磁場檢測探頭能對軸向裂紋具有較高敏感度，仍無法滿足管柱表面多類型缺陷全周向快速掃查的檢測要求。

工業現場中的自然缺陷往往是任意的，生產中經常針對不同缺陷類型採用多種檢測設備重複或共同掃查，不僅會導致漏檢和嚴重的生產事故，還將嚴重增加檢測成本和作業時間。因此急需一種對多種缺陷敏感、更可靠、更高效的檢測設備用以保證工業生產中石油管柱的安全可靠服役。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對現有技術存在的不足，提供了一種基於亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭，利用兩個間距等於半徑的圓形線圈在石油管柱表面感應出正交均勻的磁場和電流場，當正交電磁場經過缺陷時，由於缺陷處磁導率變化將導致石油管柱中磁力線在缺陷截面處產生漏磁效應，同時缺陷的阻斷又將導致周圍電流場繞過缺陷產生擾動效應使得感應電流場引起的磁場發生變化，最終兩種效應共同導致缺陷上方的空間何磁場發生畸變。藉助周向陣列排布的全周向陣列高精度磁傳感器提取空間磁場變化，達到對石油管柱表面腐蝕坑、裂紋等多種類型缺陷的快速檢測的目的，對石油管柱多種類型缺陷檢測，預防石油管柱失效具有重要意義。

一種基於亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭，其技術方案為：將通入相同交變電流的圓形線圈纏繞在高分子聚合物骨架兩端間距等於圓形線圈半徑的凹槽內，高分子聚合物骨架兩端設有滑槽，滑槽內裝有可動傳感器託架，所述可動傳感器託架內裝有全周向陣列高精度磁傳感器，所述全周向陣列高精度磁傳感器由固定帶固定。

上述全周向陣列高精度磁傳感器等間距均勻排布在管柱周向方向。

上述可動傳感器託架可在滑槽內移動。

本發明與現有技術相比具有的有益效果如下：所述一種基於亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭可同時在石油管柱表面感應出正交的均勻電流場和磁場，同時利用缺陷引起的漏磁效應和電流擾動效應達到對多種缺陷的快速檢測；同時由於亥姆霍茨產生的感應磁場分布均勻，因此可在不同管徑管柱表面感應出相同電磁場；採用沿徑向可移動的陣列高精度傳感器，保證了傳感器與管柱表面具有相同的提離高度，提高了檢測靈敏度和效率，

附圖說明

附圖1是本發明的整體結構示意圖。

附圖2是本發明的高分子聚合物骨架示意圖。

附圖3是本發明的安裝示意圖。

附圖4是本發明的檢測原理示意圖。

附圖5是均勻正交電磁場在缺陷周圍引起的漏磁效應和電流擾動效應示意圖。

附圖6是本發明的高精度磁場傳感器檢測到的軸向裂紋、周向裂紋和凹坑引起的軸向和徑向磁場信號變化圖。

上圖中：圓形線圈1、高分子聚合物骨架2、凹槽2.1、滑槽2.2、全周向陣列高精度磁傳感器3、可動傳感器託架4、固定帶5、管柱6、均勻正交電磁場7、軸向磁場7.1、周向電流場7.2、缺陷8、軸向磁場信號9、徑向磁場信號10。

具體實施方式

結合附圖1-6，對本發明作進一步的描述：

如附圖1、2所示，本發明主要由圓形線圈1、高分子聚合物骨架2、凹槽2.1、滑槽2.2、全周向陣列高精度磁傳感器3、可動傳感器託架4、固定帶5組成。所述高分子聚合物骨架2由凹槽2.1、滑槽2.2組成，所述圓形線圈1均勻纏繞在位於高分子聚合物骨架兩端凹槽2.1內，所述凹槽2.1距離等於圓形線圈1半徑，所述全周向陣列高精度磁傳感器3等間距均勻排布在管柱6周向方向並固定在可動傳感器託架4內，所述可動傳感器託架4插在高分子聚合物骨架滑槽2.2內，所述可動傳感器託架4可在滑槽內移動，可保持全周向陣列高精度磁傳感器3與不同管徑管柱表面具有相同提離高度，所述固定帶5纏繞在高精度磁場傳感器3外部，對全周向陣列高精度磁傳感器3徑向位移進行約束。

如圖3、4、5、6所示，所述圓形線圈1當通入相同交變電流時，將在石油管柱6表面同時感應出相互正交的軸向磁場7.1和周向電流場7.2組成均勻正交電磁場7，所述軸向感應磁場7.1由於缺陷8處磁導率變化將導致石油管柱中磁力線在缺陷截面處產生漏磁效應，同時周向感應電流場7.2繞過缺陷8產生電流擾動效應使得感應電流場7.2引起的磁場發生變化，最終兩種效應共同導致缺陷8上方軸向磁場信號9和徑向磁場信號10大小發生改變，所述全周向陣列高精度磁場傳感器3拾取石油管柱全周向360度軸向磁場信號9和徑向磁場信號10，通過分析磁場信號即可達到對缺陷8的識別。

本發明的有益效果是：利用兩個間距為半徑的圓形激勵線圈，在管柱表面形成均勻正交的軸向磁場和周向電流場，當均勻正交電磁場經過缺陷時，由於磁導率變化將在軸向引起漏磁效應，同時缺陷又將導致周圍電流擾動效應，最終引起缺陷上方空間磁場發生變化。畸變的磁場信號能夠反映缺陷尺寸和類型，藉助全周向陣列高精度磁傳感器提取管柱表面全周向360度磁場信息，達到對管柱表面腐蝕坑、裂紋等多種缺陷參數識別和快速掃查，同時採用可動傳感器託架設計，保證全周向陣列高精度磁傳感器與不同管徑管柱具有相同提離高度，提高了探頭的適應性，對預防石油管柱失效具有重要意義。