Способ неразрушающего контроля глубинно-насосных штанг Советский патент 1989 года по МПК G01N27/82 

Изобретение относится к неразру- шающим методам контроля протяженных ферромагнитных изделий магнитоиндук- ционным методом, в частности к способам дефектоскопии насосных штанг, используемых в механизированн9й нефтедобыче .

Цель изобретения - повышение надежности контроля за счет распознавания дефектов несплопности и неоднородности структуры материала.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления способа неразрушающего контроля протяженных ферромагнитных изделий, конкретно - насосных штанг;.на фиг.2 - 4 приведены схемы распределения магнитного потока рассеяния, вызванного -дефектом несгшош- ности; на фиг. 5 - 7-схемы распределения магнитного потока рассеяния, вызванного дефектом неоднородности структуры.

Устройство содержит униякрсальную растягивающую мамину 1 с захватами 2, в которых размещается контролируемая штанга 3, платформу 4 и расположенную на ней намагничивающую систему в виде двух согласно включенных намагничивающих обмоток 5, размещенных коаксиально насосной штанге 3, а также измерительную систему в виде дифференциально включенных измерительных обмоток 6, которые размещены коаксиально штанге 3 между обмотками 5 и разделены между собой Ферромагнитным диском 7. Устройство содержит также гибкую тягу 8, уложенную на

4ь

Х

О5 О 00

- 1 перебарабан 9 и предназначенную для мещения платформы 4.

Способ осуществляют следующим образом.

Размещают насосную штангу 3 горизонтально и производят нагружение насосной штанги 3 до величины минимального ее нагружения в скважине. Производят дальнейшее нагружение насосной штанги 3 от величины минимального до величины максимального ее нагружения в скважине, одновременно с момента нагружения насосной штанги 3 от величины минимального ее нагружения переменяют вдоль штанги намагничивающую и измерительную системы.

Уменьшают механическую нагрузку насосной штанги 3 от величины максимального до величины минимального ее нагружения в скважине, продолжая при этом перемещать намагничивающую и измерительную системы вдоль штанги 3

При перемещении по всей длине насосной штанги 3 от ее начала до конца.двух согласно включенных обмоток 5 системы намагничивания, подключенных к источнику постоянного тока питания таким образом, что магнитное поле совпадает с направлением перемещения обмоток 3, производят продольное намагничивание насосной штанги 3 до насыщения и регистрируют сигнал двумя обмотками 6 измерительной системы во время их перемещения от начала насосной штанги 3 до ее конца.

После этого производят повторное нагружение насосной штанги от величины минимального до величины максимального ее нагружения в скважине. Одновременно с этого момента перемещают вдоль штанги 3 от ее конца до начала обмотки 5 и 6 намагничивающей и измерительной систем. Затем уменьшают механическую нагрузку насосной штанги 3 от величины максимального до величины минимального ее нагружения в скважине, продолжая при этом перемещать обмотки 5, 6 вдоль штанги 3. При обратном перемещении от конц-а насосной штанги 3 до ее начал двух согласно включенных обмоток 5 намагничивающей системы, подключенных к источнику питания таким образо что магнитное поле совпадает с направлением перемещения, производят продольное намагничивание насосной штанги 3 постоянным полем при величитока Т выбранного из

р

0

5

0

5

0

5

0

5

0

О « т - ток

: Т,

р - - н где т н - ток насыщения.

Регистрируют уровень сигнала обмотками 6 измерительной системы во время их перемещения от конца насосной штанги 3 до ее начала и сравнивают результаты измерений при прямом и обратном перемещениях указанных систем, а по результатам сравнения судят о природе дефектов: либо не- сплощность, либо неоднородность структуры насосной штанги 3.

Устройство работает следующим образом.

Насосную штангу 3 укладывают в захваты 2 универсальной растягивающей машины 1 (Лиг.1). Нагружают штангу 3 до величины минимального нагружения ее в скважине (F , 1000 кГс) припомощи универсальной растягивающей машины 1. Продолжают нагружение предварительно растянутой штанги 3 до величины максимального ее нагружения в скважине (F2 3000 кГс) и одновременно с момента нагружения штанги F, 1000 кГс намагничивают насосную штангу 3. Продольное намагничивание штанги 3 осуществляют путем перемещения на платформе 4 расположенных коаксиально к насосной штанге 3 обмоток 5. Передвижение платформы 4 осуществляют с помощью гибкой тяги 8, уложенной на барабан 9, а намагничивание производят постоянным магнитным полем обмоток 5 намагничивающей системы до насыщения, при этом магнитное поле в теле штанги от каждой обмотки 5 совпадает с направлением движения этих обмоток 5. После достижения нагружения насосной штанги 3 величины, соответствующей максимальному ее нагру- жению в скважине (F г 3000 кГс), снимают постепенно механическую нагрузку до величины, соответствующей минимальному нагружению штанги 3 в скважине (Ft f 1000 кГс), при этом процесс перемещения обмоток 5 и, следовательно, процесс намагничивания штанги 3 продолжается непрерывно до тех пор, пока платформа 4 не займет конечное положение. Изменение нагрузки по длине насосной штанги 3 и во времени определяется величиной 500 кГс на длине 1 м на 0,5 с. Возможны и другие варианты изменения

растягивающей нагрузки, когда максимальное нагружение может приходиться не на середину длины насосной штанги 3.

Измерение магнитного поля рассеяния, эквивалентного дефекту, осуществляется посредством двух обмоток 6 измерительной системы, которые размещены коаксиально к насосной штанге 3 между обмотками 5, разделены между собой ферромагнитным диском 9 и включены по дифференциальной схеме, при этом выход обмоток 6 подключен, например, на вход быстродейст- вующего самопишущего прибора. Обмотки 6 перемещаются вдоль штанги одновременно с обмотками 5 намагничивающей системы.

Наличие дефекта типа несплощность в теле насосной штанги 3 приводит к перераспределению магнитного потока, пронизывающего насосную штангу 3 в продольном направлении. При входе дефекта несплошности в магнитное поле первой обмотки 5 (фиг.2) магнитный поток этой обмотки 5 легко обтекает дефект, не вызывая появления ЭДС в обмотках 6 измерительной систеполярный суммарный импульс. Импульсы другой полярности срезаются полупроводниковым диодом. При следующем прохождении дефекта несплошности через зону второй обмотки 5 намагничивания ЭДС в измерительных обмотках отсутствует.

Таким образом, магнитное поле рассеяния над дефектом несплошности видоизменяет путь прохождения силовых линий, охватывающих измерительные обмотки 6 и входящих в ферромагнитный диск 7. Изменение длины силовой линии обусловлено геометрическими размерами дефекта: величиной раскрытия дефекта, площадью поперечного сечения и протяженность дефекта.

Способ позволяет выделят) наряду с дефектами несплошности также и дефекты неоднородности структуры насосной штанги 3. Выделение дефектов неоднородности структуры основано на относительном сравнении непрерывно и локально изменяющихся магнитных проницаемостей участков, расположенных в зоне первой и второй обмоток 5 намагничивания, так как магнитная проницаемость участка зависит от

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и позволяет повысить надежность контроля путем выделения и распознавания дефектов несплошности и неоднородности структуры насосной штанги (НШ). Для этого нагружают НШ до величины минимального ее нагружения в скважине, продольно намагничивают НШ до насыщения с момента дальнейшего ее нагружения до величины максимального ее нагружения в скажине и вновь до величины минимального ее нагружения. Повторно нагружают НШ в том же режиме, намагничивая НШ током меньшей величины. Сравнивают выходные сигналы двух режимов намагничивания НШ, по которым судят о наличии либо дефектов несплошности, либо неоднородности структуры НШ. 7 ил.

мы, так как нет изменений хода сило- 30 объемного содержания феррита, перли- вых линий в ферромагнитном диске 7, При попадании дефекта в зону первой обмотки 6 (фиг.З) происходит перераспределение основного магнитного потока. Величина потока, обтекающего дефект и ответвляющегося в ферромагнитный диск 7, уменьшается, и

35

та, сорбита, мартенсита в структуре изделия.

При входе дефекта типа неоднородности структуры насосной штанги 3 в поле катушек 5 намагничивания происходит перераспределение встречно направленных частичных магнитных поток и ф7 основного магнитного потока, ответвляющихся в ферромагнитный диск 7 (Аиг. 5, 6 и 7).Векторная сумма потоков рассеяния 4, + связана со структурой участка насосной штанги 3 в пределах одной обмотки 5 намагничивания по отношению к гтрук- туре участка насосной штанги 3 в пределах другой обмотки 5 намагничивания. В случае, если магнитные проницаемости участков структуры, лежащих в зоне первой и второй обмоток 5, отличаются друг от друга, на выходе измерительных обмоток 6 возникают ЭДС. Этот сигнал в процессе перемещения измерительных обмоток 6 вдоль штанги 3 поступает на вход, быстродействующего самопшчушего прибора.

векторная сумма потоков

Ф1+

Ф,

диске 7 не равна нулю, вследствие чего на выходе первой измерительной обмотки 6 появляется ЭДС (двухполяр ный импульс). При попадании дефекта несплоиности в зону ферромагнитного диска 7 (фиг.4) векторная сумма потоков Ф{+ равна нулю, и -сигнал на выходе измерительных обмоток 6 отсутствует.

В дальнейшем, при входе дефекта несплошности в зону второй измерительной обмотки 6 в ферромагнитном диске 7 возникает ненулевая векторная сумма потоков Ф,+ Ф, н во второй измерительной обмотке 6 наводится ЭДС (двухполярный импульс ). Благодаря встречному включению измерительных обмоток 6 импульсы ЭДС первой и второй обмоток 6 совпадают по Лазе, и на вход быстродействующего самопишущего прибора поступает однообъемного содержания феррита, перли-

та, сорбита, мартенсита в структуре изделия.

При входе дефекта типа неоднородности структуры насосной штанги 3 в поле катушек 5 намагничивания происходит перераспределение встречно направленных частичных магнитных поток и ф7 основного магнитного потока, ответвляющихся в ферромагнитный диск 7 (Аиг. 5, 6 и 7).Векторная сумма потоков рассеяния 4, + связана со структурой участка насосной штанги 3 в пределах одной обмотки 5 намагничивания по отношению к гтрук- туре участка насосной штанги 3 в пределах другой обмотки 5 намагничивания. В случае, если магнитные проницаемости участков структуры, лежащих в зоне первой и второй обмоток 5, отличаются друг от друга, на выходе измерительных обмоток 6 возникают ЭДС. Этот сигнал в процессе перемещения измерительных обмоток 6 вдоль штанги 3 поступает на вход, быстродействующего самопшчушего прибора.

Для того, чтобы распознать дефекты несплошности либо неоднородности

структуры насосной штанги 3 повторно нагружают насосную штангу от величины минимального ее нагружения в скважине (F, 1000 кГс) до величины максимального ее нагружения в скважине (F 3000 кГс) и постепенно снимают механическую нагрузку до величины 1000 кГс. При этом нагрузка изменяется во времени и по длине насосной штанги. Это изменение определяется величиной: 500 кГс на длине 1 м за 0,5 с. Одновременно с нагружением насосной птанги 3 производят ее намагничивание постоянным током I. 0 0,5 А, „ 1,35 А путем перемещения от конца штанги 3 до ее начала двух обмоток 5 намагничивания. Намагничивание штанги 3 и измерение сигнала осуществляются аналогично опи- санному.

Сравнивая уровни выходного сигнала при прямом перемещении (при токе намагничивания и) и обратном перемещении систем (ток намагничивания О т р-лт), судят о природе дефекта.

Уменьшение тока намагничивания ведет к уменьшению основного магнитного потока. Если уровень выходного сигнала при уменьшении тока намагничивания уменьшается незначительно (обратное перемещение обмоток), это говорит о дефекте несплошность, а если уровень выходного сигнала при уменьшении тока намагничивания резко уменьшается, это говорит о дефекте неоднородности структуры.

Благодаря тому, что в предлагаемом способе вначале производят на- гружение горизонтально расположенной штанги 3, обеспечивается выпрямление тела насосной штанги 3, а также уменьшается ее прогиб, чем обеспечивается в процессе неразрушающегося контроля одинаковый для всех шТанг 3 гарантированный эксцентриситет между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью обмоток 5 намагничивания и измерительных обмоток 6

Нагружение штанги 3 от величины ее минимального нагружения в скважине до величины ее, максимального нагружения в скважине и вновь до величины минимального нагружения обесчивает условия, идентичные условиям, которые испытывает насосная штанга 3 в скважине,- а именно: минимальное нагружение - это нагружение колонны насосных штанг 3 при ходе ее вниз,

0

5

5

0

5

„

0

5

0

максимальное нагружение - нагружение, которое испытывает колонна насосных штанг 3 при ходе вверх с поднимаемой жидкостью.

Благодаря тому, что насосную штангу 3 нагружают и разгружают во время перемещения обмоток 5 и 6 намагничивающей и измерительной систем, обеспечивается постоянный одинаковый прогиб насосной штанги 3 на каждом участке нахождения этих обмоток, тем самым обеспечиваются одинаковые условия для измерения уровня сигнала.

Поскольку намагничивание производят магнитным полем, имеющим направление, совпадающее с направлением перемещения обмоток 5 и 6 намагничи- вакщей и измерительной систем, обеспечивается наиболее полное ттромагни- чивание насосной штанги 3. Это достигается благодаря тому, что происходит втягивание вовнутрь обмоток 5 намагничивания магнитных силовых- линий основного потока на входе первой и на выходе второй обмоток 5 намагничивания, вызывающее уменьшение длины потока намагничивания.

Благодаря тому, что насосная штанга 3 находится под воздействием изменяющейся по величине и во времени механической нагрузки, обеспечивается надежное выявление дефектов неоднородности структуры, так как приращение величины индукции в магнитном поле насосной штанги 3 зависит от напряжения нагружения и разгружения изделия и состояния структуры металла. Благодаря,растяжке насосной штанги 3 в процессе ее намагничивания происходит приращение намагниченности изделия, т.е. возрастает величина индукции в теле насосной штанги в процессе намагничивания.

Формула изобретения

.Способ неразругаающего контроля глубинно-насосных штанг, включающий продольное намагничивание штанги постоянным полем намагничивающей системы, питаемой постоянным током, и измерение сигнала с помощью измерительной системы, включающей две измерительные обмотки, о т л и - чающийс я тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет распознавания дефектов несплощности и неоднородности структуры материала, контролируемую штангу размещают горизонтально и нагружают ее до величины минимального нагрухения штанги в скважине, изменяют нагрузку от величины минимального до величины максимального нагружения ее в скважине и вновь до величины ее минимального нагружения, продольное намагни- чивание штанги и измерение при этом сигнала производят при указанном изменении нагрузки путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца намагничиваю- щей системы в виде двух согласно включенных намагничивающих обмоток и измерительной системы, повторно изменяют аналогичным образом нагрузку, осуществляют при этом продольное

J 6765

Фка.2

намагничивание штанги и измерение сигнала измерительной системы путем одновременного перемещения намагничивающей и измерительной систем в противоположном направлении, причем при перемещении систем в прямом и противоположном направлениях намагничивание штанги осуществляют при питании намагничивающей системы соответственно током тн, обеспечивающим намагничивание ее до насыщения, и током Тр, определяемым из соотношения 0 т р Т„, при этом направление магнитного поля совпадает с направлением перемещения систем, сравнивают результаты измерения, полученные при указанных перемещениях, и по результатам сравнения определяют наличие и вид деЛекта.

Ф-1-Ф2

FL

89918 71

Фие,6

Fi

.7

Нормализация феррит -лерр /77- -copffu/n - Ft.

JVi Wt Ws

ТДҐ

феррит - перлцл - -сор&ит -мартемсит Ft

г #з Wt