УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТРУБ

Полезная модель относится к области неразрушающего магнитного контроля металлических изделий и может быть использована при дефектоскопии труб, в частности, бурильных и насосно-компрессорных в нефтегазодобывающей отрасли, в том числе непосредственно на скважине.
Известна установка для магнитного контроля труб на скважине (проспект фирмы New Tech Systems установка "WellTech 4Xtm"www.newtechsystems.com), включающая модуль контроля поперечных дефектов и модуль контроля толщины стенки трубы, и допускающая перемещение труб через установку. Для контроля поперечных дефектов используется метод измерения рассеяния приложенного продольного магнитного поля на дефектах трубы, а для контроля толщины стенки используется метод измерения плотности магнитного потока над поверхностью трубы в том же приложенном поле. Магнитное поле создается катушкой с постоянным током, обеспечивающим режим технического насыщения материала трубы. Оси катушки и трубы совпадают. Датчики модулей имеют прямой контакт с трубой. При прохождении муфт датчики требуется отводить от поверхности трубы, а затем опускать на нее.
Такое устройство имеет ограниченное применение из-за резко пониженных возможностей работы на трубах с загрязненной поверхностью и из-за необходимости обхода муфт.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа заявляемого устройства является установка для неразрушающего контроля труб (патент РФ №189671, МПК G01N 27/83, приор. 20.07.2018, опубл. 30.05.2019 г.), содержащая узлы магнитного контроля толщины стенки на основе датчиков Холла и контроля дефектов трубы на основе дифференциальных катушек, устанавливаемые с возможностью их перемещения вдоль поверхности трубы и с возможностью охвата трубы по окружности контроля. Кроме того, в устройстве предусмотрена возможность пропускания муфт за счет автоматики разведения/сведения датчиков относительно поверхности трубы.
Недостатком такой установки является ее ограниченное применение из-за непосредственного контакта корпуса узлов датчиков с поверхностью трубы. При использовании установки для контроля загрязненных труб на корпуса узлов датчиков контроля налипают загрязнения, ухудшая их чувствительность. Необходимость введения автоматической следящей системы разведения/сведения датчиков относительно поверхности трубы ограничивает скорость контроля и усложняет конструкцию установки.
Техническая проблема контроля качества труб на скважине состоит в том, что отдельные трубы всегда соединяются в колонну посредством муфтовых узлов, а также могут иметь разный диаметр на разных участках колонны, причем на выходе из скважины имеют загрязненную поверхность, что затрудняет их контроль. Необходимо обеспечить возможность абсолютно бесконтактного контроля труб различного диаметра с муфтами или без муфт и с загрязненной поверхностью.
Проблема разрешается за счет усовершенствования устройства для неразрушающего контроля трубы, содержащего устанавливаемые с возможностью продольного перемещения и охвата поверхности трубы узлы контроля толщины стенки на основе датчиков Холла и узлы контроля дефектов трубы.
Это усовершенствование заключается в том, что узлы контроля толщины стенки и контроля дефектов трубы выполнены в виде единого модуля датчиков, содержащего датчики Холла, как для контроля поперечных дефектов, так и для мониторинга толщины стенки трубы. Применение датчиков Холла для контроля поперечных дефектов существенно увеличивает чувствительность контроля, что позволяет увеличивать расстояние между датчиками и поверхностью трубы. Единый модуль датчиков располагается в немагнитном корпусе так, что датчики Холла для контроля дефектов ориентированы продольно относительно оси контролируемой трубы, а датчики Холла для оценки толщины трубы ориентированы перпендикулярно оси трубы. Немагнитный корпус имеет форму диска с центральным отверстием. Ось отверстия диска выставлена по оси трубы, а сам диск устанавливается в центральном сечении источника магнитного поля и перпендикулярно оси трубы. Все датчики Холла расположены по окружности диска в одной плоскости.
Внутренний диаметр немагнитного корпуса с датчиками Холла обеспечивает гарантированный зазор между датчиками и поверхностью контролируемой трубы, обеспечивая ее бесконтактное прохождение, что исключает влияние загрязнения труб и сохраняет чувствительность датчиков. При этом величина зазора достаточна для прохождения труб с муфтами.
Техническим результатом предлагаемого решения будет возможность использования устройства для контроля качества труб непосредственно во время разборки колонны труб, например, бурильных или насосно-компрессорных, извлекаемых из скважины. Это достигается благодаря бесконтактному прохождению загрязненных труб с муфтовыми соединениями через область контроля.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображено заявляемое устройство, установленное на скважине (элементы крепления основных описываемых блоков в корпусе не показаны).
Устройство для неразрушающего контроля труб содержит немагнитный корпус 1, в котором установлены: источник магнитного поля в виде катушки 2 (для намагничивания трубы 4), через которую пропускают ток, блок датчиков Холла 3, продольно и поперечно ориентированных относительно оси трубы 4 размещенных в немагнитном корпусе 5 в центральном сечении источника поля 2 в плоскости, перпендикулярной оси контролируемой трубы 4. Ось корпуса 5 совпадает с осью трубы 4, а внутренний диаметр корпуса обеспечивает воздушный зазор, достаточный для прохождения муфты 6 трубы. Датчики Холла и труба находятся в магнитном поле источника 2. Имеются вспомогательные элементы в виде обтираторов 7, снимающих загрязнение трубы, поднимаемой из скважины.
Устройство для неразрушающего контроля труб работает следующим образом.
Контролируемую трубу 4 перемещают вдоль оси источника магнитного поля 2 через область чувствительности блока датчиков Холла 3. Контроль толщины стенки трубы осуществляется датчиками Холла, ориентированными перпендикулярно оси трубы, а контроль дефектов - датчиками Холла, ориентированными продольно относительно оси трубы. Дефекты трубы проявляются как изменения магнитного поля, рассеянного на дефектах. Датчики контроля дефектов на основе твердотельных малогабаритных датчиков Холла дают существенный выигрыш по чувствительности за счет высокого отношения сигнал/шум из-за малых площадей датчика по сравнению с площадью поверхности датчиков на основе индукционных катушек. Описанное преимущество позволяет увеличить расстояние между датчиками и трубой, в том числе это позволяет контролировать трубы с муфтами без специальных устройств сведения/разведения датчиков при прохождении муфт.
Перед началом контроля производят калибровку устройства по контрольному образцу с искусственными дефектами. В результате калибровки оператор выставляет пороговые значения амплитуд сигналов датчиков, превышение которых при контроле труб свидетельствует о браке изделия.
При контроле труба проходит через устройство неразрушающего контроля. При этом производится регистрация сигналов узлов контроля дефектов и узлов контроля толщины штанги. Браковку контролируемых труб производят путем сравнения амплитуд сигналов контролируемых объектов с пороговыми значениями амплитуд сигналов, предварительно полученных при калибровке на контрольных образцах труб с искусственными дефектами.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет проводить абсолютно бесконтактный контроль труб, что весьма эффективно при использовании заявляемого устройства для контроля труб в процессе их подъема из скважины.