Способ неразрушающего контроля глубинно-насосных штанг

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1481668 (59 4 С 01 Р 27/82

1) (; б кф!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ц!Тс;!. .4й .00

Cb

Cb

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4297452/25-28 (22) 14.08.87 (46) 23.05.89. Бюл. У 19 (71) Пермский государственный научноисследовательский и проектный институт нефтяной промж ленности (72) В.В.Семенов, А.Н.Сюр, А.В.Кардынов и Г.А.Чазов (53) 620.179.14 (088.8) (56) Окрушко Е.И., Ураксеев 1А,А.

Дефектоскопия глубинно-насосных штанг.

М.: Недра, 1983, с. 97-100. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУ1!!АИ! !Е О КОНТРОЛЯ

ГЛУБИННО-НАСОСНИХ 0!ТАНГ (57) Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и позволяет повысить надежность контроля путем

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля протяженных ферромагнитных иэделий магнитоиндукционным методом, в частности к способам дефектоскопии насосных штанг, используемых в механизированной нефтедобыче.

Цель изобретения — повышение надежности контроля за счет распознавания дефектов несплошности 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 несплонности; на фиг. 5 — 7-схемам распределе-, 2 выделения и распознавания дефектов

1 несплошности и неоднородности структуры насосной штанги (НН ). Для этого нагружают НО! до величины минимального ее нагружения в скважине, продольно намагничивают Н0 до насыщения с момента дальнейшего ее нагружения до величины максимального ее нагружения в скважине и вновь до величины минимального,ее нагружения. Повторно нагружают Н0! в том же режиме, намагничивая HUt током меньшей величины. Сравнивают выходные сигналы двух режимов намагничивания НН, по которым судят о наличии либо дефектов несплошности, либо неоднородности структуры НШ.

7 ил. ния магнитного потока рассеяния, вызванного дефектом неоднородности структуры.

Устройство содержит универсальную растягивающую машину 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 измери" тельных обмоток 6, которые размещены коаксиально штанге 3 между обмотками

5 и разделены между собой ферромаг" нитным диском 7. Устройство содержит также гибкую тягу 8, уложенную на — 1ч81668 барабан 9 и предназначенную для перемещения 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 на— сосной штанги 3 от величины минимального до величины максимального ее нагружения в скважине, одновременно с момента нагружения насосной штанги

3 от величины минимального ее нагружения перемещают вдоль штанги намагничивающую и измерительную системы, Уменыяают механическую нагрузку насосной штанги 3 от величины максимального до величины минимального ее 20 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 25 конца. двух согласно включенных обмоток 5 сис,темы намагничивания, подключенных к источнику постоянного тока питания таким образом, что магнитное поле совпадает с направлением 30 перемещения обмоток 3, производят продольное намагничивание насосной штанги 3 до насыщения и регистрируют

1 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 умень— шают 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

50 конца насосной штанги 3 до ее начала двух согласно включенных обмоток 5 намагничивающей системы, подключенI ных к источнику питания таким образом

55 что магнитное поле совпадает с направлением перемещения, производят продольное намагничивание насосной штанги 3 постоянным полем при величине питающего тока T <, выбранного из условия

0 (T (Tн, где 1 — 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 укаэанных систем, а по результатам сравнения судят о природе дефектов: либо несплощность, либо неоднородность структуры насосной штанги 3.

Устройство работает следующим образом.

Насосную штангу 3 укладывают в захваты 2 универсальной растягивающей машины 1 (Лиг, l) . Нагружают штангу З,цо величины минимального нагружения ее в скважине (Р, = 1000 кГс) припомощи универсальной растягивающей машины 1.. Продолжают нагружение предварительно растянутой штанги 3 до величины максимального ее нагружения B скважине (F g = 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 ч 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 нагружению в скважине (F = 3000 кГс), снимают постепенно механическую нагрузку до величины, соответствующей минимальному нагружению штанги 3 в скважине (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

1481668

10 растя гивающей нагрузки, ко гда макси— мальное 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 Аерромагнитным диском

9 и включены по дифАеренциальной схеме, при этом выход обмоток 6 подключен, например, на вход быстродейст- 15 вующего самопишущего прибора. Обмотки 6 перемещаются вдоль штанги одновременно с обмотками 5 намагничивающей системы.

Наличие дефекта типа несплощность 20 в теле насосной штанги 3 приводит к перераспределению магнитного потока, пронизывающего насосную штангу 3 в продольном направлении. При входе дефекта несплошности в магнитное 25 поле первой обмотки 5 (фиг.2) магнитный поток этой обмотки 5 легко обтекает дефект, не вызывая появления

ЭДС в обмотках 6 измерительной системы, так как нет изменений хода сило- g0 вых линий в ферромагнитном диске 7, При попадании деАекта в зону первой обмотки 6 (Аиг.3) происходит перераспределение основного магнитного потока. Величина потока, обтекающего деАект и ответвляющегося в ферромагнитный диск 7, уменьшается, и векторная сумма потоков Ф + ф в f диске 7 не равна нулю, вследствие чего на выходе первой измерительной 40 обмотки 6 появляется ЭДС (двухполярный импульс), При попадании дефекта несплошности в зону Аерромагнитного диска 7 (Аиг.4) векторная сумма

Ф,+ ф pBBHG Ef+JIR на выходе измерительных обмоток 6 отсутствует.

В дальнейшем, при входе дефекта неснлошности в зону второй измерительной обмотки 6 в ферромагнитном диске 7 возникает ненулевая векторная сумма потоков ф,+ Ф, и во второй измерительной обмотке 6 наводится ЭДС (двухполярный импульс ). Благодаря встречному включению измерительных обмоток 6 импульсы ЭДС первой и второй обмоток 6 совпадают по фазе, и на вход быстродействующего самопишущего прибора поступает однополярный суммарный импульс . Импульсы другой полярности срезаются полупроводниковым диодом. При следующем прохождении деАекта несплошпости через зону второй обмотки 5 намагничивания ЭДС в измерительных обмотках отсутствует.

Таким образом, магнитное поле рассеяния над деАектом несплошности видоизменяет путь прохождения силовых линий, охватывающих измерительные обмотки 6 и. входящих в Аерромагнитный диск 7. Изменение длины силовой линии обусловлено геометрическими размерами деАекта: величиной раскрытия дефекта, площадью поперечного сечения и протяженность.. дефекта, Способ позволяет выделять наряду с деАектами несплошности также и дефекты неодпородпости 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 объемного содержания Аеррпта, перлпта, сорбита, мартенсита в структуре изделия, При входе деАекта типа неоднородности структуры насосной штанги 3 в поле катушек 5 намагничивания происходит перераспределение встречно направленных частичных магнитных поток ф, и ф основного магнитного потока, ответвляющихся в Аерромагнитный диск 7 {Аиг. 5, 6 и 7).Векторная сумма потоков рассеяния Ф,+ Ф связана со структурой участка насосной штанги 3 в пределах одной обмотки 5 намагничивания по отношению к струк- туре участка насосной штанги 3 в пределах другой обмотки 5 намаг и пианин. В случае, если маг птпые проницаемости участков структуры, лежащих в зоне первой и второй обмоток

5, отличаются друг от друга, на выходе измерительных обмоток 6 возникают ЭЛС, Этот сигнал в процессе перемещения измерительных обмоток 6 вдоль штанги 3 поступает на вход быстродействующего самопиг ушего прибора.

Для того, чтобы распознать дефекты ! несплошности либо неоднородности

1481668, структуры насосной штанги 3 повторно нагружают насосную штангу от величины минимального ее нагружения в скважине (F = 1000 кГс) до величины макт

5 симального 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 эа

0,5 с. Одновременно с йагружением насосной штанги 3 производят ее намагничивание постоянным током Т = 15

= 0,5 А, Т > = 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- 20 санному.

Сравнивая уровни выходного сигнала при прямом перемещении (при токе намагничивания Т.=I ) и обратном перемещении систем (ток намагничивания

0 < т р 7„), судят о природе дефекта, Уменьшение тока намагничивания ведет к уменьшению основного магнит- . ного потока. Если уровень выходного сигнала при уменьшении тока намагни- 30 чивания уменьшается незначительно (обратное перемещение обмоток), это говорит о дефекте несплоиность, 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 нагружение горизонтально расположенной 40 штанги 3, обеспечивается выпрямление тела насосной штанги 3, а также уменьшается ее прогиб, чем обеспечивается в процессе неразрушающегося контроля одинаковый для всех штанг 45

3 гарантированный эксцентриситет меж/ ду 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 обеспечивает условия, идентичные условиям, которые испытывает насосная штанга 3 в скважине,. а именно: минимальное нагружение — это нагружение колонны насосных штанг 3 при ходе ее вниз, 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 намагничивающей и измерительной систем, обеспечивается наиболее полное"промагничивание 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 из меняющейся 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 иэделия 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 и з о б р е т е н и я .Способ нераэрушающего контроля глубинно-насосных штанг, включающий продольное намагничивание штанги постоянным полей намагничнвающей системы, питаемой постоянным током, и измерение сигнала с помощ*ю измерительной системы, включающей две измерительные обмотки, о т.л и—

° чающийс я тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет распознавания дефектов несплош1481б68

t0 ности и неоднородности структуры материала, контролируемую штангу размещают горизонтально и нагружают ее до величины минимального нагружения штанги н скважине, изменяют нагрузку от величины минимального jlо величины максимального нагружения ее н скважине и вновь до величины ее минимального нагружения, продольное намагни- 10 чивание штанги и измерение при этом сигнала производят лри указанном изменении нагрузки путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца намагничиваю- 15 щей системы в виде двух согласно включенных намагничинающих обмоток и измерительной системы, повторно изменяют аналогичным образом нагрузку, осуществляют при этом продольное 20 намагничивание штанги и измерение сигнала измерительной системы путем одновременного перемещения намагничинающей и измерительной систем в противоположном направлении, причем при перемещении систем в прямом и противоположном направлениях намагничивание штанги осуществляют при питании намагничинающей системы соответственно током Тд, обеспечивающим намагничивание ее до насыщения, и током Т., определяемым из соотношения 0 (7 (Т.„, при этом направление магнитного поля совпадает с направлением перемещения систем, сравнивают результаты измерения, полученные при укаэанных перемещениях, и по результатам сравнения определяют наличие и вид дефекта.

1481668

neppum

148!бб8

Я,ЦРЯ:

-лерращю

F4. г„С/ Т4ф

Составитель И. Рекунова

Редактор А.111андор Техред М.Дидык

Корректор С.Черни

Заказ 268!/45 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101