專利名稱：基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油管無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢 測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在海洋石油開發(fā)中，普遍采用無(wú)桿抽油方式進(jìn)行采油作業(yè)，井下單根油管在受到 管串拉/壓作用以及管內(nèi)外液體壓力作用的同時(shí)，還受到井下產(chǎn)出液、井下注入液、微生物 或菌類的腐蝕以及多相流體(含砂、含氣)沖蝕和氣蝕作用，使油管在長(zhǎng)期工作過(guò)程中易于 發(fā)生失效而引發(fā)井下事故，導(dǎo)致異常停產(chǎn)和被迫的修井作業(yè)，從而嚴(yán)重影響采油生產(chǎn)。通 常，在檢修井作業(yè)中需要起出井下油管進(jìn)行探傷檢測(cè)，以期及時(shí)發(fā)現(xiàn)油管存在的損傷缺陷， 防止嚴(yán)重井下事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的油管無(wú)損檢測(cè)方法通常包括磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)、 漏磁檢測(cè)、渦流檢測(cè)、電位差檢測(cè)。其中，磁粉檢測(cè)的原理是在缺陷處漏磁而吸附磁粉，形成 磁痕，提供缺陷顯示?？蓹z測(cè)表面與次表面缺陷，缺陷性質(zhì)易辨認(rèn)，油漆與電鍍表面不影響 檢測(cè)靈敏度。限鐵磁材料，完全接近工件表面，需檢測(cè)設(shè)備與電源，有剩磁。檢測(cè)鐵磁材料 的裂紋比滲透檢測(cè)靈敏。直接測(cè)量裂紋。漏磁檢測(cè)是利用磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)鐵磁性材料工件表 面及近表面缺陷。通過(guò)測(cè)量鐵磁性材料中因缺陷導(dǎo)致的磁導(dǎo)率變化來(lái)檢測(cè)油管的狀況。對(duì) 內(nèi)壁和外壁檢測(cè)靈敏度不一致，無(wú)法檢測(cè)均勻腐蝕減薄，須采用磁化裝置，設(shè)備比笨重，切 存在較大盲區(qū)。超聲波檢測(cè)用于檢測(cè)各種材料缺陷，超聲波在工件中傳播時(shí)，材料聲學(xué)特 性和內(nèi)部組織變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探 測(cè)，來(lái)了解材料性能和結(jié)構(gòu)的變化。檢測(cè)靈敏度高、聲束指向性好、對(duì)裂紋等危害性缺陷敏 感、檢出率高，檢測(cè)厚度與缺陷位置不限，可確定缺陷深度，適用廣。需要耦合劑，要求缺陷 與波束垂直，多個(gè)工件表面可靠近，脈沖反射探傷，其測(cè)量精度較高。渦流檢測(cè)的原理是鐵 磁線圈在工件中感生渦流，分析工件內(nèi)部的質(zhì)量?？蓹z測(cè)各種導(dǎo)電材料表面與近表面缺陷。 參數(shù)控制難，結(jié)果解釋難，限導(dǎo)電材料。管件，焊縫與堆焊層表面裂紋。間接測(cè)量厚度。上 述磁粉、漏磁、超聲波和渦流檢測(cè)方法，只能檢測(cè)出已出現(xiàn)的缺陷，無(wú)法從油管損傷的根源， 即微觀缺陷或應(yīng)力集中區(qū)上對(duì)其技術(shù)狀態(tài)做出早期評(píng)定，預(yù)防在役油管的疲勞損壞。難以 同時(shí)檢測(cè)螺紋、管體和接箍等部位，且對(duì)探頭與油管之間的接觸狀況、位置或油管表面狀況 要求苛刻，檢測(cè)設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，不利于現(xiàn)場(chǎng)使用。磁記憶檢測(cè)是20世紀(jì)90年代后期在國(guó)際上迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的無(wú)損檢測(cè)技 術(shù)，主要依據(jù)承載鐵磁性材料在地磁場(chǎng)的激勵(lì)條件下，在應(yīng)力和變形集中區(qū)域出現(xiàn)的不可 逆的特征磁狀態(tài)變化，確定工件的微觀缺陷或應(yīng)力集中位置及特征，對(duì)工件的早期損傷做 出明確判斷。這種技術(shù)無(wú)需專門的磁化設(shè)備，受提離效應(yīng)影響小，工作條件要求低，操作快 捷、簡(jiǎn)單、方便，靈敏度、重復(fù)精度和可靠性高，更適合于在現(xiàn)場(chǎng)使用，目前已用于飛機(jī)起落 架、飛機(jī)主梁螺孔、渦輪盤、壓縮器葉片、渦輪葉片、汽輪機(jī)葉片以及壓力容器等承力結(jié)構(gòu)件 的損傷及各種缺陷檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種基于磁記憶技術(shù)的油管無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，本發(fā) 明系統(tǒng)是利用磁記憶檢測(cè)功能對(duì)油管的損傷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，它既可以檢測(cè)出油管存在的宏 觀缺陷，又可檢測(cè)出油管存在的微觀缺陷，而且還能進(jìn)行未來(lái)危險(xiǎn)的預(yù)報(bào)，從而提高了企業(yè) 的油管無(wú)損探傷的技術(shù)水平和服務(wù)質(zhì)量，保證了海洋石油再用油管在井下服役過(guò)程中的安 全性，降低了井下安全事故，對(duì)實(shí)現(xiàn)油管失效事故的主動(dòng)預(yù)防具有深刻影響，同時(shí)，本發(fā)明 也屬于目前推崇的環(huán)保型海洋石油再用油管檢測(cè)手段，具有良好的發(fā)展前景。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置予以實(shí)現(xiàn)的 技術(shù)方案是該檢測(cè)裝置包括油管傳送單元、油管檢測(cè)平臺(tái)和控制單元，所述油管檢測(cè)平臺(tái) 包括腿架，所述腿架的上方設(shè)有千斤頂，千斤頂上方設(shè)有位置調(diào)整結(jié)構(gòu)，所述位置調(diào)整結(jié)構(gòu) 上設(shè)有兩個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，所述兩個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，其中，一個(gè)是非接觸式八通道油管檢測(cè) 環(huán)，另一個(gè)是非接觸式十二通道油管檢測(cè)環(huán)；所述磁記憶檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)有巨磁阻傳感器，所述 巨磁阻傳感器通過(guò)設(shè)置在一支架筒內(nèi)的一四連桿式傳感器支架固定在所述磁記憶檢測(cè)環(huán) 內(nèi)；所述油管傳送單元包括由汽缸帶動(dòng)的起升架、管架和由管架支撐起來(lái)的傳送架，與所述 傳送架配合的傳送輪，所述傳動(dòng)輪由電機(jī)帶動(dòng)，還包括用于接收油管位置信號(hào)的第一光電 傳感器和第二光電傳感器；所述控制單元包括PC機(jī)、通過(guò)USB接口與所述PC機(jī)連接的采集 器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊、PLC控制器；所述PLC控制器與所述第一光電傳感器和所述第二 光電傳感器連接，所述采集器與所述巨磁阻傳感器連接。本發(fā)明一種基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)方法，采用上述檢測(cè)裝置，其中，所述 采集器為DI710數(shù)據(jù)采集器；進(jìn)行油管無(wú)損檢測(cè)的步驟如下步驟一、初始化采集器，啟動(dòng)PLC控制器，所述第一光電傳感器用來(lái)收集油管是否 運(yùn)行到檢測(cè)位置信號(hào)，所述第二光電傳感器用來(lái)收集油管是否到達(dá)下料位位置信號(hào)；步驟二、若所述第一光電傳感器收集到油管已到達(dá)檢測(cè)位置，則開始檢測(cè)；否則， 通過(guò)汽缸(18)的升降和電機(jī)帶動(dòng)傳送輪，使油管到達(dá)被檢測(cè)位置；步驟三、開始檢測(cè)電機(jī)帶動(dòng)傳送輪，傳動(dòng)輪帶動(dòng)油管移動(dòng)，使其穿越檢測(cè)環(huán)，檢測(cè) 環(huán)中的巨磁阻傳感器將收集到信號(hào)傳送到采集器； 通過(guò)USB接口或網(wǎng)線或無(wú)線聯(lián)機(jī)將信號(hào)傳送至PC機(jī)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊對(duì) 巨磁阻傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括以下三方面(1)信號(hào)降噪處理根據(jù)對(duì)含噪聲數(shù)據(jù)的觀察分析，噪聲信號(hào)基頻為正弦波，因此采用滑動(dòng)平均值發(fā) 進(jìn)行降噪處理，設(shè)xi (i = l，2，...，n)為原始信號(hào)序列，維數(shù)為n，滑動(dòng)窗大小為N，滑動(dòng)平 均值yk濾波算法為
1 k+NΛ= —
i=k(2)評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算d)峰值σ :采集波形的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的差值；O= max (abs (H1)，abs (H2)，abs (H3),…，abs (Hn)))(2)峰值反映了工件磁記憶信號(hào)幅值波動(dòng)情況，波動(dòng)越大，工件損傷程度越大；描述了
5磁記憶檢測(cè)信號(hào)的本質(zhì)特征，對(duì)工件缺陷的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可區(qū)分工件的總體損 傷水平；e)方差S2 反映波形波動(dòng)大小，方差越小則波動(dòng)越小，穩(wěn)定性也越好；方差計(jì)算公式為 在磁記憶信號(hào)參數(shù)分析中，方差是評(píng)判工件總體損傷程度的判據(jù)；f)鄰域峰峰值Kin 鐵磁性金屬表面漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的鄰域峰峰值等于磁場(chǎng)強(qiáng)度最大 值和最小值的模數(shù)差值ΔΗ比兩點(diǎn)之間的距離AL，ΔΗ/AL描述了檢測(cè)信號(hào)H在檢測(cè)方向 L上的變化情況； (3)分級(jí)判斷分級(jí)判斷的依據(jù)是在經(jīng)過(guò)對(duì)大量實(shí)際應(yīng)用中確定的各個(gè)級(jí)別的油管進(jìn)行檢測(cè)，對(duì) 評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各級(jí)別油管評(píng)價(jià)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布區(qū)間，并參考美國(guó)石油學(xué)會(huì) 標(biāo)準(zhǔn)2005 API 5CT套管和油管規(guī)范中關(guān)于壁厚的標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)油管其服役狀況和損傷情 況分為三級(jí)，包括一級(jí)油管可正常使用；二級(jí)油管用于對(duì)管體要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合；三級(jí)油 管按照?qǐng)?bào)廢進(jìn)行處理；根據(jù)上述分析處理結(jié)果生成檢測(cè)報(bào)表；在上述檢測(cè)油管的過(guò)程中，一旦第二光電傳感器收集到油管已到達(dá)下料位位置信 號(hào)時(shí)，則油管下檢測(cè)線；步驟四、是否檢測(cè)下一根油管，若.T.，則返回上述步驟二 ；若.F.，則結(jié)束檢測(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明首次將磁記憶技術(shù)應(yīng)用于油管的無(wú)損檢測(cè)中，從而形成一套簡(jiǎn)單完整，檢 測(cè)結(jié)果曲線直觀，管體缺陷反映明顯的全自動(dòng)油管檢測(cè)系統(tǒng)，與現(xiàn)有傳統(tǒng)的油管檢測(cè)技術(shù) 相比，具備以下突出特點(diǎn)檢測(cè)能力強(qiáng)。首次將磁記憶技術(shù)應(yīng)用于油管的無(wú)損檢測(cè)，既可以檢測(cè)出油管存在 的宏觀缺陷，又可檢測(cè)出油管存在的微觀缺陷，并能進(jìn)行未來(lái)危險(xiǎn)的預(yù)報(bào)。傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè) 技術(shù)(超聲、漏磁、磁粉檢測(cè)等)都只能檢測(cè)出已經(jīng)存在的缺陷，不能預(yù)測(cè)可能發(fā)生危險(xiǎn)或 是應(yīng)力集中的區(qū)域。雖然超聲發(fā)射技術(shù)在一定程度上可以解決疲勞損傷的問(wèn)題，但卻不能 進(jìn)行疲勞早期診斷和應(yīng)力集中檢測(cè)。而金屬磁記憶技術(shù)可以用于疲勞早期診斷，并且可以 確定出殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)。利用對(duì)應(yīng)力與變形集中區(qū)域敏感的磁記憶效應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 對(duì)油管早期損傷缺陷(無(wú)顯著尺寸變化)和油管宏觀缺陷(尺寸顯著變化)的有效檢測(cè)， 提高了檢測(cè)的安全預(yù)警保障水平。對(duì)油管無(wú)傷害，檢測(cè)全面。利用磁記憶傳感器的高靈敏度和低提離效應(yīng)，采取可伸 縮自適應(yīng)探頭，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油管的帶接箍檢測(cè)，避免了卸接箍工序?qū)τ凸軒?lái)的損害；基本不 存在盲區(qū)，一次進(jìn)管可同時(shí)完成對(duì)外螺紋、管體和接箍的檢測(cè)，整根油管基本無(wú)檢測(cè)盲區(qū)， 極大地延伸了檢測(cè)范圍；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高。無(wú)需專門的磁化設(shè)備和油管夾持定位機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)
6單、操作方便，維護(hù)成本低。低使用成本。采用非接觸測(cè)量，傳感器無(wú)磨損，壽命長(zhǎng)，顯著降低 了傳感器的更換成本；低維修保養(yǎng)費(fèi)用。自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高，成本低。檢測(cè)效率高。實(shí) 測(cè)日檢測(cè)油管數(shù)量可達(dá)200根以上，形成了年檢測(cè)處理油管7萬(wàn)根以上的能力，檢測(cè)生產(chǎn)能 力得到大幅提高；寬適應(yīng)范圍。采用雙檢測(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)常用2-3/8”、2-7/8”、3-1/2” 以及4-1/2”油管的檢測(cè)。與油管清洗系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)形成工藝流水線，提高了企業(yè)技 術(shù)實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。 總之，本發(fā)明大大提高了企業(yè)在無(wú)損檢測(cè)方面的技術(shù)水平。將本發(fā)明無(wú)損檢測(cè)系 統(tǒng)與油管自動(dòng)清洗系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)相結(jié)合，可以形成一環(huán)保型油管自動(dòng)清洗及檢測(cè)系 統(tǒng)。從而提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量。而且較高的檢測(cè)水平保證了油管的安全性， 降低了油管在井下服役期間的安全隱患。本發(fā)明在實(shí)踐應(yīng)用中不但能夠有效檢測(cè)油管使用 狀況，并還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油管的分級(jí)判斷，滿足生產(chǎn)要求。


圖1是本發(fā)明基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置的示意圖2是圖1中所示檢測(cè)平臺(tái)20的主視圖3是圖2所示檢測(cè)平臺(tái)的側(cè)視圖4是圖2所述檢測(cè)平臺(tái)的立體圖5是圖1中所述采集器21與圖2中所示檢測(cè)環(huán)的連接示意圖
圖6是傳感器支架結(jié)構(gòu)示意圖7是DI710數(shù)據(jù)采集器的構(gòu)造示意圖8是通過(guò)USB或網(wǎng)線或無(wú)線網(wǎng)聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)采集示意圖9是DI710數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)的接口方式及引腳定義；
圖10是信號(hào)分析處理流程；圖11是基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)方法流程圖。圖中1——腿架2——千斤底座 3——定位槽板5——傳感器支架6——滑動(dòng)底板 7——月牙板9——微調(diào)板 10——非接觸式十二通道油管檢測(cè)環(huán)11——非接觸式八通道油管檢測(cè)杯 12——滑動(dòng)槽板13——傳送架 14——傳送輪 15——電機(jī)17——斜坡18——?dú)飧?9——管架21——采集器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖1所示，本發(fā)明基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，包括油管傳送單元、油 管檢測(cè)平臺(tái)和控制單元。其中，所述油管傳送單元包括由汽缸18帶動(dòng)的起升架16、管架19 和由管架19支撐起來(lái)的傳送架13，與所述傳送架13配合的傳送輪14，所述傳動(dòng)輪14由電 機(jī)15帶動(dòng)，還包括用于接收油管位置信號(hào)的第一光電傳感器和第二光電傳感器；
4——月牙板 8——傳感器支架
16——起升架 20——檢測(cè)裝置
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如圖2至圖4所示，所述油管檢測(cè)平臺(tái)包括腿架1，所述腿架1的上方設(shè)有千斤頂 2，千斤頂2上方設(shè)有位置調(diào)整結(jié)構(gòu)，所述位置調(diào)整結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，所述兩 個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，其中，一個(gè)是非接觸式八通道油管檢測(cè)環(huán)11，另一個(gè)是非接觸式十二通道 油管檢測(cè)環(huán)10 ；所述磁記憶檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)有巨磁傳感器，從而形成了上述的多通道油管檢測(cè) 環(huán)。所述巨磁阻傳感器通過(guò)設(shè)置在一支架筒內(nèi)的一四連桿式傳感器支架固定在所述磁記憶 檢測(cè)環(huán)內(nèi)。如圖6所示，所述四連桿式傳感器支架為一平行四邊形鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在該 四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿61與連桿62之間鉸鏈處的扭簧63、設(shè)置在四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架64上的傳感器 容器65和設(shè)置在連架桿61與機(jī)架64之間鉸鏈處的滾輪65。如圖2和圖3所示，位于千斤頂2上方的所述位置調(diào)整結(jié)構(gòu)包括定位槽板3，所述 定位槽板3內(nèi)設(shè)有滑動(dòng)槽板12，所述滑動(dòng)槽板12上設(shè)有滑動(dòng)底板6，所述滑動(dòng)底板6上設(shè) 有兩個(gè)檢測(cè)環(huán)支撐板，如圖2所示，該支撐板采用月牙板4、7的結(jié)構(gòu)，其支撐穩(wěn)定；所述定位 槽板3的底面與千斤頂2固定，所述檢測(cè)環(huán)支撐板與磁記憶檢測(cè)環(huán)固定。本發(fā)明中配備有適合2-3/8”、2-7/8”、3_1/2”和4-1/2”油管的四種油管檢測(cè)環(huán)， 具體使用哪個(gè)檢測(cè)環(huán)，可根據(jù)所需檢測(cè)的油管的規(guī)格尺寸選擇相應(yīng)的油管檢測(cè)環(huán)。檢測(cè)環(huán) 通過(guò)滑動(dòng)底板6與滑動(dòng)槽板12相連接，滑動(dòng)槽板12與定位槽板3相配合，工作時(shí)，只要將 所需的油管檢測(cè)環(huán)滑移到工作位置，這樣就可以滿足不同規(guī)格油管的檢測(cè)需要。此外，微調(diào) 板9安裝有長(zhǎng)螺栓，對(duì)檢測(cè)環(huán)位置起到微調(diào)的作用，使檢測(cè)環(huán)處于指定的工作位置，然后通 過(guò)定位槽板3固定檢測(cè)環(huán)的位置。檢測(cè)平臺(tái)的重量由四條腿架1承擔(dān)，并在腿架1上安插 有四根導(dǎo)桿，當(dāng)檢測(cè)環(huán)的中心高度與油管的中心高度不一致時(shí)，調(diào)節(jié)千斤頂2的螺桿使油 管檢測(cè)環(huán)上下移動(dòng)至檢測(cè)環(huán)于油管中心高度一致為止，四根導(dǎo)桿正起到導(dǎo)向作用。此外，油 管檢測(cè)平臺(tái)安裝有防雨罩，保護(hù)檢測(cè)環(huán)與位置調(diào)整結(jié)構(gòu)中的滑動(dòng)部件不受雨水侵蝕，保證 其正常工作。上述的多通道油管檢測(cè)環(huán)是油管檢測(cè)平臺(tái)的重要組成部分，根據(jù)油管外徑的不同 選擇相應(yīng)數(shù)量通道的檢測(cè)環(huán)，可以使檢測(cè)范圍覆蓋整個(gè)油管管體和接箍。本發(fā)明中的傳感 器支架采用平行四邊形鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，并且在該機(jī)構(gòu)中包含有扭簧63，可依靠扭簧63的反 作用力對(duì)四連桿式傳感器支架的伸縮狀態(tài)實(shí)現(xiàn)柔性調(diào)節(jié)。傳感器支架固定在支架筒上，油 管從與支架筒同軸的方向傳送進(jìn)入檢測(cè)杯，油管外表面首先接觸到滾輪65，給滾輪65推 力，兩連架桿61在滾輪65的帶動(dòng)下，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使得油管順利進(jìn)入檢測(cè)杯。由于兩連架桿 61的轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧63受壓，同時(shí)扭簧63給兩連架桿61反作用力，兩連架桿61在此反作用力 下，推動(dòng)滾輪65緊貼在油管外壁，使得裝有磁記憶檢測(cè)傳感器的傳感器容器65與油管外壁 的距離恒定，同時(shí)扭簧63的柔性保證了傳送的平穩(wěn)性，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。同理，即 使在遇到油管接箍時(shí)，接箍同樣給滾輪65推力，兩連架桿61帶動(dòng)傳感器容器65可以轉(zhuǎn)動(dòng) 一個(gè)更大的角度，保證接箍能夠進(jìn)入順利檢測(cè)杯。傳感器支架中設(shè)計(jì)有扭簧結(jié)構(gòu)，一方面可 以適應(yīng)多種規(guī)格油管的檢測(cè)，另一方面可以保證油管檢測(cè)傳感器緊貼油管外壁，降低油管 檢測(cè)傳感器與油管外壁的距離波動(dòng)，為檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性提供保障。當(dāng)檢測(cè)完一根油管后， 在扭簧63的作用下，平行四邊形鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)回到初始狀態(tài)，等待下一根油管檢測(cè)。如圖11所示，所述控制單元包括PC機(jī)22、通過(guò)USB接口與所述PC機(jī)22連接的采 集器21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊23、PLC控制器24 ；所述PLC控制器24與所述第一光電傳感 器和所述第二光電傳感器連接，圖8還示出了本發(fā)明可以采用通過(guò)USB或網(wǎng)線或無(wú)線網(wǎng)聯(lián)機(jī)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述采集器21與所述巨磁阻傳感器連接。所述采集器21為DI710 數(shù)據(jù)采集器，圖7是DI710數(shù)據(jù)采集器的構(gòu)造示意圖，圖5示出了所述采集器21與圖2中所 示檢測(cè)環(huán)的連接關(guān)系，圖9示出了 DI710數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)的接口方式及引腳定義；選用 DI710數(shù)據(jù)采集器作為檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)采集模塊具有以下特點(diǎn)(1)內(nèi)置MMC卡脫機(jī)連續(xù)數(shù) 據(jù)采集可脫離計(jì)算機(jī)控制，利用MMC卡存儲(chǔ)，滿足長(zhǎng)距離快速檢測(cè)鉆桿管體的需要；(2)較 寬的信號(hào)測(cè)量范圍，達(dá)士 IOV ； (3)聯(lián)機(jī)采集頻率4800sps ；聯(lián)卡采集頻率14400sps ;(4) 可編程信號(hào)增益各通道信號(hào)增益可編程獨(dú)立設(shè)置；(5)高分辨率，達(dá)14bits (士0.012% F. S) ； (6)文件保護(hù)意外斷電時(shí)，可防止任何數(shù)據(jù)存入MMC ;(7)多種接口方式可選，滿足 不同應(yīng)用需要。利用本發(fā)明基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的方法，如圖11所示， 主要包括如下步驟步驟一、初始化采集器21，啟動(dòng)PLC控制器，所述第一光電傳感器用來(lái)收集油管是 否運(yùn)行到檢測(cè)位置信號(hào)，所述第二光電傳感器用來(lái)收集油管是否到達(dá)下料位位置信號(hào)；步驟二、若所述第一光電傳感器收集到油管已到達(dá)檢測(cè)位置，則開始檢測(cè)；否則， 通過(guò)汽缸18的升降和電機(jī)15帶動(dòng)傳送輪14，使油管到達(dá)被檢測(cè)位置；步驟三、開始檢測(cè)電機(jī)15帶動(dòng)傳送輪14，傳動(dòng)輪14帶動(dòng)油管移動(dòng)，使其穿越檢 測(cè)環(huán)，如圖10所示，檢測(cè)環(huán)中的巨磁阻傳感器將收集到信號(hào)傳送到采集器21 ；通過(guò)USB接口或網(wǎng)線或無(wú)線聯(lián)機(jī)將信號(hào)傳送至PC機(jī)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊對(duì) 巨磁阻傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括以下三方面(1)信號(hào)降噪處理根據(jù)對(duì)含噪聲數(shù)據(jù)的觀察分析，噪聲信號(hào)基頻為正弦波，因此采用滑動(dòng)平均值發(fā) 進(jìn)行降噪處理，設(shè)xi (i = l，2，...，n)為原始信號(hào)序列，維數(shù)為n，滑動(dòng)窗大小為N，滑動(dòng)平 均值yk濾波算法為
1 k+NΛ= —(1)
丄、i=k(2)評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算g)峰值σ 采集波形的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的差值；σ = max (abs (H1)，abs (H2)，abs (H3), · · · , abs (Hn)))(2)峰值反映了工件磁記憶信號(hào)幅值波動(dòng)情況，波動(dòng)越大，工件損傷程度越大；描述了 磁記憶檢測(cè)信號(hào)的本質(zhì)特征，對(duì)工件缺陷的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可區(qū)分工件的總體損 傷水平；h)方差S2 反映波形波動(dòng)大小，方差越小則波動(dòng)越小，穩(wěn)定性也越好；方差計(jì)算公式為f 二 丄“一孓)2+(X2-工)2+...(&_二)2(3)
η 1在磁記憶信號(hào)參數(shù)分析中，方差是評(píng)判工件總體損傷程度的判據(jù)；i)鄰域峰峰值Kin 鐵磁性金屬表面漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的鄰域峰峰值等于磁場(chǎng)強(qiáng)度最大 值和最小值的模數(shù)差值ΔΗ比兩點(diǎn)之間的距離AL，ΔΗ/AL描述了檢測(cè)信號(hào)H在檢測(cè)方向 L上的變化情況；
(3)分級(jí)判斷分級(jí)判斷的依據(jù)是在經(jīng)過(guò)對(duì)大量實(shí)際應(yīng)用中確定的各個(gè)級(jí)別的油管進(jìn)行檢測(cè)，對(duì) 評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各級(jí)別油管評(píng)價(jià)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布區(qū)間，并參考美國(guó)石油學(xué)會(huì) 標(biāo)準(zhǔn)2005 API 5CT套管和油管規(guī)范中關(guān)于壁厚的標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)油管其服役狀況和損傷情 況分為三級(jí)，包括一級(jí)油管可正常使用；二級(jí)油管用于對(duì)管體要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合；三級(jí)油 管按照?qǐng)?bào)廢進(jìn)行處理；根據(jù)上述分析處理結(jié)果生成檢測(cè)報(bào)表；在上述檢測(cè)油管的過(guò)程中，一旦第二光電傳感器收集到油管已到達(dá)下料位位置信 號(hào)時(shí)，則油管下檢測(cè)線；步驟四、是否檢測(cè)下一根油管，若.T.，則返回上述步驟二 ；若.F.，則結(jié)束檢測(cè)。綜上，采集數(shù)據(jù)及利用算法分析數(shù)據(jù)主要是根據(jù)需求選取適合的參數(shù)，如峰值、 峰峰值、方差等。分級(jí)判斷主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大量油管采集實(shí)驗(yàn)得出，并參考API 5CT的關(guān)于 壁厚的標(biāo)準(zhǔn)要求，最終制定的分級(jí)等級(jí)較API標(biāo)準(zhǔn)低，如此做法，主要是為了節(jié)約資源，在 保證油管井下安全的情況下，最大限度的利用資源。本發(fā)明中可以檢測(cè)管體、無(wú)接箍螺紋和接箍部分管體及螺紋部分內(nèi)外壁應(yīng)力集 中、腐蝕、裂紋及偏磨；其檢測(cè)速度不低于10米/分鐘；檢測(cè)方式為非接觸檢測(cè)，對(duì)于管體 為半對(duì)開，對(duì)于接箍為全周檢測(cè)。其檢測(cè)距離(即傳感器探頭到油管外表面的距離)為 5-10mm ；傳感器響應(yīng)頻率為1MHz，其靈敏度為0. 8-1. 4mv/0e，檢測(cè)管架總長(zhǎng)度為20米。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方 式，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā) 明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保 護(hù)之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，包括油管傳送單元、油管檢測(cè)平臺(tái)和控制單元，其特征在于所述油管檢測(cè)平臺(tái)包括腿架(1)，所述腿架(1)的上方設(shè)有千斤頂(2)，千斤頂(2)上方設(shè)有位置調(diào)整結(jié)構(gòu)，所述位置調(diào)整結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，所述兩個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，其中，一個(gè)是非接觸式八通道油管檢測(cè)環(huán)(11)，另一個(gè)是非接觸式十二通道油管檢測(cè)環(huán)(10)；所述磁記憶檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)有巨磁阻傳感器，所述巨磁阻傳感器通過(guò)設(shè)置在一支架筒內(nèi)的一四連桿式傳感器支架固定在所述磁記憶檢測(cè)環(huán)內(nèi)；所述油管傳送單元包括由汽缸(18)帶動(dòng)的起升架(16)、管架(19)和由管架(19)支撐起來(lái)的傳送架(13)，與所述傳送架(13)配合的傳送輪(14)，所述傳動(dòng)輪(14)由電機(jī)(15)帶動(dòng)，還包括用于接收油管位置信號(hào)的第一光電傳感器和第二光電傳感器；所述控制單元包括PC機(jī)、通過(guò)USB接口與所述PC機(jī)連接的采集器(21)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊、PLC控制器；所述PLC控制器與所述第一光電傳感器和所述第二光電傳感器連接，所述采集器(21)與所述巨磁阻傳感器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于所述四連 桿式傳感器支架為一平行四邊形鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在該四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿(61)與連桿 (62)之間鉸鏈處的扭簧(63)、設(shè)置在四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(64)上的傳感器容器(65)和設(shè)置在連 架桿(61)與機(jī)架(64)之間鉸鏈處的滾輪(65)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于所述位置 調(diào)整結(jié)構(gòu)包括定位槽板(3)，所述定位槽板(3)內(nèi)設(shè)有滑動(dòng)槽板(12)，所述滑動(dòng)槽板(12) 上設(shè)有滑動(dòng)底板(6)，所述滑動(dòng)底板(6)上設(shè)有兩個(gè)檢測(cè)環(huán)支撐板；所述定位槽板(3)的底 面與千斤頂(2)固定，所述檢測(cè)環(huán)支撐板與磁記憶檢測(cè)環(huán)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于所述采集 器(21)為DI710數(shù)據(jù)采集器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于所述兩個(gè) 磁記憶檢測(cè)環(huán)的直徑不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于所述油管 檢測(cè)平臺(tái)安裝有防雨罩。
7.一種基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1所述檢 測(cè)裝置，其中，所述采集器(21)為DI710數(shù)據(jù)采集器；進(jìn)行油管無(wú)損檢測(cè)的步驟如下步驟一、初始化采集器(21)，啟動(dòng)PLC控制器，所述第一光電傳感器用來(lái)收集油管是否 運(yùn)行到檢測(cè)位置信號(hào)，所述第二光電傳感器用來(lái)收集油管是否到達(dá)下料位位置信號(hào)；步驟二、若所述第一光電傳感器收集到油管已到達(dá)檢測(cè)位置，則開始檢測(cè)；否則，通過(guò) 汽缸(18)的升降和電機(jī)(15)帶動(dòng)傳送輪(14)，使油管到達(dá)被檢測(cè)位置；步驟三、開始檢測(cè)電機(jī)(15)帶動(dòng)傳送輪(14)，傳動(dòng)輪(14)帶動(dòng)油管移動(dòng)，使其穿越 檢測(cè)環(huán)，檢測(cè)環(huán)中的巨磁阻傳感器將收集到信號(hào)傳送到采集器(21)；通過(guò)USB接口或網(wǎng)線或無(wú)線聯(lián)機(jī)將信號(hào)傳送至PC機(jī)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊對(duì)巨磁 阻傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括以下三方面(1)信號(hào)降噪處理根據(jù)對(duì)含噪聲數(shù)據(jù)的觀察分析，噪聲信號(hào)基頻為正弦波，因此采用滑動(dòng)平均值發(fā)進(jìn)行 降噪處理，設(shè)xi (i = l，2，...，n)為原始信號(hào)序列，維數(shù)為n，滑動(dòng)窗大小為N，滑動(dòng)平均值 Yk濾波算法為 (2)評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算a)峰值σ采集波形的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的差值；ο = max (abs (H1), abs (H2), abs (H3)，…，abs (Hn)))(2)峰值反映了工件磁記憶信號(hào)幅值波動(dòng)情況，波動(dòng)越大，工件損傷程度越大；描述了磁記 憶檢測(cè)信號(hào)的本質(zhì)特征，對(duì)工件缺陷的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可區(qū)分工件的總體損傷水 平；b)方差S2反映波形波動(dòng)大小，方差越小則波動(dòng)越小，穩(wěn)定性也越好；方差計(jì)算公式為 在磁記憶信號(hào)參數(shù)分析中，方差是評(píng)判工件總體損傷程度的判據(jù)；c)鄰域峰峰值Kin鐵磁性金屬表面漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的鄰域峰峰值等于磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值和 最小值的模數(shù)差值ΔΗ比兩點(diǎn)之間的距離AL，ΔΗ/AL描述了檢測(cè)信號(hào)H在檢測(cè)方向L上 的變化情況； (3)分級(jí)判斷分級(jí)判斷的依據(jù)是在經(jīng)過(guò)對(duì)大量實(shí)際應(yīng)用中確定的各個(gè)級(jí)別的油管進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)評(píng)價(jià) 參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各級(jí)別油管評(píng)價(jià)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布區(qū)間，并參考美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 2005 API 5CT套管和油管規(guī)范中關(guān)于壁厚的標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)油管其服役狀況和損傷情況分 為三級(jí)，包括一級(jí)油管可正常使用；二級(jí)油管用于對(duì)管體要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合；三級(jí)油管按 照?qǐng)?bào)廢進(jìn)行處理；根據(jù)上述分析處理結(jié)果生成檢測(cè)報(bào)表；在上述檢測(cè)油管的過(guò)程中，一旦第二光電傳感器收集到油管已到達(dá)下料位位置信號(hào) 時(shí)，則油管下檢測(cè)線；步驟四、是否檢測(cè)下一根油管，若.T.，則返回上述步驟二 ；若.F.，則結(jié)束檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于磁記憶檢測(cè)的油管無(wú)損檢測(cè)裝置，包括油管傳送單元、油管檢測(cè)平臺(tái)和控制單元，油管檢測(cè)平臺(tái)至少包括位置調(diào)整結(jié)構(gòu)，位置調(diào)整結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩個(gè)磁記憶檢測(cè)環(huán)，一個(gè)是非接觸式八通道油管檢測(cè)環(huán)，另一個(gè)是非接觸式十二通道油管檢測(cè)環(huán)；磁記憶檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)有巨磁阻傳感器，巨磁阻傳感器通過(guò)設(shè)置在一支架筒內(nèi)的一四連桿式傳感器支架固定在磁記憶檢測(cè)環(huán)內(nèi)；還包括用于接收油管位置信號(hào)的兩個(gè)光電傳感器；控制單元包括通過(guò)USB接口與PC機(jī)連接的采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理模塊、PLC控制器；PLC控制器與兩個(gè)光電傳感器連接，采集器與巨磁阻傳感器連接。本發(fā)明既可以檢測(cè)出油管存在的宏觀缺陷，又可檢測(cè)出油管存在的微觀缺陷，而且還能進(jìn)行未來(lái)危險(xiǎn)的預(yù)報(bào)。
文檔編號(hào)F17D5/06GK101915364SQ201010227208
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉海慶, 劉英凡, 廉美蓉, 張志富, 徐振廣, 李東翌, 樊建春, 羅坤相 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司;中海油能源發(fā)展股份有限公司;中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)工程分公司