[发明专利]一种钻具井口磁通量检测装置与方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及石油钻具井口无损检测仪器的设计与制造技术领域，确切地说涉及钻具井口磁通量检测装置与方法。

背景技术

钻具检测通常采用漏磁、超声波、涡流和肉眼观察等方法，着重于裂纹、孔洞、刺穿，这些方法对于钻具内外表面磨损的检测而言，并不是最有效的方法。

现有场站钻具自动无损检测技术中，自动漏磁探伤成为自动化程度较高的检测方法，如公告号为CN101419192A，公告日为2009年4月29日的中国专利文献公开了导磁构件超强磁化漏磁检测方法与装置。

该专利采用单一穿过式磁化线圈对钻杆进行局部单一轴向超强磁化，激发出其上纵、横向伤的泄漏磁场并利用磁敏元件阵列加以拾取，实现其上纵、横向伤的全面检出，再通过信号求和比较法进行纵、横向伤检测信号区分并对其进行信号幅值补偿，实现同损伤当量的纵、横向伤等信号幅值与灵敏度的统一判断。

该装置的组成包括：穿过式线圈，磁敏组件、信号识别补偿组件和数据采集卡。该专利将传统的检测方法进行简化和统一，实现钻具与检测单元之间简单的直进式相对搜查运动，实现高速高效自动连续探伤，能完成自身难以作旋转运动的钻具纵、横向伤的全面检测。

但上述技术方案仍然存在以下缺陷：

在钻井过程中，钻具裂纹、孔洞、刺穿是判废的主要方法，上述技术方案只能在钻具具有裂纹、孔洞、刺穿等情况时，才能实现检测。而在没有裂纹、孔洞和刺穿时，磨损则是钻具质量分级的主要方法，而磨损并不是上述专利文献为代表的漏磁检测的强项，不能有效的检测钻具因磨损或腐蚀产生的截面积变化。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种钻具井口磁通量检测装置，本发明尤其适用于在钻具没有裂纹、孔洞和刺穿时，能有效检测钻具因磨损或腐蚀产生的截面积变化，对于依赖钻具杆体壁厚变化而进行的质量分级，具有直接和直观的作用。

同时，本发明还提出了采用上述检测装置进行井口磁通量检测的方法。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种钻具井口磁通量检测装置，其特征在于：包括电流脉冲发生器、初级线圈、次级线圈、仪表放大电路、滤波电路、A/D转换器和上位机，其中：所述的电流脉冲发生器与初级线圈连接，次级线圈安装在初级线圈内部，次级线圈内设置有待检测的钻具，次级线圈的导线与仪表放大电路连接，仪表放大电路与滤波电路连接，滤波电路与A/D转换器连接，A/D转换器与上位机连接。

所述仪表放大电路、滤波电路和A/D转换器组成信号调理电路。

所述的初级线圈和次级线圈安装在防水防爆散热外壳内。

一种钻具井口磁通量检测方法，其特征在于步骤包括：

第1步：将自动卡瓦卡持住钻柱接箍下方，然后吊装在转盘转台内；

第2步：将检测装置安装在自动卡瓦上；

第3步：通过检测装置的电流脉冲发生器向初级线圈提供脉冲电流；

第4步：利用次级线圈获得钻具内外表面磨损和腐蚀情况；初级线圈通电瞬时，会在次级线圈中产生瞬时电流，得到一个瞬时电压，电磁感应产生的电流强度以及电压的大小依赖于钻具材料的磁导率和截面积，钻具内外表面磨损或腐蚀严重会导致截面积发生变化，因此测得的磁通量也会变化，即电磁感应产生的电流以及电压都会变化，其曲线可反映出钻杆内外表面磨损和腐蚀情况。

第5步：仪表放大电路将次级线圈因电磁感应产生的电流或电压进行放大；

第6步：滤波电路对放大后的信号进行滤波处理；

第7步：A/D转换电路将信号数字化处理，输入上位机；

第8步：计算磁通量Φ如下：

式中：B为初级线圈产生的磁场磁感应强度，ds为钻具截面积的微分，Φ为穿过钻具整个截面积S的磁通量；

如果钻具由初级线圈固定大的磁场H所饱和，钻具的磁化强度（M）为一个恒定值。除开钻杆加厚过渡区，磁通变化与钻具的截面积是成比例的。利用图2将磁通量积分测得的平均壁厚和直接测得的壁厚进行对比，可看出磁通量与钻具截面积成比例。

在上述技术方案的基础上，控制初级线圈脉冲电流来控制磁场强度，达到控制钻具磁导率使其为最大值。

与现有技术相比，本发明所达到的技术效果如下：