專利名稱：一種鉆具井口磁通量檢測裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆具井口無損檢測儀器的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，確切地說涉及鉆具井口磁通量檢測裝置與方法。
背景技術(shù)：
鉆具檢測通常采用漏磁、超聲波、渦流和肉眼觀察等方法，著重于裂紋、孔洞、刺穿，這些方法對于鉆具內(nèi)外表面磨損的檢測而言，并不是最有效的方法。現(xiàn)有場站鉆具自動(dòng)無損檢測技術(shù)中，自動(dòng)漏磁探傷成為自動(dòng)化程度較高的檢測方法，如公告號為CN101419192A，公告日為2009年4月四日的中國專利文獻(xiàn)公開了導(dǎo)磁構(gòu)件超強(qiáng)磁化漏磁檢測方法與裝置。該專利采用單一穿過式磁化線圈對鉆桿進(jìn)行局部單一軸向超強(qiáng)磁化，激發(fā)出其上縱、橫向傷的泄漏磁場并利用磁敏元件陣列加以拾取，實(shí)現(xiàn)其上縱、橫向傷的全面檢出，再通過信號求和比較法進(jìn)行縱、橫向傷檢測信號區(qū)分并對其進(jìn)行信號幅值補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)同損傷當(dāng)量的縱、橫向傷等信號幅值與靈敏度的統(tǒng)一判斷。該裝置的組成包括穿過式線圈，磁敏組件、信號識別補(bǔ)償組件和數(shù)據(jù)采集卡。該專利將傳統(tǒng)的檢測方法進(jìn)行簡化和統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)鉆具與檢測單元之間簡單的直進(jìn)式相對搜查運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高速高效自動(dòng)連續(xù)探傷，能完成自身難以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的鉆具縱、橫向傷的全面檢測。但上述技術(shù)方案仍然存在以下缺陷
在鉆井過程中，鉆具裂紋、孔洞、刺穿是判廢的主要方法，上述技術(shù)方案只能在鉆具具有裂紋、孔洞、刺穿等情況時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)檢測。而在沒有裂紋、孔洞和刺穿時(shí)，磨損則是鉆具質(zhì)量分級的主要方法，而磨損并不是上述專利文獻(xiàn)為代表的漏磁檢測的強(qiáng)項(xiàng)，不能有效的檢測鉆具因磨損或腐蝕產(chǎn)生的截面積變化。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種鉆具井口磁通量檢測裝置，本發(fā)明尤其適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時(shí)，能有效檢測鉆具因磨損或腐蝕產(chǎn)生的截面積變化， 對于依賴鉆具桿體壁厚變化而進(jìn)行的質(zhì)量分級，具有直接和直觀的作用。同時(shí)，本發(fā)明還提出了采用上述檢測裝置進(jìn)行井口磁通量檢測的方法。本發(fā)明是通過采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種鉆具井口磁通量檢測裝置，其特征在于包括電流脈沖發(fā)生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和上位機(jī)，其中所述的電流脈沖發(fā)生器與初級線圈連接，次級線圈安裝在初級線圈內(nèi)部，次級線圈內(nèi)設(shè)置有待檢測的鉆具，次級線圈的導(dǎo)線與儀表放大電路連接，儀表放大電路與濾波電路連接，濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)連接。所述儀表放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成信號調(diào)理電路。所述的初級線圈和次級線圈安裝在防水防爆散熱外殼內(nèi)。一種鉆具井口磁通量檢測方法，其特征在于步驟包括
第1步將自動(dòng)卡瓦卡持住鉆柱接箍下方，然后吊裝在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺內(nèi)； 第2步將檢測裝置安裝在自動(dòng)卡瓦上；
第3步通過檢測裝置的電流脈沖發(fā)生器向初級線圈提供脈沖電流； 第4步利用次級線圈獲得鉆具內(nèi)外表面磨損和腐蝕情況；初級線圈通電瞬時(shí)，會(huì)在次級線圈中產(chǎn)生瞬時(shí)電流，得到一個(gè)瞬時(shí)電壓，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度以及電壓的大小依賴于鉆具材料的磁導(dǎo)率和截面積，鉆具內(nèi)外表面磨損或腐蝕嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致截面積發(fā)生變化， 因此測得的磁通量也會(huì)變化，即電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流以及電壓都會(huì)變化，其曲線可反映出鉆桿內(nèi)外表面磨損和腐蝕情況。第5步儀表放大電路將次級線圈因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流或電壓進(jìn)行放大； 第6步濾波電路對放大后的信號進(jìn)行濾波處理；
第7步A/D轉(zhuǎn)換電路將信號數(shù)字化處理，輸入上位機(jī)； 第8步計(jì)算磁通量Φ如下
Φ = jiSefe
式中B為初級線圈產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度，ds為鉆具截面積的微分，Φ為穿過鉆具整個(gè)截面積S的磁通量；
如果鉆具由初級線圈固定大的磁場H所飽和，鉆具的磁化強(qiáng)度(M)為一個(gè)恒定值。除開鉆桿加厚過渡區(qū)，磁通變化與鉆具的截面積是成比例的。利用圖2將磁通量積分測得的平均壁厚和直接測得的壁厚進(jìn)行對比，可看出磁通量與鉆具截面積成比例。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強(qiáng)度，達(dá)到控制鉆具磁導(dǎo)率使其為最大值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的技術(shù)效果如下
1、本發(fā)明采用電流脈沖發(fā)生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和上位機(jī)組成的井口磁通量檢測裝置，特別適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時(shí)，能有效檢測鉆具因磨損或腐蝕產(chǎn)生的截面積變化，對于依賴鉆具桿體壁厚變化而進(jìn)行的質(zhì)量分級，具有直接和直觀的作用。2、采用本檢測方法，檢測工藝簡單，不但適用于在鉆具具有裂紋、孔洞、刺穿等情況時(shí)的漏磁檢測。也適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時(shí)的因磨損或腐蝕產(chǎn)生的截面積變化。3、本發(fā)明中，通過控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強(qiáng)度，達(dá)到控制鉆具磁導(dǎo)率使其為最大值，這樣的技術(shù)方案，磁通量等于磁導(dǎo)率與磁場強(qiáng)度的乘積，鉆具因磨損和腐蝕時(shí)截面積發(fā)生變化，所能感應(yīng)的磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，因此可用電磁傳感器即次級線圈測定截面積的變化。為使次級線圈能夠感應(yīng)到鉆具磁通量的變化，要求初級線圈提供足夠強(qiáng)的磁場，通常磁化強(qiáng)度愈強(qiáng)，初級線圈的體積也愈大。當(dāng)初級線圈對鉆具施加磁場時(shí)，只有當(dāng)鉆具的磁導(dǎo)率達(dá)到最大值即Rll處時(shí)，輸出的磁通量信號才比較明顯，測量結(jié)果才能達(dá)到理想，因此磁通量傳感器的控制要求是使鉆具的磁導(dǎo)率工作在最大值Rll處，即通過控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強(qiáng)度，達(dá)到了控制鉆具磁導(dǎo)率使其為最大值的目的。


下面將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中 圖1為本檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為磁通量與鉆具截面積成比例的示意3為鉆具的磁化特性曲線和磁導(dǎo)率隨磁場強(qiáng)度變化的曲線。圖中標(biāo)記
1-初級線圈，2-次數(shù)線圈，3-電流脈沖發(fā)生器，4-儀表放大電路，5-濾波電路，6-A/D 轉(zhuǎn)換器，7-鉆具，①磁導(dǎo)率曲線，②磁化特性曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
參照說明書附圖1，本發(fā)明公開了一種鉆具井口磁通量檢測裝置，包括電流脈沖發(fā)生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換和上位機(jī)。所述的初級線圈在外側(cè)，為鉆具提供脈沖磁場，脈沖電流發(fā)生器為初級線圈提供脈沖電流。所述次級線圈安裝在初級線圈內(nèi)部，次級線圈的導(dǎo)線與儀表放大電路連接。所述儀表放大電路、濾波器和A/ D轉(zhuǎn)換器組成信號調(diào)理電路，次級線圈導(dǎo)線與儀表放大電路連接，儀表放大電路與濾波電路連接，濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)連接。同時(shí)，更優(yōu)的，在具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下技術(shù)個(gè)問題
(1)將初級線圈和次級線圈安裝在防爆防水散熱外殼內(nèi)，形成磁通傳感器，將其安裝在鉆具井口無損檢測裝置上。(2)考慮到漏磁、渦流等無損檢測對鉆具磁導(dǎo)率的影響，起鉆時(shí)，宜將磁通傳感器放在最下方，下鉆時(shí)，宜將磁通檢測放在其他檢測傳感器最上方。(3)對于不同規(guī)格的鉆具，調(diào)整初級線圈脈沖電流的大小，得到不同的磁通量積分，在上位機(jī)中建立數(shù)據(jù)庫。(4)測量時(shí)，對于不同規(guī)格鉆具，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的磁通量積分曲線，便于準(zhǔn)確判斷鉆具鐾厚變化。實(shí)施例2
本發(fā)明提供的鉆具井口磁通量檢測方法，其特征在于步驟包括 第1步將自動(dòng)卡瓦卡持住鉆柱接箍下方，然后吊裝在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺內(nèi)； 第2步將檢測裝置安裝在自動(dòng)卡瓦上；
第3步通過檢測裝置的電流脈沖發(fā)生器向初級線圈提供脈沖電流； 第4步利用次級線圈獲得鉆具內(nèi)外表面磨損和腐蝕情況；初級線圈通電瞬時(shí)，會(huì)在次級線圈中產(chǎn)生瞬時(shí)電流，得到一個(gè)瞬時(shí)電壓，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度以及電壓的大小依賴于鉆具材料的磁導(dǎo)率和截面積，鉆具內(nèi)外表面磨損或腐蝕嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致截面積發(fā)生變化， 因此測得的磁通量也會(huì)變化，即電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流以及電壓都會(huì)變化，其曲線可反映出鉆桿內(nèi)外表面磨損和腐蝕情況。
第5步儀表放大電路將次級線圈因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流或電壓進(jìn)行放大； 第6步濾波電路對放大后的信號進(jìn)行濾波處理；
第7步A/D轉(zhuǎn)換電路將信號數(shù)字化處理，輸入上位機(jī)； 第8步計(jì)算磁通量Φ如下
Φ = Jjfcii
式中Β為初級線圈產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度，ds為鉆具截面積的微分，Φ為穿過鉆具整個(gè)截面積S的磁通量；
如果鉆具由初級線圈固定大的磁場H所飽和，鉆具的磁化強(qiáng)度(M)為一個(gè)恒定值。除開鉆桿加厚過渡區(qū)，磁通變化與鉆具的截面積是成比例的。利用圖2將磁通量積分測得的平均壁厚和直接測得的壁厚進(jìn)行對比，可看出磁通量與鉆具截面積成比例。實(shí)施例3
本檢測方法的最佳實(shí)施方式為，控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強(qiáng)度，達(dá)到控制鉆具磁導(dǎo)率使其為最大值。具體是傳感器參數(shù)的控制。磁通量等于磁導(dǎo)率與磁場強(qiáng)度的乘積，鉆具因磨損和腐蝕時(shí)截面積發(fā)生變化，所能感應(yīng)的磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，因此可用電磁傳感器即次級線圈測定截面積的變化。為使次級線圈能夠感應(yīng)到鉆具磁通量的變化，要求初級線圈提供足夠強(qiáng)的磁場，通常磁化強(qiáng)度愈強(qiáng)，初級線圈的體積也愈大。當(dāng)初級線圈對鉆具施加磁場時(shí)，只有當(dāng)鉆具的磁導(dǎo)率達(dá)到最大值即Rll處時(shí)，輸出的磁通量信號才比較明顯， 測量結(jié)果才能達(dá)到理想，因此磁通量傳感器的控制要求是使鉆具的磁導(dǎo)率工作在最大值Prn 處，即通過控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強(qiáng)度，達(dá)到控制鉆具磁導(dǎo)率使其為最大值的目的。圖3為鉆具的磁化特性曲線和磁導(dǎo)率隨磁場強(qiáng)度變化的曲線，圖中&點(diǎn)為其最大磁導(dǎo)率點(diǎn)，#為磁化曲線上的點(diǎn)。其余同實(shí)施例2。
權(quán)利要求
1.一種鉆具井口磁通量檢測裝置，其特征在于包括電流脈沖發(fā)生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和上位機(jī)，其中所述的電流脈沖發(fā)生器與初級線圈連接，次級線圈安裝在初級線圈內(nèi)部，次級線圈內(nèi)設(shè)置有待檢測的鉆具，次級線圈的導(dǎo)線與儀表放大電路連接，儀表放大電路與濾波電路連接，濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D 轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具井口磁通量檢測裝置，其特征在于所述儀表放大電路、 濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成信號調(diào)理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具井口磁通量檢測裝置，其特征在于所述的初級線圈和次級線圈安裝在防水防爆散熱外殼內(nèi)。
4.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述鉆具井口磁通量檢測裝置的檢測方法，其特征在于步驟包括第1步將自動(dòng)卡瓦卡持住鉆柱接箍下方，然后吊裝在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺內(nèi)； 第2步將檢測裝置安裝在自動(dòng)卡瓦上；第3步通過檢測裝置的電流脈沖發(fā)生器向初級線圈提供脈沖電流； 第4步利用次級線圈獲得鉆具內(nèi)外表面磨損和腐蝕情況； 第5步儀表放大電路將次級線圈因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流或電壓進(jìn)行放大； 第6步濾波電路對放大后的信號進(jìn)行濾波處理； 第7步A/D轉(zhuǎn)換電路將信號數(shù)字化處理，輸入上位機(jī)； 第8步計(jì)算磁通量Φ如下式中Β為初級線圈產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度，ds為鉆具截面積的微分，Φ為穿過鉆具整個(gè)截面積S的磁通量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆具井口磁通量檢測方法，其特征在于控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強(qiáng)度，達(dá)到控制鉆具磁導(dǎo)率使其為最大值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆具井口磁通量檢測裝置，涉及石油鉆具井口無損檢測儀器的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，包括電流脈沖發(fā)生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和上位機(jī)，其中所述的電流脈沖發(fā)生器與初級線圈連接，次級線圈安裝在初級線圈內(nèi)部，次級線圈內(nèi)設(shè)置有待檢測的鉆具，次級線圈的導(dǎo)線與儀表放大電路連接，儀表放大電路與濾波電路連接，濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)連接。同時(shí)本發(fā)明還公開了上述檢測裝置的檢測方法，本發(fā)明尤其適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時(shí)，能有效檢測鉆具因磨損或腐蝕產(chǎn)生的截面積變化，對于依賴鉆具桿體壁厚變化而進(jìn)行的質(zhì)量分級，具有直接和直觀的作用。
文檔編號G01N27/83GK102495130SQ20111038458
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者何莎, 曹歷杰, 李麗, 王豫, 許斌, 譚剛強(qiáng) 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司