一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，包括系統(tǒng)主機(jī)、環(huán)形相控陣陣列探頭和包括發(fā)射模塊、接收模塊、延時模塊、隔離模塊的超聲相控陣檢測儀。系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)發(fā)射模塊發(fā)出的超聲波偏轉(zhuǎn)度計算出各組探頭陣元相對延時，并傳遞給接收模塊；延時模塊實(shí)現(xiàn)各組陣元的相對延時量，發(fā)射模塊激勵探頭各個陣元發(fā)射超聲波，隔離模塊保護(hù)后級電路中低電壓器件不被損壞，接收模塊將環(huán)形相控陣陣列探頭接收的回波轉(zhuǎn)換成采集卡的輸入信號，光端機(jī)將經(jīng)采集卡轉(zhuǎn)換后數(shù)字式電信號轉(zhuǎn)換為光信號并經(jīng)光纖傳送給系統(tǒng)主機(jī)；系統(tǒng)主機(jī)對此回波信號進(jìn)行處理，用于分析成像。本實(shí)用新型可靈活調(diào)整掃查覆蓋率，對腐蝕部分定位細(xì)查，檢測速度快，檢測精度高。
【專利說明】
一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于無損探傷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及針對天然氣加氣站、調(diào)峰站及儲氣站等設(shè)施的壓縮儲氣井的壁厚測量和井壁蝕坑、裂紋等檢測的無損探傷技術(shù)，尤其是涉及一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮天然氣(CNG)儲氣井由于安全性能高、占地面積小和建造成本低等優(yōu)勢，成為目前國內(nèi)CNG加氣站的基本儲氣方式。自1997年中國石油川西南礦區(qū)在四川建成第一座地下儲氣井組，中國至今已有8000口儲氣井，其中部分已進(jìn)入老年期，因地層水的存在和天然氣本身的低量含硫特性導(dǎo)致井壁腐蝕，存在著爆炸、泄露及井竄等事故隱患。為了保障儲氣井的安全運(yùn)行，保護(hù)人民的生命財產(chǎn)安全，中國國家質(zhì)監(jiān)部門已將儲氣井納入特種設(shè)備范疇，對其設(shè)計、制造、使用、檢驗(yàn)以及維修改造實(shí)行全過程的安全監(jiān)察。
[0003]目前，儲氣井壁檢測主要有兩種方式，一種是人工檢測，即手持測厚儀進(jìn)行逐點(diǎn)檢測；另一種是自動檢測，即依靠機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)自動完成。對于深度可達(dá)300米的儲氣井，人工檢測無疑是一件繁重的勞動作業(yè);同時，檢測數(shù)據(jù)需先存儲，待檢測結(jié)束后再處理，所以，人工檢測不具有實(shí)時性。自動檢測又多分為井上設(shè)備和井下設(shè)備，井下設(shè)備是檢測的直接執(zhí)行者，井上設(shè)備則控制著井下設(shè)備的工作方式;兩部分設(shè)備間通訊和井下部分的精確定位要求檢測設(shè)備在檢測過程中盡可能地保持靜止，需固定整套檢測裝置，致使此檢測方式相對復(fù)雜。
[0004]諸多自動檢測方法中，超聲波檢測因穿透性強(qiáng)、方向性好及靈敏度高等特點(diǎn)逐漸代替電阻檢測法、電容檢測法、射線檢測法、渦流檢測法等方法?，F(xiàn)有的超聲波檢測技術(shù)主要采用是內(nèi)旋轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)(IRIS)，分為單探頭旋轉(zhuǎn)、單探頭聲束旋轉(zhuǎn)及多層單探頭環(huán)形陣列等三種檢測方式。單探頭旋轉(zhuǎn)檢測是指探頭軸向垂直于井壁360°旋轉(zhuǎn)掃描;單探頭聲束旋轉(zhuǎn)檢測是指探頭軸向平行于井壁，傾斜45°反射鏡360°旋轉(zhuǎn)完成掃描;這兩種檢測方式對井筒的內(nèi)壁要求極高，儲氣井常見的井筒變形會造成探頭耦合不良、檢測裝置在管內(nèi)卡頓、檢測信號丟失等現(xiàn)象，掃查覆蓋率低，造成一定的漏檢現(xiàn)象。多層單探頭環(huán)形陣列檢測是指每層探頭均勻環(huán)形排列，層間探頭布置錯開一定角度，可依次激勵探頭進(jìn)行掃描;相比上述兩種檢測方式，該檢測的掃查盲區(qū)較小，但是，多個單探頭的使用增加了測試裝置的體積，多探頭之間電性能的不一致性會帶來檢測誤差，操作前的調(diào)校比較困難;多探頭間發(fā)射角的差別、裝配不到位，均會降低儲氣井井筒的掃查覆蓋率。
[0005]中國專利申請CN21010115676.7公開了一種儲氣井井筒壁厚及腐蝕檢測系統(tǒng)與檢測方法，采用的是上述多層單探頭環(huán)形陣列檢測方法。該專利申請在圓周方向布置多層環(huán)形水浸探頭陣列，檢測系統(tǒng)通過層間錯開一定角度以增大覆蓋測量范圍，層間不同探頭接收的聲波需要校準(zhǔn)，且井下設(shè)備在垂直方向上移動位置受層間距離限制，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測前調(diào)校困難、掃查覆蓋率低、檢測誤差大的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，測前調(diào)校方便，掃查覆蓋率高且可實(shí)時靈活地調(diào)整，能夠?qū)Ωg部分定位細(xì)查，檢測速度快，檢測精度高。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案。
[0008]本實(shí)用新型的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，包括井上設(shè)備、井下設(shè)備及復(fù)合電纜，所述井上設(shè)備包括系統(tǒng)主機(jī)、控制箱、收線架、定滑輪;所述的定滑輪安裝有編碼器;井下設(shè)備包括扶正器、檢測儀和環(huán)形探頭;所述的復(fù)合電纜由內(nèi)部銅導(dǎo)線、光纖和外層鋼絲組成;銅導(dǎo)線為井下設(shè)備供電，鋼絲拖拽井下設(shè)備工作，光纖是系統(tǒng)主機(jī)與井下設(shè)備的通訊媒介，其特征在于:
[0009]所述的檢測儀為超聲相控陣檢測儀，包括延時模塊、隔離模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、采集卡和光端機(jī);所述的發(fā)射模塊、接收模塊構(gòu)成超聲相控陣檢測儀的收發(fā)電路；
[0010]所述的井下設(shè)備設(shè)置有一個所述的環(huán)形探頭;所述的環(huán)形探頭為環(huán)形相控陣陣列探頭，含有均勻分布在一同層圓周上的多個環(huán)形相控陣陣元組;所述的每個環(huán)形相控陣陣元組具有16η個陣元；
[0011]在進(jìn)行儲氣井井筒檢測時，所述的系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)所述的超聲相控陣檢測儀的發(fā)射模塊發(fā)出的超聲波波束偏轉(zhuǎn)角度計算出環(huán)形相控陣陣列探頭的各組陣元相對延時時間，并傳遞給超聲相控陣檢測儀的接收模塊;所述的超聲相控陣檢測儀的延時模塊實(shí)現(xiàn)各組陣元的相對延時量，發(fā)射模塊激勵所述的環(huán)形相控陣陣列探頭各個陣元發(fā)射超聲波，隔離模塊保護(hù)后級電路中低電壓器件不被損壞，接收模塊將環(huán)形相控陣陣列探頭接收的回波信號轉(zhuǎn)換成采集卡的輸入信號，采集卡將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字式的電信號，光端機(jī)將數(shù)字式的電信號轉(zhuǎn)換為光信號經(jīng)光纖傳送給系統(tǒng)主機(jī);所述的系統(tǒng)主機(jī)將接收到的回波信號進(jìn)行濾波、放大處理，以提取有用信號用于分析、成像。
[0012]所述的超聲相控陣檢測儀收發(fā)電路采用陣列式設(shè)計，擁有結(jié)構(gòu)相同的多路通道，每一路通道可單獨(dú)激勵、接收和調(diào)理超聲信號，互不干擾。
[0013]所述的超聲相控陣檢測儀的各功能模塊的通道數(shù)等同于單組環(huán)形相控陣陣元數(shù)目；多個環(huán)形相控陣陣元組，分時段輪流使用超聲相控陣檢測儀的各個模塊。
[0014]所述的環(huán)形相控陣陣列探頭包含有四個環(huán)形相控陣陣元組，每個環(huán)形相控陣陣元組具有16個陣元。
[0015]所述的井下設(shè)備包括兩個扶正器。
[0016]所述的扶正器設(shè)置有三個間隔為120°連桿結(jié)構(gòu)式支腳，可沿井壁接觸滾動，能夠同步收放。
[0017]所述的檢測系統(tǒng)可以實(shí)時實(shí)現(xiàn)儲氣井橫截面成像顯示和儲氣井豎界面成像顯示。
[0018]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型包括以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0019]1.本實(shí)用新型采用單個環(huán)形相控陣陣列探頭進(jìn)行檢測，既不需要像單探頭旋轉(zhuǎn)測量時的旋轉(zhuǎn)裝置也不需要多層單探頭環(huán)形陣列測量時的多層排布，克服了兩種檢測方式帶來的技術(shù)缺陷。因不存在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的水流動現(xiàn)象，系統(tǒng)發(fā)射的超聲波在水中傳播途徑和速度都不會受到影響，從根本上消除了因水流造成的檢測誤差。而且，相比多層環(huán)形探頭，本實(shí)用新型節(jié)省了探頭占用空間，使用維護(hù)方便，掃查覆蓋率和檢測靈敏度高。
[0020]2.與單探頭掃查成像相比，本實(shí)用新型的相控陣陣列探頭掃查成像分辨率高，則檢測系統(tǒng)的檢測精度高。相控陣陣列探頭的單次掃查線(A掃查)是探頭所有陣元接收超聲回波延時補(bǔ)償、聲束合成得到的，而單探頭的單次掃查線僅是探頭接收的超聲回波;而且，相控陣陣列探頭聚焦半徑實(shí)時調(diào)整，保證不同儲氣井的高精度檢測，而單探頭的聚焦半徑為常量。
[0021]3.本實(shí)用新型在同一水平線上可完成同深度下的所有檢測，無需垂直方向上的聲波校準(zhǔn)，且整體系統(tǒng)不受垂直檢測分辨率限制。
[0022]4.本實(shí)用新型的相控陣探頭發(fā)射超聲波偏轉(zhuǎn)角度的步進(jìn)大小可調(diào)，超聲相控陣檢測儀的掃查覆蓋率高且可靈活地調(diào)整?？梢罁?jù)檢測系統(tǒng)實(shí)時顯示井壁的掃查結(jié)果，實(shí)時縮小偏轉(zhuǎn)角度步進(jìn)，提高掃查覆蓋率，能夠以更高檢測精度定位掃查井壁某一部分，實(shí)現(xiàn)在保證檢測速度的同時兼顧精度。
[0023]5.當(dāng)兩組環(huán)形相控陣陣元組之間間隔為陣元間隔，則多組探頭可組合成一個圓環(huán)相控陣探頭。超聲相控陣檢測儀可采用電子掃查方式收發(fā)超聲波完成井壁檢測，無須聲波偏轉(zhuǎn)即可完成360°檢測，本實(shí)用新型系統(tǒng)相對于探頭發(fā)射的偏轉(zhuǎn)超聲波減弱了旁瓣效應(yīng)，進(jìn)一步提高成像分辨率。
[0024]6.本實(shí)用新型系統(tǒng)采用超聲相控陣技術(shù)，超聲相控陣技術(shù)可實(shí)時S顯示和C顯示，且通過改變超聲波偏轉(zhuǎn)角度的步進(jìn)大小可靈活調(diào)整掃查覆蓋率，對腐蝕部分定位細(xì)查，保證檢測速度時兼顧檢測精度。
【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)的一種實(shí)施例的示意圖。
[0026]圖2是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的扶正器側(cè)視圖。
[0027]圖3是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的扶正器俯視圖。
[0028]圖4是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的超聲相控陣檢測系統(tǒng)的功能模塊示意圖。
[0029]圖5是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的超聲相控陣檢測儀收發(fā)電路整體框圖。
[0030]圖6是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的環(huán)形相控陣陣列探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖7是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的環(huán)形相控陣陣列探頭掃查示意圖。
[0032]圖8是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的儲氣井橫截面成像S顯示圖。
[0033]圖9是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的儲氣井豎界面成像C顯示圖。
[0034]圖10是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的發(fā)射模塊電路示意圖。
[0035]圖11是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的隔離模塊電路示意圖。
[0036]圖12是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的接收模塊前置放大電路圖。
[0037]圖13是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的接收模塊主放大電路示意圖。
[0038]圖14是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的采集卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]其中，I系統(tǒng)主機(jī)，2收線架，3控制箱，4編碼器，5定滑輪，6復(fù)合電纜，7上接頭，8上固定螺母，9彈簧，10可動螺母，11扶正器，12下固定螺母，13超聲相控陣檢測儀，14儲氣井，15下堵頭，16環(huán)形相控陣陣列探頭，110連桿結(jié)構(gòu)式支腳，111延時模塊，112發(fā)射模塊，113隔離模塊，114接收模塊，115采集卡，116光端機(jī)，CS儲氣井橫截面，VI儲氣井豎界面，BI內(nèi)井壁，B2外井壁，USl井筒內(nèi)超聲波聲束，US2井壁內(nèi)超聲波聲場，US3井壁內(nèi)重疊超聲波聲場，P掃查覆蓋點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0041]如圖1所示，是本實(shí)用新型一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)的一種實(shí)施例示意圖。該系統(tǒng)包括井上設(shè)備、井下設(shè)備及復(fù)合電纜;井上設(shè)備包括系統(tǒng)主機(jī)1、控制箱3、收線架2、定滑輪5;定滑輪5上安裝有編碼器4;井下設(shè)備包括有扶正器11、檢測儀13和環(huán)形探頭16;其復(fù)合電纜6由內(nèi)部銅導(dǎo)線、光纖和外層鋼絲組成;銅導(dǎo)線為井下設(shè)備供電，鋼絲拖拽井下設(shè)備工作，光纖是系統(tǒng)主機(jī)I與井下設(shè)備的通訊媒介，其特征在于:
[0042]圖4是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的超聲相控陣檢測系統(tǒng)的功能模塊示意圖。所述的檢測儀為超聲相控陣檢測儀13，包括延時模塊111、隔離模塊113、發(fā)射模塊112、接收模塊114、采集卡115和光端機(jī)116;如圖6所示，其中的發(fā)射模塊112、接收模塊114構(gòu)成超聲相控陣檢測儀13的收發(fā)電路；
[0043]圖10是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的發(fā)射模塊電路示意圖。其中，VH為一個高壓電源，高壓為幾十伏至上百伏，電容C耐壓值必須高于VH，通過電阻R被充電，S是一個高速電子元器件，等效為一個開關(guān)。超聲發(fā)射電路的一次完整的發(fā)射過程如下:在非激勵階段，開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，高壓電源VH通過電阻R對電容C進(jìn)行充電，直到電容C兩極板間壓差達(dá)到VH，在激勵階段，開關(guān)S閉合，電容的電壓高側(cè)的電壓被瞬間拉低，由于電容兩端壓差不可能瞬間為零，所以此時有一個瞬間負(fù)高壓脈沖信號在電容另一側(cè)產(chǎn)生并作用在換能器上，促使換能器發(fā)射超聲波，在這一過程中會消耗一部分能量，使得電容C兩側(cè)的壓差變小，不再是VH，經(jīng)過一個短暫時間(與換能器中心頻率相關(guān))后，開關(guān)S斷開，又重新回到非激勵狀態(tài)，激勵換能器的電壓信號消失，換能器停止工作，電容C被重新充電。
[0044]在圖11所示的隔離模塊電路示意圖中，在二極管橋電路的兩端接上電阻，通過這個電阻的調(diào)節(jié)，將通過橋電路的偏置電流控制在O?8mA之間。二極管橋電路的輸出接到由D5、D6組成的限幅電路，從而將回波信號的幅度限制在二極管的導(dǎo)通電壓。這樣通過限幅處理之后的回波信號可以滿足后級放大器的輸入要求，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0045]圖12是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的接收模塊前置放大電路圖。其前置放大電路，用于阻抗匹配和小增益的信號放大，采用AD603，其是一個低噪聲、壓控增益放大器，具有極低的輸入噪聲和最大90MHz帶寬。其中，Vout與FDBK開路，放大電路固定增益為50dB，整體放大倍數(shù)變?yōu)?dB到50dB，但帶寬變窄，只有9MHz。
[0046]圖13是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的接收模塊主放大電路示意圖。其主放大電路，用于信號進(jìn)一步放大，提高信噪比。該主放大電路選用AD82，其是一款低噪、高速、電壓反饋型運(yùn)算放大器，具有120MHz帶寬增益積，依靠其靈活的外部補(bǔ)償電容，用途十分廣泛，即適用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換中的緩沖器，更適合視頻放大應(yīng)用。其視頻放大的典型應(yīng)用如圖14所示，實(shí)際電路設(shè)計也基本參考此進(jìn)行，并在反饋電路上對目標(biāo)頻率進(jìn)行了一定補(bǔ)償。
[0047]圖14是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的采集卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，其模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊部分選擇使用成品級的采集卡，型號為FCFR-USB9988，具有12bit采樣分辨率和50MS/s采樣率，支持最高4GBytes DDR-1I FIFO，可實(shí)現(xiàn)16路并行采集，采用USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通行。模數(shù)轉(zhuǎn)換是信號能夠用于分析、成像的必然環(huán)節(jié)，也是送入計算機(jī)前的最后一個環(huán)節(jié)，要從信號頻率、信噪比、完整性等角度出發(fā)考慮。
[0048]所述的井下設(shè)備設(shè)置有一個所述的環(huán)形探頭;所述的環(huán)形探頭為環(huán)形相控陣陣列探頭，含有均勻分布在一同層圓周上的多個環(huán)形相控陣陣元組;所述的每個環(huán)形相控陣陣元組具有16η個陣元;根據(jù)所檢測的井筒內(nèi)徑的大小情況，每個環(huán)形相控陣陣元組的陣元數(shù)成16倍數(shù)增減設(shè)置。實(shí)驗(yàn)證明，這樣的陣元設(shè)置方式，檢測效果較好。
[0049]在進(jìn)行儲氣井井筒檢測時，所述的系統(tǒng)主機(jī)I根據(jù)所述的超聲相控陣檢測儀13的發(fā)射模塊112發(fā)出的超聲波波束偏轉(zhuǎn)角度計算出環(huán)形相控陣陣列探頭16的各組陣元161相對延時時間，并傳遞給超聲相控陣檢測儀13的接收模塊114;所述的超聲相控陣檢測儀13的延時模塊111實(shí)現(xiàn)各組陣元161的相對延時量，發(fā)射模塊112激勵所述的環(huán)形相控陣陣列探頭16各個陣元161發(fā)射超聲波，隔離模塊113保護(hù)后級電路中低電壓器件不被損壞，接收模塊114將環(huán)形相控陣陣列探頭16接收的回波轉(zhuǎn)換成采集卡115的輸入信號，采集115將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字式的電信號，光端機(jī)116將數(shù)字式的電信號轉(zhuǎn)換為光信號經(jīng)光纖傳送給系統(tǒng)主機(jī)I;所述的系統(tǒng)主機(jī)I將接收到的回波信號進(jìn)行濾波、放大等處理，以提取有用信號用于分析、成像。為最大效率地發(fā)射超聲波信號，發(fā)射電路須施以頻率與晶體諧振頻率一致的高壓信號。其中延時模塊111，將延時精度提高到Ins，可進(jìn)一步提高超聲波偏轉(zhuǎn)角度的步進(jìn)精度和整個系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0050]井下設(shè)備的扶正器11、超聲相控陣檢測儀13、環(huán)形相控陣陣列探頭16之間采用螺紋連接，使用脫脂帶、螺紋膠水對螺紋連接進(jìn)行密封。
[0051]所述的超聲相控陣檢測儀13收發(fā)電路采用陣列式設(shè)計，擁有結(jié)構(gòu)相同的多路通道，每一路通道可單獨(dú)激勵、接收和調(diào)理超聲信號，互不干擾。從而能夠適應(yīng)環(huán)形相控陣陣列探頭16的工作狀態(tài)，并獨(dú)立控制環(huán)形相控陣陣列探頭16每組陣元161收發(fā)超聲信號，在具體實(shí)現(xiàn)上，只需對單一通道進(jìn)行分析、設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，其余的通道則是完全復(fù)制。收發(fā)電路的整體框架如圖5所示。為最大效率的發(fā)射超聲波信號，發(fā)射電路須施以頻率與晶體諧振頻率一致的高壓信號。
[0052]所述的超聲相控陣檢測儀13的各功能模塊的通道數(shù)等同于單組環(huán)形相控陣陣元數(shù)目；多個環(huán)形相控陣陣元組，分時段輪流使用超聲相控陣檢測儀13的各個模塊。在實(shí)際檢測時，在單圈儲氣井14內(nèi)井壁BI上覆蓋點(diǎn)間的移動，通過超聲相控陣檢測儀13控制相控陣聲束在不同角度上聚焦偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。
[0053]圖7是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的環(huán)形相控陣陣列探頭16掃查示意圖。如圖7所示，所述的環(huán)形相控陣陣列探頭16包含有四個環(huán)形相控陣陣元組，每個環(huán)形相控陣陣元組具有16個陣元。環(huán)形相控陣陣列探頭16在檢測過程中無需轉(zhuǎn)動，則檢測系統(tǒng)不需要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0054]所述的井下設(shè)備包括兩個扶正器11 ο如圖2所示，每個扶正器11由上固定螺母8、彈簧9、連桿結(jié)構(gòu)式支腳110、可動螺母1和下固定螺母12構(gòu)成。
[0055]如圖3所示，所述的扶正器11設(shè)置有三個間隔為120°連桿結(jié)構(gòu)式支腳110，可沿井壁接觸滾動，能夠同步收放。上下移動可動螺母10，壓縮伸展彈簧9，扶正器11連桿結(jié)構(gòu)式支腳110則伸展折疊，使得井下設(shè)備在不同直徑的儲氣井內(nèi)可保持垂直。此種結(jié)構(gòu)的扶正器穩(wěn)定性強(qiáng)，動作靈活性高。
[0056]在進(jìn)行儲氣井井筒檢測時，包括以下步驟:
[0057]步驟1、搭建檢測系統(tǒng)；向儲氣井井中注滿清水，作為超聲檢測耦合劑，在井口安裝定滑輪，使用復(fù)合電纜建立井下設(shè)備、編碼器、控制箱、收線架及系統(tǒng)主機(jī)之間的通訊和機(jī)械連接，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主機(jī)與井下設(shè)備間的通訊和控制井下設(shè)備升降和超聲相控陣檢測儀的掃查工作。并對井下設(shè)備進(jìn)行密封；
[0058]步驟2、啟動系統(tǒng)主機(jī)，將井下設(shè)備放置井內(nèi)，同步編碼器數(shù)據(jù)，定位井下設(shè)備，調(diào)整扶正器，使得扶正器各個連桿結(jié)構(gòu)式支腳與井壁接觸，以保持環(huán)形相控陣陣列探頭與井筒同軸平行；
[0059]步驟3、調(diào)整井下設(shè)備至初始檢測掃查位置，啟動超聲相控陣檢測儀，用控制箱控制井下設(shè)備向上或向下勻速移動，開始掃查工作；
[0060]步驟4、系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)超聲波波束偏轉(zhuǎn)角度計算出環(huán)形相控陣陣列探頭的各個陣元相對延時時間，并傳遞給超聲相控陣檢測儀;超聲相控陣檢測儀的延時模塊實(shí)現(xiàn)環(huán)形相控陣陣列探頭各個陣元的相對延時量，發(fā)射模塊激勵所述的環(huán)形相控陣陣列探頭各個陣元發(fā)射超聲波，隔離模塊保護(hù)后級電路中低電壓器件不被損壞，接收電路將環(huán)形相控陣陣列探頭接收的回波轉(zhuǎn)換成采集卡的輸入信號，采集卡將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字式的電信號，光端機(jī)將數(shù)字式的電信號轉(zhuǎn)換為光信號經(jīng)光纖傳送給系統(tǒng)主機(jī);多組環(huán)形相控陣陣元組的陣元依次掃查，單組環(huán)形相控陣陣元按照聚焦法則發(fā)射偏轉(zhuǎn)超聲波波束掃查井壁和接收回波信號，并將接收數(shù)據(jù)經(jīng)光端機(jī)轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纖傳送給系統(tǒng)主機(jī);其中延時模塊，應(yīng)盡可能將延時精度提高到1ns，可進(jìn)一步提高超聲波偏轉(zhuǎn)角度的步進(jìn)精度和整個系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0061]步驟5、系統(tǒng)主機(jī)對井下設(shè)備位置信息和回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并顯示出相應(yīng)位置的井筒壁厚度及腐蝕情況;然后存儲記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)圖像；
[0062]步驟6、當(dāng)各組相控陣陣列探頭陣元均收發(fā)一次超聲波時，此位置的掃查結(jié)束。判斷檢測是否完成，若完成，則整理所有檢測設(shè)備后結(jié)束檢測;若未完成，則系統(tǒng)主機(jī)控制井下設(shè)備移動到下一個掃查位置，重復(fù)所述步驟3至步驟6。井壁掃查范圍不在相控陣陣列探頭16近場區(qū)內(nèi)，也不會影響檢測結(jié)果。通常儲氣井半徑為88.9或者122.24mm，遠(yuǎn)大于一般超聲相控陣探頭的近場區(qū)(20_左右)。
[0063]所述的超聲相控陣檢測儀各模塊的通道數(shù)等于所述的環(huán)形相控陣陣列探頭的單組環(huán)形相控陣陣元數(shù)目，在檢測時，多組環(huán)形相控陣陣元分時復(fù)用超聲相控陣檢測儀的各個模塊。
[0064]所述的環(huán)形相控陣陣列探頭在進(jìn)行掃查時所產(chǎn)生的單次掃查線，是由所述的環(huán)形相控陣陣列探頭的所有環(huán)形相控陣陣元組接收超聲回波延時補(bǔ)償、聲束合成得到的；所述的單次掃查為A掃查。
[0065]在所述的步驟5中，系統(tǒng)主機(jī)首先對回波進(jìn)行相控陣延時補(bǔ)償、聲束合成，然后結(jié)合編碼器記錄的井下設(shè)備位置信息成像，顯示井壁內(nèi)的腐蝕情況及壁厚。其成像方式包括有S顯示和C顯示。如圖8和圖9所示，分別是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的儲氣井橫截面成像S顯示圖和儲氣井豎界面成像C顯示圖。本實(shí)用新型所提供的成像方式更為全面，利于檢測缺陷的定位和定性分析。而且，將儲氣井豎界面成像信息與橫截面成像信息相結(jié)合，可以看出井壁腐蝕的形狀。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，包括井上設(shè)備、井下設(shè)備及復(fù)合電纜，所述井上設(shè)備包括系統(tǒng)主機(jī)、控制箱、收線架、定滑輪;所述的定滑輪安裝有編碼器；井下設(shè)備包括扶正器、檢測儀和環(huán)形探頭;所述的復(fù)合電纜由內(nèi)部銅導(dǎo)線、光纖和外層鋼絲組成;銅導(dǎo)線為井下設(shè)備供電，鋼絲拖拽井下設(shè)備工作，光纖是系統(tǒng)主機(jī)與井下設(shè)備的通訊媒介，其特征在于: 所述的檢測儀為超聲相控陣檢測儀，包括延時模塊、隔離模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、采集卡和光端機(jī);所述的發(fā)射模塊、接收模塊構(gòu)成超聲相控陣檢測儀的收發(fā)電路； 所述的井下設(shè)備設(shè)置有一個所述的環(huán)形探頭；所述的環(huán)形探頭為環(huán)形相控陣陣列探頭，含有均勻分布在一同層圓周上的多個環(huán)形相控陣陣元組;所述的每個環(huán)形相控陣陣元組具有16η個環(huán)形相控陣陣元； 所述的系統(tǒng)主機(jī)根據(jù)所述的超聲相控陣檢測儀的發(fā)射模塊發(fā)出的超聲波波束偏轉(zhuǎn)角度計算出環(huán)形相控陣陣列探頭的各組陣元相對延時時間，并傳遞給超聲相控陣檢測儀的接收模塊;所述的超聲相控陣檢測儀的延時模塊實(shí)現(xiàn)各組陣元的相對延時量，發(fā)射模塊激勵所述的環(huán)形相控陣陣列探頭各個陣元發(fā)射超聲波，隔離模塊保護(hù)后級電路中低電壓器件不被損壞，接收模塊將環(huán)形相控陣陣列探頭接收的回波轉(zhuǎn)換成采集卡的輸入信號，采集卡將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字式的電信號，光端機(jī)將數(shù)字式的電信號轉(zhuǎn)換為光信號經(jīng)光纖傳送給系統(tǒng)主機(jī);所述的系統(tǒng)主機(jī)將接收到的回波信號進(jìn)行濾波、放大處理，以提取有用信號用于分析、成像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的超聲相控陣檢測儀收發(fā)電路采用陣列式設(shè)計，擁有結(jié)構(gòu)相同的多路通道，每一路通道可單獨(dú)激勵、接收和調(diào)理超聲信號，互不干擾。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的超聲相控陣檢測儀的各功能模塊的通道數(shù)等同于單組環(huán)形相控陣陣元數(shù)目；多個環(huán)形相控陣陣元組，分時段輪流使用超聲相控陣檢測儀的各個模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的環(huán)形相控陣陣列探頭包含有四個環(huán)形相控陣陣元組，每個環(huán)形相控陣陣元組具有16個陣元。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的井下設(shè)備包括兩個扶正器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的扶正器設(shè)置有三個間隔為120°連桿結(jié)構(gòu)式支腳，可沿井壁接觸滾動，能夠同步收放。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲相控陣技術(shù)的儲氣井井筒檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的檢測系統(tǒng)可以實(shí)時實(shí)現(xiàn)儲氣井橫截面成像顯示和儲氣井豎界面成像顯示。
【文檔編號】G01N29/06GK205484210SQ201620083264
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】徐曉丹, 王海濤, 鄭凱, 汪文, 王晉, 任毅, 丁春雄
【申請人】江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院