Устройство для магнитной дефектоскопии насосных штанг Российский патент 2020 года по МПК G01N27/83 G01N27/72 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к дефектоскопии штанг при помощи магнитных исследований во время спускоподъемных операций.

Известно устройство для остановки поднимаемой бурильной колонны (ав.св. SU№1332003, МПК E21B 44/00, E21B 19/08, опубл. 23.08.1987 в Бюл. №31), содержащее талевый блок с элеватором, буровую лебедку с ленточным тормозом, оперативную шинно-пневматическую муфту, клиновый захват, командоаппарат, сигнализатор замков, блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, датчик веса, датчик перемещения талевого блока и датчик скорости талевого блока отличающееся тем, что, с целью повышения точности остановки колонны бурильных труб в конце цикла ее подъема на дли- ну свечи, устройство снабжено блоком сигнализатора замков, блоком вычисления. положения замка, блоком вычитания оптимальных положений талевого блока, задатчиком числа труб в свече, задатчиком положения сигнализатора замков и шаговым двигателем, при этом сигнализатор замков двумя входами и выходами соединен с соответствующими входами и выходами блока сигнапизатора замков, выход‚ задатчика числа труб в свече подключен к третьему входу блока сигнализатора замков, третий выход которого соединен с первым входом блока вычисления положения замка, выход задатчика положения сигнализатора замков соединен с вторым входом блока вычисления положения замка, два выхода датчика перемещения талевого блока подключены к третьему и четвертому входам блока вычисления положения замка, выход которого соединен с первым входом блока отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, выход датчика скорости талевого блока соединен с первым, а выход датчика веса - с вторым входом блока вычисления оптимальных положений талевого блока, два выхода которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, причем первый выход блока отключения лебедки при подъеме за- груженного элеватора подключен к исполнительному механизму отключения приводного двигателя буровой лебедки, второй - к исполнительному механизму отключения оперативной шинно-пневматической муфты, а третий - с обмоткой управления шаговым двигателем, вал которого сочленен с валом командоаппарата, при этом первый выход командоаппарата соединен с четвертым - с входом блока сигнализатора замков, второй выход командоаппарата соединен с исполнительным механизмом включения клинового захвата, командоаппарата соединен с исполнительным механизмом включения, а четвертый выход - с исполнительным механизмом отключения ленточного тормоза.

Недостаткам данного устройства являются отсутствие индивидуализации штанг, что требует повторной перепроверки полученных результатов, и дефектоскопии поднимаемых или опускаемых штанг.

Наиболее близким по технической сущности является интроскоп магнитный скважинный (патент RU №2382357, МПК G01N 27/82, G01V 3/28, опубл. 20.02.2010 в Бюл. № 5), состоящий из скважинного модуля и наземной диагностической системы, содержащей геофизический подъемник, геофизический кабель, сельсин, жестко закрепленный на поверхности земли относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения геофизического кабеля, блок наземной электроники, включающей в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством геофизического кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс, причем спуск в скважину и подъем из скважины скважинного модуля осуществляется с помощью геофизического подъемника и геофизического кабеля, отличающийся тем, что скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде гантелеобразного магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок эксплуатационной колонны, расположенный между полюсов гантелеобразного магнитопровода, до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии эксплуатационной колонны, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде строки из N магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов гантелеобразного магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый из N информационных входов которой связан с выходом одного из N магниточувствительных датчиков, при этом выход источника питания подсоединен ко входам намагничивающего устройства, каждого из N магниточувствительных датчиков и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом к персональному компьютеру, причем каждый из N магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, залит специальным герметичным компаундом, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды эксплуатационной колонны и вибрации, крепится с внутренней стороны гибкой «лыжи», снабженной «ребром жесткости», один или оба конца которой могут перемещаться в направлении вдоль внутренней поверхности эксплуатационной колонны, а катушка намагничивания также залита специальным герметичным компаундом и помещена в защитный кожух.

Недостатком интроскопа являются невозможность проведения дефектоскопии снаружи штанг во время их спуска или подъема и отсутствие индивидуализации штанг, что требует повторной перепроверки полученных результатов в случае выборки после складирования.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции устройства для магнитной дефектоскопии насосных штанг при их спуске или подъеме из скважины, позволяющего сопоставлять дефекты с каждой конкретной штанги (индивидуализировать).

Техническая задача решается устройством для магнитной дефектоскопии насосных штанг, включающим скважинный модуль и диагностическую систему, содержащую кабель, сельсин, закрепленный относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения ролика в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения, блок наземной электроники, включающий в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс, причем скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок штанг, расположенный между полюсов магнитопровода, до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии штанг, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика, при этом выход источника питания подсоединен ко входам намагничивающего устройства, соответствующего магниточувствительного датчика и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом к персональному компьютеру, причем каждый из магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже», которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности штанг, а катушка намагничивания помещена в защитный кожух

Новым является то, что скважинный модуль выполнен с возможностью установки сверху силового ротора для вращения штанг, а магинтопровод изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами, расположенными с обоих концов внутри и снаружи, снабжена верхними ни нижними торцевыми диэлектриками и выполнена с возможностью установки и фиксации на кондукторном устьевом фланце скважины, катушка намагничивания расположена между наружными кольцевыми выступами, а ряд датчиков - между внутренними с поджатием внутрь, при этом ролик сельсина и гибкие «лыжи» датчиков выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью подымаемых из скважины штанг колонны.

Новым является также то, что штанги извлекаемой колонны снабжены индивидуальными визуальными и/или магнитными метками, наносимыми на наружную поверхность, причем сверху магнитопровода установлены по периметру оптический и/или магнитный считыватели информации с визуальной и/или магнитной метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера.

На фиг. 1 изображены на схеме основные блоки устройства.

На фиг. 2 изображена схема скважинного модуля.

На фиг. 3 изображена схема питания скважинного модуля и снятия данных с датчиков.

На фиг. 4 изображен вид А фиг. 2.

Устройство для магнитной дефектоскопии насосных штанг 1 (фиг. 1), включающий скважинный модуль 2 и наземную диагностическую систему 3, содержащую кабель 4, сельсин 5, закрепленный относительно устья 6 скважины 7, представляющий собой преобразователь вращения ролика 8 в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения штанг 1, блок наземной электроники 9, включающий в себя источник питания 10 и наземный контроллер 11, а также персональный компьютер 12, подключенные таким образом, что скважинный модуль 2 подсоединен посредством кабеля 3 к блоку наземной электроники 9 и персональному компьютеру 12, связанным через стандартный интерфейс (авторы на это не претендуют).

Скважинный модуль 2 (фиг. 2) содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода 13 с катушкой намагничивания 14, намагничивающее участок штанг 1, расположенный между полюсов N и S магнитопровода 13, до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии штанг 1, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков 15, расположенных равномерно по периметру и размещенных на гибких «лыжах» 16 между полюсов N и S магнитопровода 13. Бортовой контроллер 17, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства с магинтопроводом 13 и основной сканирующей магнитоизмерительной системы с датчиками 15, каждый информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика 15 (показано условно). Бортовой контроллер 17 соединен кабелем 4 с наземным контролером 11 (фиг. 1).

Выход источника питания 10 (фиг. 3) подсоединен ко входам намагничивающего устройства - к каждой катушке намагничивания 14 с магнитопроводом 13 (для выработки H_н - магнитного потока), соответствующего магниточувствительного датчика 15 (для снятия данных о H_р - распределении магнитного поля) и бортового контроллера 17, выход которого связан с первым входом наземного контроллера 11, подключенного вторым входом к выходу сельсина 5, а выходом к персональному компьютеру 12. Каждый из магниточувствительных датчиков 15 связан с бортовым контроллером 17 (соответствующими разъемами 1, 2 … N) через герметичный разъем (на фиг. 2 показан условно). На принцип действия отдельных электронных компонентов устройства авторы не претендуют, так как они известны из открытых источников (например, патенты RU №№ 2382357, 2620327 и т.п.).

При этом каждый из магниточувствительных датчиков 15 (фиг. 4) изготовлен герметичным, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже» 16, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности штанг 1. Катушка намагничивания 14 помещена в защитный кожух 18. Магнитопровод 13 изготовлена в виде кольца с кольцевыми выступами 19, 20, 21 и 22, расположенными соответственно с обоих концов внутри и снаружи, снабжена верхним 23 и нижними 24 торцевым диэлектриками и выполнена с возможностью установки и фиксации на кондукторном фланце 25 (фиг. 2) устья 5 скважины 6. Катушка намагничивания 14 (фиг. 4) расположена между наружными кольцевыми выступами 21 и 22 магнитопровода 13, а ряд датчиков 15 - между внутренними 19 и 20 с поджатием соответствующими пружинами 26 внутрь. Верхний 23 и нижний 24 торцевые диэлектрики предназначены для снижения воздействия магнитного поля, возникающего во внешних источниках (фланце 25, устье 5 скважины 6 и т.д. - фиг. 2). Ролик 8 (фиг. 2) сельсина 4 и гибкие «лыжи» 16 датчиков 15 выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью подымаемых из скважины труб 1 колонны. Пружина 26 (фиг. 4) позволяет проходить внутри муфтам (не показаны) труб 1, а гибкая «лыжа» 16 выдерживает необходимое расстояние от штанги 1 до соответствующего магниточувствительного датчика 15 для снятия корректных данных о распределении магнитного поля.

Для удобства идентификации и составления индивидуального электронного паспорта каждая штанга 1 (фиг. 2) извлекаемой колонны может быть снабжена индивидуальными визуальной 27 (цифры, штрих-код и/или т.п.) и/или магнитной 28 (транспондер, намагничивающаяся лента и/или т.п.) метками (показаны условно), наносимыми на наружную поверхность трубы 1. Сверху магнитопровода 13 могут быть установлены по периметру оптический 29 (сканер штрих-кода, оптическая камера или т.п.) и/или магнитный 30 (считыватель магнитный, магнитный декодер или т.п.) считыватели информации с визуальной 27 и/или магнитной 28 метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера 17.

Для удобства проведения спускоподъемных операций со штангами 1 (фиг. 1) с минимальными затратами времени на откручивание при подъеме и закручивание при спуске колонны штанг 1 сверху скважинного модуля 2 устанавливают и жестко закрепляют ротор 31 (показан условно, так как авторы на конструкцию ротора не претендуют)

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на фиг. 1 - 4 не показаны или показаны условно.

Устройство для магнитной дефектоскопии насосных штанг работает следующим образом.

Для получения более компактного скважинного модуля 2 (фиг. 1) при изготовлении катушку намагничивания 14 (фиг. 4) в защитном кожухе 18 располагают между наружными кольцевыми выступами 21 и 22 магнитопровода 13, а ряд датчиков 15 с соответствующими пружинами 26 и гибкими «лыжами» 16 - между внутренними выступами 19 и 20 магнитопровода 13. Устройство для магнитной дефектоскопии насосных штанг 1 (фиг. 1) доставляют к устью 6 скважины 7, на котором устанавливают скважинный модуль 2 с расположенным сверху ротором 31 и наземную диагностическую систему 3. Сельсин 5 соединяют с наземным контроллером 11 блока наземной электроники 9, как и скважинный модуль 2, который соединяю с контролером 11 кабелем 4. Переработанная в контроллере 11 информация подается через стандартный интерфейс для визуализации на персональный компьютер 12. При помощи источника питания 10 (аккумулятор, дизель-генератор, трансформатор или т.п.) через кабель 4 (фиг. 3) запитывают намагничивающие устройства скважинного модуля 2 (катушки намагничивания 14 с магнитопроводом 13 и соответствие магниточувствительные датчики 15) и бортовой контроллер 17. При установке на фланец 25 (фиг. 2) устья 6 скважины 7 сверху и снизу магнитопровода 13 (фиг. 4) устанавливают соответственно верхний 23 и нижний 24 торцевые диэлектрики, сверху которых располагают сельсин 5 (фиг. 2) с роликом 8 и бортовой контроллер 17. Ролик 8 сельсина 4 и гибкие «лыжи» 16 датчиков 15 устанавливают так, чтобы они могли взаимодействовать последовательно с наружной поверхностью подымаемых из скважины или спускаемых в скважину штанг 1. При перемещении штанг 1 вверх или вниз ролик 8 катится по ее наружной поверхности, а сельсин 3 преобразует вращение ролика 8 в электрические сигналы и подает на наземный контроллер 11 (фиг. 3) для привязки снимаемых магниточувствительными датчиками 15 информации по длине штанг 1. При этом при воздействии протекающего тока в катушке намагничивания 14 (фиг. 2) в магнитопроводе 13 между полюсами N и S создается магнитный поток, воздействующее до состояния близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии штанг 1 по всему периметру. Выработанный магнитопроводом 13 (фиг. 3) магнитный поток H_н намагничивает расположенный против него участок трубы 1, а распределение магнитного поля H_р снимется магниточувствительными датчиками 15, данные с которых поступают на бортовой контроллер 17 и далее по кабелю 4 в наземный контроллер 11. В наземном контроллере 11 данные с бортового контроллера 17 синхронизируются с данными, поступающими с сельсина 5, и сохраняются на жестком диске (не показан) персонального компьютера 12 или другом электронном носителе (не показан).

Для отбраковки штанг 1 (фиг. 2) просто обследуются на критические нарушения целостности тела штанги 1 (определяется эмпирическим путем) и при превышении величин нарушений соответствующая штанга 1 просто отбраковывается (отправляется на отдельное складирование и далее на утилизацию, ремонт или переработку) после извлечения из скважины 7. Для сквозного контроля состояния штанг 1 (на этапах перевозки, складирования, ремонта и т.д.), на них заводится индивидуальный паспорт состояния. Для этого каждую штангу 1 снабжают индивидуальными визуальной 27 и/или магнитной 28 метками, наносимыми на наружную поверхность штанги 1, а сверху магнитопровода 13 устанавливают по периметру оптический 29 и/или магнитный 30 считыватели информации с визуальной 27 и/или магнитной 28 метки соответственно. Данные со считывателей 27 и/или 28 передаются на бортовой контроллера 17 и далее на наземный контроллер 11 (фиг. 3), в котором данные с бортового контроллера 17 сельсина 5 привязываются к соответствующей штанге 1 и сохраняются на жестком диске персонального компьютера 12 или другом электронном носителе (например, сервере) для извлечения при необходимости. Это позволяет не дублировать аналогичные исследования штанг 1, а также проводить анализ состояния конкретной штанги 1 в зависимости от технологического их использования и т.п. Все это в совокупности позволяет экономить время на исследования штанг 1 и обработку данных.

Предлагаемое устройства для магнитной дефектоскопии насосных штанг позволяет проводить дефектоскопию снаружи штанг при их спуске или подъеме из скважины и сопоставлять дефекты с каждой конкретной штангой (индивидуализировать).

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к дефектоскопии штанг при помощи магнитных исследований во время спускоподъемных операций. Техническим результатом является создание конструкции устройства для магнитной дефектоскопии насосных штанг при их спуске или подъеме из скважины, позволяющего сопоставлять дефекты с каждой конкретной штанги (индивидуализировать). Устройство включает скважинный модуль и диагностическую систему, содержащую кабель, сельсин, закрепленный относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения ролика в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения, блок наземной электроники, включающий в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс. Скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок штанг, расположенный между полюсов магнитопровода, до состояния, близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии штанг, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый из информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика. Выход источника питания подсоединен к входам намагничивающего устройства, соответствующего магниточувствительного датчика и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом - к персональному компьютеру, причем каждый из магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже». Гибкая «лыжа» выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности штанг, а катушка намагничивания помещена в защитный кожух. Скважинный модуль выполнен с возможностью установки сверху силового ротора для вращения штанг. Магнитопровод изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами, расположенными с обоих концов внутри и снаружи, снабжен верхними и нижними торцевыми диэлектриками и выполнен с возможностью установки и фиксации на кондукторном устьевом фланце скважины. Катушка намагничивания расположена между наружными кольцевыми выступами, а ряд датчиков - между внутренними с поджатием внутрь, при этом ролик сельсина и гибкие «лыжи» датчиков выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью поднимаемых из скважины штанг колонны. Штанги извлекаемой колонны могут быть снабжены индивидуальными визуальными и/или магнитными метками, наносимыми на наружную поверхность. Сверху магнитопровода могут быть установлены по периметру оптический и/или магнитный считыватели информации с визуальной и/или магнитной метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для магнитной дефектоскопии насосных штанг, включающее скважинный модуль и диагностическую систему, содержащую кабель, сельсин, закрепленный относительно устья скважины, представляющий собой преобразователь вращения ролика в электрический сигнал, предназначенный для измерения перемещения, блок наземной электроники, включающий в себя источник питания и наземный контроллер, а также персональный компьютер, подключенные таким образом, что скважинный модуль подсоединен посредством кабеля к блоку наземной электроники и персональному компьютеру, связанным через стандартный интерфейс, причем скважинный модуль содержит намагничивающее устройство, выполненное в виде магнитопровода с катушкой намагничивания, намагничивающее участок штанг, расположенный между полюсов магнитопровода, до состояния, близкого к «техническому насыщению» в направлении вдоль образующей линии штанг, основную сканирующую магнитоизмерительную систему, выполненную в виде ряда магниточувствительных датчиков, размещенных на гибких «лыжах» между полюсов магнитопровода, бортовой контроллер, установленный в непосредственной близости от намагничивающего устройства и основной сканирующей магнитоизмерительной системы, каждый из информационных входов которой связан с выходом соответствующего магниточувствительного датчика, при этом выход источника питания подсоединен к входам намагничивающего устройства, соответствующего магниточувствительного датчика и бортового контроллера, выход которого связан с первым входом наземного контроллера, подключенного вторым входом к выходу сельсина, а выходом - к персональному компьютеру, причем каждый из магниточувствительных датчиков связан с бортовым контроллером через герметичный разъем, обеспечивающим защиту от коррозионного воздействия, избыточного давления, высокой температуры водонефтяной среды и вибрации, крепится на гибкой «лыже», которая выполнена с возможностью перемещения вдоль поверхности штанг, а катушка намагничивания помещена в защитный кожух, отличающееся тем, что скважинный модуль выполнен с возможностью установки сверху силового ротора для вращения штанг, а магнитопровод изготовлен в виде кольца с кольцевыми выступами, расположенными с обоих концов внутри и снаружи, снабжен верхними и нижними торцевыми диэлектриками и выполнен с возможностью установки и фиксации на кондукторном устьевом фланце скважины, катушка намагничивания расположена между наружными кольцевыми выступами, а ряд датчиков - между внутренними с поджатием внутрь, при этом ролик сельсина и гибкие «лыжи» датчиков выполнены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью поднимаемых из скважины штанг колонны.

2. Устройство для магнитной дефектоскопии насосных штанг по п. 1, отличающееся тем, что штанги извлекаемой колонны снабжены индивидуальными визуальными и/или магнитными метками, наносимыми на наружную поверхность, причем сверху магнитопровода установлены по периметру оптический и/или магнитный считыватели информации с визуальной и/или магнитной метки соответственно, соединенные с соответствующими входами бортового контроллера.