專利名稱：地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)用儲氣井超聲波檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于儲氣井井壁壁厚腐蝕檢測和裂紋探傷的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高壓地下儲氣井(以下簡稱儲氣井)作為CNG加氣站一種新型儲氣設(shè)備，是以儲存壓縮天然氣體為目的的一種特殊的安裝在地下的、管狀立式壓力容器，井身結(jié)構(gòu)采用螺紋(無焊接)連接，工作壓力高達(dá)25MPa，具有占地面積小、安全性強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低、操作維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。但儲氣井套管深埋地下(最深達(dá)260m)，由于地層電化學(xué)、疲勞腐蝕等原因，會造成局部區(qū)域壁厚減薄，存在極大的安全隱患，因而對儲氣井進(jìn)行定期的狀況檢測顯得至關(guān)重要。目前，國內(nèi)采用超聲波技術(shù)作為儲氣井套管檢驗(yàn)的主要手段，但采用的檢測方法一方面僅局限于壁厚腐蝕的檢測，關(guān)于另一種關(guān)鍵缺陷一裂紋缺陷的檢測卻沒有涉及，這樣造成對儲氣井的檢測不全面，容易漏掉一些關(guān)鍵的缺陷從而造成安全隱患。另一方面現(xiàn)有的設(shè)備中井下設(shè)備和井上設(shè)備采用光纖傳輸，光纖傳輸雖然具有傳輸速度快、傳輸數(shù)據(jù)量大的優(yōu)點(diǎn)，但光纖在野外操作中過于脆弱，容易在操作過程中造成損壞，而且除光纖外還要配備用于輸送檢測器至井下的電纜，使一套設(shè)備要配備兩套電纜及兩套線輥增加了設(shè)備復(fù)雜性。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供了一種地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，能利用一根電纜實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備的供電、通訊和懸掛，并能利用一套設(shè)備完成壁厚腐蝕和裂紋的檢測，簡化了設(shè)備的構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了井壁狀況的全面綜合檢測。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:一種地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，包括井上的上位機(jī)、位置測量裝置、電纜升降裝置、直流電源和井下的移動式檢測器，井下的移動式檢測器通過鎧裝電纜與井上的上位機(jī)和直流電源連接，鎧裝電纜繞過位置測量裝置和電纜升降裝置，鎧裝電纜兩端還設(shè)有通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；所述的電纜升降裝置包括位于井口 一側(cè)的滾輪a和位于井口正上方的滾輪b，位置測量裝置包括旋轉(zhuǎn)編碼器和計(jì)數(shù)器，旋轉(zhuǎn)編碼器與滾輪a相連，旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號經(jīng)計(jì)數(shù)器處理后通過USB接口傳輸給上位機(jī)；所述的移動式檢測器設(shè)有電纜連接頭、跟隨器及兩個腔體，兩腔體均為水密封，兩腔體內(nèi)分別設(shè)有超聲檢測電子模塊組和超聲探頭組，超聲檢測電子模塊組包括電源模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、探頭激勵和信號接收放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊，超聲探頭組包括壁厚腐蝕檢測探頭組和裂紋檢測探頭組，各探頭組的探頭沿腔體圓周方向環(huán)向排列。本實(shí)用新型所述的檢測系統(tǒng)分為井上和井下兩部分，井下的移動式檢測器通過一根鎧裝電纜與井上的電源和上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)檢測器的供電和通訊，同時電纜還與升降裝置連接，實(shí)現(xiàn)檢測器的懸掛和升降。電纜繞過兩個滾輪連接到檢測器上，兩個滾輪分別位于井口 一側(cè)和井口上方，井口上方的滾輪掛在吊車上或通過支架支撐，位于井口的正上方，保證檢測器垂直下降到井內(nèi)。井口一側(cè)的滾輪上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，隨滾輪轉(zhuǎn)動發(fā)送脈沖信號，并經(jīng)計(jì)數(shù)器處理后得到檢測器的位置信息，再經(jīng)USB 口傳送給上位機(jī)。由于檢測器在水下工作，必須做好防水工作，因此本實(shí)用新型在檢測器上設(shè)置了密閉檢測腔，檢測腔有兩個腔體，分別采用水密封，兩腔體分別容納超聲電子檢測模塊組和超聲探頭組。為能同時測得壁厚腐蝕和裂紋缺陷數(shù)據(jù)，本實(shí)用新型將超聲探頭組分為兩組，分別檢測兩種缺陷數(shù)據(jù)，兩組探頭均沿腔體圓周方向環(huán)向排列，最大范圍覆蓋井壁，探頭的個數(shù)和超聲電子的通道數(shù)相同并視實(shí)際檢測需求而定。壁厚腐蝕檢測和裂紋檢測可采用一次下井測試同時進(jìn)行也可采用分別檢測的方式使壁厚腐蝕檢測和裂紋檢測分兩次下井測試完成。超聲檢測電子模塊組完成了超聲信號的收集和處理直接得到關(guān)于壁厚腐蝕和裂紋缺陷數(shù)據(jù)，從而避免了超聲信號因長距離電纜傳輸引起的衰減，處理后的數(shù)據(jù)以RS-485或RS-422格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸保證了傳送的可靠性。所述的鎧裝電纜為多芯電纜，電纜外部包有接地屏蔽層，內(nèi)部有多股相互絕緣的導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線負(fù)責(zé)為移動式檢測器供電，其余導(dǎo)線負(fù)責(zé)完成移動式檢測器和上位機(jī)的通訊。利用一根電纜和一套線輥即可實(shí)現(xiàn)檢測器的供電、通訊和懸掛，而且鎧裝電纜耐用性強(qiáng)，更適合野外操作環(huán)境。本實(shí)用新型的井下設(shè)備和井上設(shè)備采用RS-232串口通訊協(xié)議交換數(shù)據(jù)，但由于RS-232通訊方式傳輸距離有限，因此在鎧裝電纜兩端設(shè)置RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊或RS-232/RS-422轉(zhuǎn)換模塊，將上位機(jī)輸出的單端RS-232通訊信號轉(zhuǎn)換為雙端差分的RS-485或RS-422模式的信號再通過鎧裝電纜輸送，信號到達(dá)電纜另一端再轉(zhuǎn)換回單端RS-232信號后傳給檢測器。具體選RS-485模式還是RS-422模式取決于電纜纜芯的個數(shù)。如為六芯以下電纜選用RS-485模式，如電纜為六芯或更多采用RS-422模式。本實(shí)用新型在檢測器內(nèi)同時設(shè)有壁厚腐蝕檢測探頭和裂紋檢測探頭，壁厚腐蝕檢測探頭組和裂紋檢測探頭組可以同一腔體內(nèi)上下羅列，同時進(jìn)行檢測，也可以分位于兩個腔體內(nèi)分別進(jìn)行檢測。上文所述的上位機(jī)為筆記本電腦，其內(nèi)安裝有系統(tǒng)通訊和顯示軟件，把分別經(jīng)RS-232串口得到的缺陷數(shù)據(jù)和經(jīng)USB 口得到的檢測器位置數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以C掃描和曲線的方式顯示出來。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):1、將壁厚腐蝕檢測和裂紋檢測綜合在一起，使儲氣井的檢測更全面，進(jìn)一步保證儲氣井的運(yùn)營安全；2、本系統(tǒng)的檢測器整合了探頭激勵、信號接收放大、信號處理與傳輸功能，從而使超聲信號不必經(jīng)過長距離導(dǎo)線傳輸?shù)降孛嬖龠M(jìn)行處理，大大提高了信號的保真度和信噪t匕，使檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠；3、檢測器處理過的數(shù)據(jù)經(jīng)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊由單端的RS-232信號轉(zhuǎn)換為差分的RS-485或RS-422信號進(jìn)行傳輸，保證了信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。4、信號傳輸采用和電源共用的單根鎧裝電纜，簡化了設(shè)備構(gòu)成，大大方便了野外操作，降低了由于電纜引起的故障率。以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述:

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成圖；圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；圖3是本實(shí)用新型的檢測流程圖；圖4是移動式檢測器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實(shí)施例1兩探頭組位于同一腔體內(nèi)且裂紋檢測探頭組位于上方的探頭組排列圖；圖6是實(shí)施例1兩探頭組位于同一腔體內(nèi)且裂紋檢測探頭組位于下方的探頭組排列圖；圖7是實(shí)施例2壁厚腐蝕檢測探頭組所在腔探頭組排列圖；圖8是實(shí)施例2裂紋檢測探頭組所在腔探頭組排列圖；圖中，1、上位機(jī)，2、電纜輥，3、鎧裝電纜，4、滾輪a，5、滾輪b，6、支架，7、移動式檢測器，8、旋轉(zhuǎn)編碼器，9、計(jì)數(shù)器，10、直流電源，1URS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊，12、超聲檢測電子模塊組，121、電源模塊，122、數(shù)據(jù)傳輸模塊，123、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊，124、探頭激勵和信號接收放大模塊，13、超聲探頭組，131、壁厚腐蝕檢測探頭組，132、裂紋檢測探頭組，14、電纜連接頭，15、上端跟隨器，16、檢測電子腔，17、下端跟隨器，18、探頭腔。
具體實(shí)施方式
—種地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng),如圖1所示,包括井上的上位機(jī)1、位置測量裝置、電纜升降裝置、電纜輥2、直流電源10和井下的移動式檢測器7，上位機(jī)1、電纜輥2和直流電源10位于檢測車上，操作人員在檢測車上操作檢測系統(tǒng)，上位機(jī)I采用筆記本電腦，其內(nèi)裝有系統(tǒng)通訊和檢測軟件。所述的電纜升降裝置包括位于井口一側(cè)的滾輪a4和位于井口正上方的滾輪b5，滾輪b5通過支架6固定在井口上方。井下設(shè)備通過鎧裝電纜3進(jìn)行通訊和供電，鎧裝電纜3盤繞在電纜輥2上，一端與上位機(jī)I和直流電源10連接，另一端繞過兩滾輪后與井下的移動式檢測器7連接，所述的鎧裝電纜3為多芯電纜，電纜外部包有接地屏蔽層，內(nèi)部有多股相互絕緣的導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線負(fù)責(zé)為移動式檢測器7供電，其余導(dǎo)線負(fù)責(zé)完成移動式檢測器7和上位機(jī)I的通訊，鎧裝電纜3整體完成檢測器的懸掛升降。鎧裝電纜3兩端還設(shè)有RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊11，將RS-232信號轉(zhuǎn)換成RS-485再由電纜傳輸，到達(dá)位置后再轉(zhuǎn)換成RS-232信號，便于檢測數(shù)據(jù)的長距離傳輸。位置測量裝置包括旋轉(zhuǎn)編碼器8和計(jì)數(shù)器9，旋轉(zhuǎn)編碼器8與滾輪a4相連，旋轉(zhuǎn)編碼器8的輸出信號經(jīng)計(jì)數(shù)器9處理后通過USB接口傳輸給上位機(jī)I。所述的移動式檢測器7依次設(shè)有電纜連接頭14、上端跟隨器15、檢測電子腔16、下端跟隨器17和探頭腔18，電纜連接頭14用來連接鎧裝電纜3的連接頭，兩跟隨器用來保證檢測器探頭組與井壁的對中以保證測量效果。檢測電子腔16和探頭腔18均為水密封，兩腔體內(nèi)分別用來盛放超聲檢測電子模塊組12和超聲探頭組13，超聲檢測電子模塊組12包括電源模塊121、數(shù)據(jù)傳輸模塊122、探頭激勵和信號接收放大模塊124、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊123，這些模塊組按功能可分為數(shù)字模塊和模擬模塊兩類，數(shù)字模塊用于接收上位機(jī)的指令并對檢測器的參數(shù)進(jìn)行讀取或更改，還對接收的超聲信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并直接處理得出壁厚腐蝕或裂紋缺陷信息，對應(yīng)的是模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊123。模擬模塊可按數(shù)字模塊提供的時序和指令對探頭進(jìn)行激勵，再進(jìn)行接收放大等處理后傳回數(shù)字模塊，模擬模塊對應(yīng)的是探頭激勵和信號接收放大模塊124。超聲檢測電子模塊的設(shè)置參數(shù)可通過鎧裝電纜由上位機(jī)進(jìn)行讀取和修改。上位機(jī)I將經(jīng)RS-232串口得到的缺陷數(shù)據(jù)和經(jīng)USB接口得到的檢測器位置數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，生成檢測結(jié)果圖像。實(shí)施例1 超聲探頭組13包括壁厚腐蝕檢測探頭組131和裂紋檢測探頭組132，兩探頭組上下羅列且位于同一腔體內(nèi)，可以是如圖5所示，裂紋檢測探頭組132在上方，壁厚腐蝕檢測探頭組131在下方，也可以是如圖6所示，裂紋檢測探頭組132在下方，壁厚腐蝕檢測探頭組131在上方，各探頭組的探頭沿腔體圓周方向環(huán)向排列。壁厚腐蝕檢測和裂紋檢測一次下井測試同時進(jìn)行。實(shí)施例2 超聲探頭組13包括壁厚腐蝕檢測探頭組131和裂紋檢測探頭組132，兩探頭組分別位于兩個腔體內(nèi)，圖8是裂紋檢測探頭組132所在腔，圖7是壁厚腐蝕檢測探頭組131所在腔，各探頭組的探頭沿腔體圓周方向環(huán)向排列。壁厚腐蝕檢測和裂紋檢測分兩次下井測試完成。上述檢測系統(tǒng)使用前先安裝好各個設(shè)備，上位機(jī)1、直流電源10、電纜輥2位于檢測車內(nèi)，操作人員在車上操作檢測系統(tǒng)。將電纜依次繞過升降裝置的兩個滾輪，并將滾輪b5支撐在井口正上方，滾輪a4置于井口一側(cè)，電纜一端與直流電源10和上位機(jī)I連接，另一端與檢測器上的連接頭連接。檢測系統(tǒng)的檢測流程如圖3所示，具體操作過程如下:(I)、打開電源，開啟電纜升降裝置，將移動式檢測器7吊入儲氣井井口，以檢測器探頭組剛沒入井內(nèi)水面為準(zhǔn)。(2)、打開上位機(jī)I的檢測軟件，進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置完成后啟動掃描，系統(tǒng)進(jìn)入自動掃描狀態(tài)開始檢測；軟件的開始狀態(tài)會提示操作者輸入系統(tǒng)初始設(shè)置文件名，文件名輸入后系統(tǒng)會自動按設(shè)置文件對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行配置，操作者可逐一檢查每個通道的原始信號以保證系統(tǒng)處于正常操作狀態(tài)，操作者可以通過人機(jī)界面對井下的檢測器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后按掃描開始按鈕，系統(tǒng)開始掃描。(3)、啟動升降裝置使檢測器勻速下降，超聲檢測電子模塊組12按指令依次激勵探頭發(fā)射超聲信號并接收超聲信號，進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后由數(shù)字信號處理模塊分析處理得到壁厚腐蝕或裂紋缺陷信息，數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)鎧裝電纜3傳給上位機(jī)I ;檢測器的升降和探頭的工作同時進(jìn)行。旋轉(zhuǎn)編碼器8同步工作，發(fā)送跟輸送電纜長度對應(yīng)的脈沖信號，脈沖信號經(jīng)計(jì)數(shù)器處理后轉(zhuǎn)換成檢測器位置數(shù)值，經(jīng)USB 口上傳給上位機(jī)。(4)、上位機(jī)I把檢測器傳上來的數(shù)據(jù)與位置測量裝置提供的位置數(shù)據(jù)結(jié)合后生成實(shí)時更新的C掃描圖和帶狀圖對結(jié)果進(jìn)行顯示；(5)、檢測器到達(dá)井底，自動掃描結(jié)束，系統(tǒng)存儲掃描結(jié)果并回至初始狀態(tài)；(6)、操作者啟動數(shù)據(jù)瀏覽軟件評估掃描結(jié)果，并用人工方式復(fù)檢缺陷信息；掃描結(jié)果中如有壁厚腐蝕或裂紋缺陷提示，操作者應(yīng)把系統(tǒng)移到相應(yīng)位置并以人工方式復(fù)檢在該位置的超聲信號，對自動掃描獲得的缺陷進(jìn)行確認(rèn)，如確認(rèn)為缺陷應(yīng)把該處的原始信號進(jìn)行存儲以作為更具體的缺陷判定依據(jù)。(7)、人工復(fù)檢完成，操作者把檢測器升到井外，完成該井的檢測。
權(quán)利要求1.一種地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，包括井上的上位機(jī)(I)、位置測量裝置、電纜升降裝置、直流電源(10)和井下的移動式檢測器(7)，其特征在于:井下的移動式檢測器通過鎧裝電纜(3)與井上的上位機(jī)(I)和直流電源(10)連接，鎧裝電纜(3)繞過位置測量裝置和電纜升降裝置，鎧裝電纜(3)兩端還設(shè)有通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；所述的電纜升降裝置包括位于井口一側(cè)的滾輪a (4)和位于井口正上方的滾輪b (5)，位置測量裝置包括旋轉(zhuǎn)編碼器(8)和計(jì)數(shù)器(9)，旋轉(zhuǎn)編碼器(8)與滾輪a (4)相連，旋轉(zhuǎn)編碼器(8)的輸出信號經(jīng)計(jì)數(shù)器(9)處理后通過USB接口傳輸給上位機(jī)(I);所述的移動式檢測器(7)設(shè)有電纜連接頭(14)、跟隨器及兩個腔體，兩腔體均為水密封，兩腔體內(nèi)分別設(shè)有超聲檢測電子模塊組(12)和超聲探頭組(13)，超聲檢測電子模塊組(12)包括電源模塊(121)、數(shù)據(jù)傳輸模塊(122)、探頭激勵和信號接收放大模塊(124)、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理模塊(123)，超聲探頭組(13)包括壁厚腐蝕檢測探頭組(131)和裂紋檢測探頭組(132)，各探頭組的探頭沿腔體圓周方向環(huán)向排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的鎧裝電纜(3)為多芯電纜，電纜外部包有接地屏蔽層，內(nèi)部有多股相互絕緣的導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線負(fù)責(zé)為移動式檢測器(7)供電，其余導(dǎo)線負(fù)責(zé)完成移動式檢測器(7)和上位機(jī)(I)的通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，其特征在于:鎧裝電纜(3)兩端設(shè)有RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，其特征在于:鎧裝電纜(3)兩端設(shè)有RS-232/RS-422轉(zhuǎn)換模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，其特征在于:壁厚腐蝕檢測探頭組(131)和裂紋檢測探頭組(132)在同一腔體內(nèi)上下羅列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，其特征在于:壁厚腐蝕檢測探頭組(131)和裂紋檢測探頭組(132)分位于兩個腔體內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)(I)為筆記本電腦。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于儲氣井井壁壁厚腐蝕檢測和裂紋探傷的地下儲氣井井壁自動化綜合檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括井上的上位機(jī)、位置測量裝置、電纜升降裝置、直流電源和井下的移動式檢測器，移動式檢測器通過鎧裝電纜與井上設(shè)備通訊并得到供電，節(jié)省了電纜所占據(jù)的空間，方便了野外操作。移動式檢測器內(nèi)設(shè)有壁厚腐蝕檢測探頭組和裂紋檢測探頭組，能同時完成對壁厚腐蝕和裂紋的檢測，使儲氣井的檢測更全面。同時，本系統(tǒng)的井下設(shè)備整合了激勵、接收放大、信號的處理與傳輸功能，從而使超聲信號不必經(jīng)過長距離傳輸?shù)降孛嬖龠M(jìn)行處理，大大提高了信號的保真度和信噪比，使檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。
文檔編號G01N29/04GK203069555SQ201320044079
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者張峰, 李劍, 左曉杰, 田衛(wèi)星, 韓偉, 艾懿碩, 丁益鵬, 劉震, 徐方剛, 扈秀峰, 馮雪彬 申請人:張峰, 李劍