專利名稱：一種鉆具井口磁通量檢測裝置與方法
技術領域：
本發明涉及石油鉆具井口無損檢測儀器的設計與制造技術領域，確切地說涉及鉆具井口磁通量檢測裝置與方法。
背景技術：
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外表面磨損的檢測而言，并不是最有效的方法。現有場站鉆具自動無損檢測技術中，自動漏磁探傷成為自動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公開了導磁構件超強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行局部單一軸向超強磁化，激發出其上縱、橫向傷的泄漏磁場并利用磁敏元件陣列加以拾取，實現其上縱、橫向傷的全面檢出，再通過信號求和比較法進行縱、橫向傷檢測信號區分并對其進行信號幅值補償，實現同損傷當量的縱、橫向傷等信號幅值與靈敏度的統一判斷。該裝置的組成包括穿過式線圈，磁敏組件、信號識別補償組件和數據采集卡。該專利將傳統的檢測方法進行簡化和統一，實現鉆具與檢測單元之間簡單的直進式相對搜查運動，實現高速高效自動連續探傷，能完成自身難以作旋轉運動的鉆具縱、橫向傷的全面檢測。但上述技術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，上述技術方案只能在鉆具具有裂紋、孔洞、刺穿等情況時，才能實現檢測。而在沒有裂紋、孔洞和刺穿時，磨損則是鉆具質量分級的主要方法，而磨損并不是上述專利文獻為代表的漏磁檢測的強項，不能有效的檢測鉆具因磨損或腐蝕產生的截面積變化。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提出了一種鉆具井口磁通量檢測裝置，本發明尤其適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時，能有效檢測鉆具因磨損或腐蝕產生的截面積變化， 對于依賴鉆具桿體壁厚變化而進行的質量分級，具有直接和直觀的作用。同時，本發明還提出了采用上述檢測裝置進行井口磁通量檢測的方法。本發明是通過采用下述技術方案實現的
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生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉換器和上位機，其中所述的電流脈沖發生器與初級線圈連接，次級線圈安裝在初級線圈內部，次級線圈內設置有待檢測的鉆具，次級線圈的導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轉換器連接，A/D轉換器與上位機連接。所述儀表放大電路、濾波電路和A/D轉換器組成信號調理電路。所述的初級線圈和次級線圈安裝在防水防爆散熱外殼內。一種鉆具井口磁通量檢測方法，其特征在于步驟包括
第1步將自動卡瓦卡持住鉆柱接箍下方，然后吊裝在轉盤轉臺內； 第2步將檢測裝置安裝在自動卡瓦上；
第3步通過檢測裝置的電流脈沖發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外表面磨損和腐蝕情況；初級線圈通電瞬時，會在次級線圈中產生瞬時電流，得到一個瞬時電壓，電磁感應產生的電流強度以及電壓的大小依賴于鉆具材料的磁導率和截面積，鉆具內外表面磨損或腐蝕嚴重會導致截面積發生變化， 因此測得的磁通量也會變化，即電磁感應產生的電流以及電壓都會變化，其曲線可反映出鉆桿內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產生的電流或電壓進行放大； 第6步濾波電路對放大后的信號進行濾波處理；
第7步A/D轉換電路將信號數字化處理，輸入上位機； 第8步計算磁通量Φ如下
Φ = jiSefe
式中B為初級線圈產生的磁場磁感應強度，ds為鉆具截面積的微分，Φ為穿過鉆具整個截面積S的磁通量；
如果鉆具由初級線圈固定大的磁場H所飽和，鉆具的磁化強度(M)為一個恒定值。除開鉆桿加厚過渡區，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行對比，可看出磁通量與鉆具截面積成比例。在上述技術方案的基礎上，控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強度，達到控制鉆具磁導率使其為最大值。與現有技術相比，本發明所達到的技術效果如下
1、本發明采用電流脈沖發生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉換器和上位機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，能有效檢測鉆具因磨損或腐蝕產生的截面積變化，對于依賴鉆具桿體壁厚變化而進行的質量分級，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、刺穿等情況時的漏磁檢測。也適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時的因磨損或腐蝕產生的截面積變化。3、本發明中，通過控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強度，達到控制鉆具磁導率使其為最大值，這樣的技術方案，磁通量等于磁導率與磁場強度的乘積，鉆具因磨損和腐蝕時截面積發生變化，所能感應的磁場強度發生變化，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到鉆具磁通量的變化，要求初級線圈提供足夠強的磁場，通常磁化強度愈強，初級線圈的體積也愈大。當初級線圈對鉆具施加磁場時，只有當鉆具的磁導率達到最大值即Rll處時，輸出的磁通量信號才比較明顯，測量結果才能達到理想，因此磁通量傳感器的控制要求是使鉆具的磁導率工作在最大值Rll處，即通過控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強度，達到了控制鉆具磁導率使其為最大值的目的。
下面將結合說明書附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的詳細說明，其中 圖1為本檢測裝置的結構示意圖
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率隨磁場強度變化的曲線。圖中標記
1-初級線圈，2-次數線圈，3-電流脈沖發生器，4-儀表放大電路，5-濾波電路，6-A/D 轉換器，7-鉆具，①磁導率曲線，②磁化特性曲線。
具體實施例方式實施例1
參照說明書附圖1，本發明公開了一種鉆具井口磁通量檢測裝置，包括電流脈沖發生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉換和上位機。所述的初級線圈在外側，為鉆具提供脈沖磁場，脈沖電流發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部，次級線圈的導線與儀表放大電路連接。所述儀表放大電路、濾波器和A/ D轉換器組成信號調理電路，次級線圈導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轉換器連接，A/D轉換器與上位機連接。同時，更優的，在具體應用時，應當注意以下技術個問題
(1)將初級線圈和次級線圈安裝在防爆防水散熱外殼內，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率的影響，起鉆時，宜將磁通傳感器放在最下方，下鉆時，宜將磁通檢測放在其他檢測傳感器最上方。(3)對于不同規格的鉆具，調整初級線圈脈沖電流的大小，得到不同的磁通量積分，在上位機中建立數據庫。(4)測量時，對于不同規格鉆具，調用數據庫中相應的磁通量積分曲線，便于準確判斷鉆具鐾厚變化。實施例2
本發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步將自動卡瓦卡持住鉆柱接箍下方，然后吊裝在轉盤轉臺內； 第2步將檢測裝置安裝在自動卡瓦上；
第3步通過檢測裝置的電流脈沖發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外表面磨損和腐蝕情況；初級線圈通電瞬時，會在次級線圈中產生瞬時電流，得到一個瞬時電壓，電磁感應產生的電流強度以及電壓的大小依賴于鉆具材料的磁導率和截面積，鉆具內外表面磨損或腐蝕嚴重會導致截面積發生變化， 因此測得的磁通量也會變化，即電磁感應產生的電流以及電壓都會變化，其曲線可反映出鉆桿內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產生的電流或電壓進行放大； 第6步濾波電路對放大后的信號進行濾波處理；
第7步A/D轉換電路將信號數字化處理，輸入上位機； 第8步計算磁通量Φ如下
Φ = Jjfcii
式中Β為初級線圈產生的磁場磁感應強度，ds為鉆具截面積的微分，Φ為穿過鉆具整個截面積S的磁通量；
如果鉆具由初級線圈固定大的磁場H所飽和，鉆具的磁化強度(M)為一個恒定值。除開鉆桿加厚過渡區，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行對比，可看出磁通量與鉆具截面積成比例。實施例3
本檢測方法的最佳實施方式為，控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強度，達到控制鉆具磁導率使其為最大值。具體是傳感器參數的控制。磁通量等于磁導率與磁場強度的乘積，鉆具因磨損和腐蝕時截面積發生變化，所能感應的磁場強度發生變化，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到鉆具磁通量的變化，要求初級線圈提供足夠強的磁場，通常磁化強度愈強，初級線圈的體積也愈大。當初級線圈對鉆具施加磁場時，只有當鉆具的磁導率達到最大值即Rll處時，輸出的磁通量信號才比較明顯， 測量結果才能達到理想，因此磁通量傳感器的控制要求是使鉆具的磁導率工作在最大值Prn 處，即通過控制初級線圈脈沖電流來控制磁場強度，達到控制鉆具磁導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率隨磁場強度變化的曲線，圖中&點為其最大磁導率點，#為磁化曲線上的點。其余同實施例2。
權利要求
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生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉換器和上位機，其中所述的電流脈沖發生器與初級線圈連接，次級線圈安裝在初級線圈內部，次級線圈內設置有待檢測的鉆具，次級線圈的導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轉換器連接，A/D 轉換器與上位機連接。
2.根據權利要求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轉換器組成信號調理電路。
3.根據權利要求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。
4.實現如權利要求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步將自動卡瓦卡持住鉆柱接箍下方，然后吊裝在轉盤轉臺內； 第2步將檢測裝置安裝在自動卡瓦上；第3步通過檢測裝置的電流脈沖發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產生的電流或電壓進行放大； 第6步濾波電路對放大后的信號進行濾波處理； 第7步A/D轉換電路將信號數字化處理，輸入上位機； 第8步計算磁通量Φ如下式中Β為初級線圈產生的磁場磁感應強度，ds為鉆具截面積的微分，Φ為穿過鉆具整個截面積S的磁通量。
5.根據權利要求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度，達到控制鉆具磁導率使其為最大值。
全文摘要
本發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計與制造技術領域，包括電流脈沖發生器、初級線圈、次級線圈、儀表放大電路、濾波電路、A/D轉換器和上位機，其中所述的電流脈沖發生器與初級線圈連接，次級線圈安裝在初級線圈內部，次級線圈內設置有待檢測的鉆具，次級線圈的導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轉換器連接，A/D轉換器與上位機連接。同時本發明還公開了上述檢測裝置的檢測方法，本發明尤其適用于在鉆具沒有裂紋、孔洞和刺穿時，能有效檢測鉆具因磨損或腐蝕產生的截面積變化，對于依賴鉆具桿體壁厚變化而進行的質量分級，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 優先權日2011年11月28日
發明者何莎, 曹歷杰, 李麗, 王豫, 許斌, 譚剛強 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司