Способ неразрушающего контроля глубинно-насосных штанг

СОЮЗ СОВЕТСНИХ,СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 148166 О 4 С 01 Ю 27/82 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 9 М,А,ных штанг. разруляеттем магнитного поток ссеяния, нороднос вызванног структуры ктом держит универсалнину 1 с захват ж ОЪ ируе Ъ оло троиство растягивающую2, в которыхмая штанга 3 аэмещается контрол платформу 4 и расп намагничивающую си согласно включеннь х обмоток 5, раэмещ о насосной штанге женную на ней му в виде двух намагничивающ ных коаксиаль сте 3 также Афере льных оакс 5 и раэд нитным д также ги ис бк АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пермский государственный научноисследовательский и проектный институт нефтяной промжленности(57) Изобретение относится к нешающим методам контроля и позвоповысить надежность контроля пу Изобретение относится к неразрушающим методам контроля протяженных ферромагнитных иэделий магнитоиндукционным методом, в частности к спо-. собам 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 схем распределения магнитного потока рассеяния, вызванноГо дефектом несплонности; на фиг. 5 - 7-схем распределе-,2выделения и распознавания дефектов 1несплошности и неоднородности структуры насосной штанги (НН ). Для этого нагружают НО до величины минимального ее нагружения в скважине, продольно намагничивают Н 11 до насыщения с момента дальнейшего ее нагружения до величины максимального ее нагружения в скважине и вновь до величины минимального,ее нагружения. Повторно нагружают Н 0 в том же режиме, намагничивая Н 0 током меньшей величины. Сравнивают выходные сигналы двух режимов намагничивания НН, по которым судят о наличии либо дефектов несплошности, либо неоднородности структуры НШ.7 ил. измерительную систему в видциально включенных измери"обмоток 6, которые размещеныьно штанге 3 между обмоткамиелены между собой ферромаг"ком 7, Устройство содержиую тягу 8, уложенную набарабан 9 и предназначенную для перемещения платформы 4,Способ осуществляют следующим образом.Размещают насосную штангу 3 горизонтально и производят нагружениенасосной штанги 3 до величины минимального ее нагружения в скважине.Производят дальнейшее нагружение насосной штанги 3 от величины минимального до величины максимального еенагружения в скважине, одновременнос момента нагружения насосной штанги3 от величины минимального ее нагружения перемещают вдоль штанги намагничивающую и измерительную системы,Уменыяают механическую нагрузкунасосной штанги 3 от величины максимального до величины минимального ее 20нагружения в скважине, продолжая приэтом перемещать намагничивающую иизмерительную системы вдоль штанги 3.При перемещении по всей длиненасосной штанги 3 от ее начала до 25конца, двух согласно включенных обмоток 5 сис,темы намагничивания, подключенных к источнику постоянного тока питания таким образом, что магнитное поле совпадает с направлением 30перемещения обмоток 3, производятпродольное намагничивание насоснойштанги 3 до насыщения и регистрируютсигнал двумя обмотками 6 измерительной системы во время их перемещенияот начала насосной штанги 3 до ееконца.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 от0 конца насосной штанги 3 до ее начала двух согласно включенных обмоток 5 намагничивающей системы, подключенных к источнику питания таким образом55 что магнитное поле совпадает с направлением перемещения, производят продольное намагничивание насосной штанги 3 постоянным полем при величине питающего тока Т., выбранного изусловияЙ т т,где т- ток насыщенияРегистрируют уровень сигнала обмотками 6 измерительной системы вовремя их перемещения от конца насосной штанги 3 до ее начала и сравнивают результаты измерений при прямоми обратном перемещениях укаэанныхсистем, а по результатам сравнениясудят о природе дефектов: либо несплощность, либо неоднородностьструктуры насосной штанги 3.Устройство работает следующим образом,Насосную штангу 3 укладывают взахваты 2 универсальной растягивающей машины 1 (Лиг, 1) . Нагружают штангу З,цо величины минимального нагружения ее в скважине (Г, = 1000 кГс)припомощи универсальной растягивающей машины 1,. Продолжают нагружениепредварительно растянутой штанги 3до величины максимального ее нагружения в скважине (Р= 3000 кГс) иодновременно с момента нагруженияштанги Г, = 1000 кГс намагничиваютнасосную штангу 3, Продольное намагничивание штанги 3 осуществляют путем перемещения на платформе 4 расположенных коаксиально к насоснойштанге 3 обмоток 5. Передвижениеплатформы ц осуществляют с помощьюгибкой тяги 8, уложенной на барабан 9, а намагничивание производятпостоянным магнитным полем обмоток5 намагничивающей системы до насыщения, при этом магнитное поле в теле штанги от каждой обмотки 5 совпадает с направлением движения этихобмоток 5, После достижения нагружения насосной штанги 3 величины, соответствующей максимальному ее нагружению в скважине (Г= 3000 кГс),снимают постепенно механическую нагрузку до величины, соответствующейминимальному нагружению штанги 3 вскважине (Р, = 1000 кГс), при этомпроцесс перемещения обмоток 5 и,следовательно, процесс намагничивания штанги 3 продолжается непрерывнодо тех пор, пока платформа 4 не займет конечное положение. Изменениенагрузки по длине насосной штанги 3и во времени определяется величиной500 кГс на длине 1 м на 0,5 с. Возможны и другие варианты изменения10 растягивающей нагрузки, когда максимальное нагружение может приходиться це на середину длины насоснойштанги 3.5Измерение магнитного поля рассеяния, эквивалентного дефекту, осуществляется посредством двух обмоток6 измерительной системы, которыеразмещены коаксиально к насоснойштанге 3 между обмотками 5, разделены между собой Аерромагнитным диском9 и включены по дифАеренциальной схеме, при этом выход обмоток 6 подключен, например, на вход быстродействующего самопишущего прибора. Обмотки 6 перемещаются вдоль штанги одновременно с обмотками 5 намагничивающей системы,Наличие деАекта типа несплощность 20в теле насосной штанги 3 приводитк перераспределению магнитного потока, пронизывающего насосную штангу 3в продольном направлении. При входедефекта несплошности в магнитное 25поле первой обмотки 5 (Аиг,2) магнитный поток этой обмотки 5 легко обтекает деАект, не вызывая появленияЭЛС в обмотках 6 измерительной системы, так как нет изменений хода сило- З 0вых линий в ферромагнитном диске 7,При попадании деАекта в зону первой обмотки 6 (Аиг.3) происходитперераспределение основного магнитного потока. Величина потока, обтекающего деАект и ответвляющегося в ферромагнитный диск 7, уменьшается, ивекторная сумма потоков ф + ф вдиске 7 не равна нулю, вследствиечего на выходе первой измерительной 40обмотки 6 появляется ЭДС (двухполярный импульс), При попадании дефектанесплошности в зону Аерромагнитного диска 7 (Аиг.4) векторная суммапотоков Ф,+ ф Равна нулю, и сигнална выходе измерительных обмоток 6отсутствует.В дальнейшем, при входе дефектанесПлошности в зону второй измерительной обмотки 6 в Ферромагнитномдиске 7 возникает ненулевая векторная сумма потоков ф,+ Ф, и во второй измерительной обмотке 6 наводится ЭЛС (двухполярцый импульс ). Благодаря встречному включению измерительных обмоток 6 импульсы ЭЛС первой и второй обмоток 6 совпадают пофазе, и на вход быстродействующегосамопишущего прибора поступает однополярный суммарный импульсИмпульсы другой полярности срезаются полупроводцикбвым диодом. При следующем прохождении деАекта несплошцости через зону второй обмотки 5 намагничивания ЭЛС в измерительных обмоткахотсутствует.Таким образом, магнитное поле рассеяния над деАектом несплошности видоизменяет путь прохождения силовыхлиний, охватывающих измерительныеобмотки 6 и. входящих в Аерромагнитныйдиск 7. Изменение длины силовой линии обусловлено геометрическимиразмерами деАекта: величиной раскрытия деАекта, площадью поперечногосечения и протяженность. дефекта,Способ позволяет выделять нарядус деАектами несплошцости также идефекты неоднородцости структуры насосной штанги 3. Выделецце деАектовнеоднородности структуры основанона относительном сравнении непрерывно и локально изменяющихся магнитныхпроницаемостей участков, расположенных в зоне первой и второй обмоток5 намагничивания, так как магнитнаяпроницаемость участка зависит атобъемного содержания Аеррита, перлцта, сорбита, мартенсита в структуреизделия,При входе деАекта типа неоднородности структуры насосной штанги 3 в поле катушек 5 намагничивания происходит перераспределение встречно направленных частичных магнитныхф ц ф основного ма.нитного потока, ответвляющихся в Аерромагнитный диск 7 (Ацг, 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 цамагццпюания, В случае, если магццтцые 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 ца вход быстродействующего самопцшушего прибора,Для того, чтобы распознать дефекты несплошцости либо цеодцородцостц1481668, структуры насосной штанги 3 повторно нагружают насосную штангу от величины минимального ее нагружения в скважине (1 = 1000 кГс) до величины мак 5 симального ее нагружения в скважине (Р, = 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 Кагружением 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 описанному,Сравнивая уровни выходного сигнала при прямом перемещении (при токенамагничивания Т.=1) и обратном перемещении систем (ток намагничивания 250т рТ ), судят о природе деФекта,Уменьшение тока намагничиванияведет к уменьшению основного магнит- .ного потока. Если уровень выходногосигнала при уменьшении тока намагничивания уменьшается незначительно(обратное перемещение обмоток), этоговорит о деФекте несплоиность, аесли уровень выходного сигнала приуменьшении тока намагничивания резко уменьшается, это говорит о деФекте неоднородности структуры,Благодаря тому, что в предлагаемом способе вначале производят нагружение горизонтально расположенной 40штанги 3, обеспечивается выпрямлениетела насосной штанги 3, а такжеуменьшается ее прогиб, чем обеспечивается в процессе неразрушающегосяконтроля одинаковый для всех штанг 453 гарантированный эксцентриситет меж/ду ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью обмоток 5 намагничивания и измерительных обмоток 6.Нагружение штанги 3 от величиныее минимального нагружения в скважине до величины ее,максимальногонагружения в скважине и вновь до величины минимального нагружения обеспечивает условия, идентичные условиям,которые испытывает насосная штанга 3в скважине, а именно: минимальноенагружение - это нагружение колоннынасосных штанг 3 при ходе ее вниз,максимальное нагружение - нагружение,которое испытывает колонна насосныхштанг 3 при ходе вверх с поднимаемойжидкостью.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 3Это достигается благодаря тому, что происходит втягивание вовнутрь обмоток 5 намагничивания магнитных силовых ли- ниР 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 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 намагничиванияФ о р м у л а 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 помощю измерительной системы, включающей две измерительные обмотки, о т.л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет распознавания деФектов несплош1481 бб 8 10 Б 7 КХ ности и неоднородности структурыматериала, контролируемую штангу размещают горизонтально и нагружают еедо величины минимального нагруженияштанги н скважине, изменяют нагрузкуот величины минимального до величинымаксимального нагружения ее н скважине и вновь до величины ее минимального нагружения, продольное намагни Очивание штанги и измерение при этомсигнала производят лри указанномизменении нагрузки путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца намагничивающей системы в виде двух согласновключенных намагничинающих обмоток иизмерительной системы, повторно изменяют аналогичным образом нагрузку,осуществляют при этом продольное 2 О намагничивание штанги и измерениесигнала измерительной системы путемодновременного перемещения намагничинающей и измерительной систем впротивоположном направлении, причемпри перемещении систем в прямом и противоположном направлениях намагничивание штанги осуществляют припитании намагничинавщей системы соответственно током Т, обеспечивающимнамагничивание ее до насыщения, итоком Т., определяемым из соотношения 0 ( т н ( т., при этом направлениемагнитного поля совпадает с направлением перемещения систем, сравниваютрезультаты измерения, полученныепри укаэанных перемещениях, и по результатам сравнения определяют наличие и вид дефекта.-дерриклГ г 8/ РА Составитель И.Р ова идык едаКтор А.111 андор Техр Корре С.Че ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари Заказ 268/45 Тираж 790НИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш одписноеениям и открытиякая наб д, 4/5