钻杆漏磁检测轻量化磁化器与车载系统研究

发布时间：2020-08-08 22:06

【摘要】：钻杆作为石油钻探的重要部件,能够向钻头传递压力及扭矩。在整个工作过程中,钻杆不仅承受交变载荷、接触应力,而且还会受到泥浆里的腐蚀介质腐蚀,易产生缺陷,造成重大事故,带来不可估量的经济损失。为此,对钻杆实施无损检测具有重要意义。漏磁无损检测技术中,磁化作为实现检测的关键,对缺陷漏磁场的产生及磁场信号的分辨具有重要意义,同时也是检测信号的性能特性分析及检测装置的机械设计重要影响因素之一。根据不同的场合需要不同的磁化方法,本文旨在研究磁化器的轻量化技术,在满足磁化需求的同时减轻重量。在介绍钻杆结构特征及加工工艺后,从传统的励磁方法入手,探究各励磁方法的优缺点,提出了基于电磁铁和永磁铁复合励磁的轻量化磁化方法。设计相关磁路,运用ANSYS有限元等方法对磁路结构中影响磁化的参数进行仿真优化,以获取满足磁化需求的磁化器轻量化参数。对最终优化得到的磁化结构进行实物加工,用磁传感器对钻杆缺陷进行检测能力验证,满足了对钻杆通孔、内盲孔等缺陷的检测要求。与穿过式线圈磁化器相比,该复合磁化器,重量轻、体积小,有利于仪器的携带;与永磁式磁化器相比,该磁化器的拆卸吸力小、磁化强度可调节,便于作业时的装卸。结合前述分析结果和工程化需求,将上述半圆周复合磁化器应用于车载式钻杆漏磁检测系统。该系统中,探伤仪为移动式探伤仪,要求重量轻、体积小、结构紧凑。根据系统检测要求,提出钻杆原地旋转,同时驱动检测小车横移运动,实现螺旋扫查检测的方法。设计适用于多规格的钻杆漏磁检测系统,并制定了自动化检测工艺。最终完成的车载式钻杆漏磁检测系统主要包括机械系统、控制系统、信号系统,该系统兼具固定式钻杆探伤系统和便携式钻杆探伤仪的优点,检测效率高、检测结果精准、易实现高速自动化,同时能够随时随地移动,具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE927
【图文】：

检测设备

(a) VEDAQ-2000 (b) 连续油管扫描器图 1.1 国外检测设备图 1.2(a)是华宇一目检测装备有限公司研发的 HYMD140C 移动式钻杆漏磁了漏磁通和主磁通的检测方法，能够对裂纹、磨损及壁厚进行综合检测。检in/根，裂纹检测灵敏度为 15mm（长）×0.3mm（深）分辨精度为 20mm，精度为 20mm。图 1.2(b)是合肥中大检测技术有限公司 ZDJC-90 便携式钻杆检测装置，均采进行励磁，可以检测横向裂纹 15mm（长）×0.5mm（宽）×1mm（深）及深 1.5mm 孔洞，检测分辨率较高。图 1.2(c)是中特检科技发展有限公司 ZTJ-MFL-A 型漏磁检测仪主要是针对00mm 的管道及储罐壁板等，通过遥控控制其运动轨迹，检测灵敏度为 φ1.6深度 1.6mm 的盲孔缺陷，扫查速度为 0~10m/min。图1.2(d)是上海威远电磁设备有限公司的NT-2000CRL全自动油管纵向/横向

检测设备,横向组合

于 300mm 的管道及储罐壁板等，通过遥控控制其运动轨迹，检测灵敏度为 φ1.6mm 通孔和深度 1.6mm 的盲孔缺陷，扫查速度为 0~10m/min。图1.2(d)是上海威远电磁设备有限公司的NT-2000CRL全自动油管纵向/横向组合式漏磁探伤设备，该设备采用纵向、横向组合磁化，能够检测油管中横伤、纵伤及点状缺陷，检测灵敏度为油管壁厚的 12.5%，探伤速度可以达到 30m/min。

结构示意图,杆体,过渡区

面的轻量化研究在实际应用中具有重要的工程意义。结构特征杆结构特征是石油勘探中常用且重要的钻具。对于钻杆的不同规格及其制造方API）制定了相应的规范《SpecificationforDrillPipe》。该规范对钻性能要求、测试项目及检测要求等一系列做了详细规定，并提供了案。如图 2.1 所示的钻杆结构示意图，从形状上看：钻杆两端均有凸外螺纹的为公头，内壁含有内螺纹的为母头；作为检测对象的杆体头与杆体之间的过渡区的加厚带对钻杆杆体起到保护作用，用于受能力。根据规定，过渡区的加厚带可以分为外加厚、内加厚和内得注意的是，不同规格钻杆的过渡区的加厚带长度也会有不同。

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