Устройство для дефектоскопии насосной штанги

Полезная модель относится к области неразрушающего магнитного контроля металлических изделий и может быть использована при дефектоскопии насосных штанг с насаженными на нее центраторами в нефтегазодобывающей отрасли.
Известно устройство для контроля структуры протяженного ферромагнитного изделия (патент RU 1727486 С, МПК G01N 27/82 (1990.01), опубл. 1994 г.), содержащее намагничивающую систему в виде двух согласно включенных намагничивающих обмоток, размещенных коаксиально изделию, а также измерительную систему в виде дифференциально включенных двух центральных измерительных обмоток, которые размещены коаксиально изделию между намагничивающими обмотками и двух пар дифференциально включенных выносных измерительных обмоток, которые также размещены коаксиально изделию.
Такое устройство имеет ограниченные возможности, что объясняется невозможностью дефектоскопии насосной штанги с насаженным на нее центратором и невозможностью дефектоскопии насосной штанги непосредственно на скважине. Также из-за низкой чувствительности измерительных обмоток невозможно определять одиночные усталостные механические дефекты.
Наиболее близким и принятым в качестве прототипа заявляемого устройства является установка для бесконтактного ультразвукового, и/или вихретокового, и/или магнитного контроля цилиндрических изделий (патент RU139681 U1, МПК G01N 29/04 (2006.01), опубл. 2014 г.), содержащее устанавливаемые с возможностью охвата поверхности штанги узел магнитной дефектоскопии штанги с системой намагничивания и вихретоковый датчик.
Наличие вихретокового датчика в сочетании с узлом магнитной дефектоскопии позволяет повысить чувствительность и несколько расширить возможности устройства за счет возможности определения одиночных усталостных механических дефектов.
Однако, недостатком такого устройства является его ограниченное применение из-за невозможности дефектоскопии насосной штанги с насаженным на нее центратором и невозможности дефектоскопии насосной штанги непосредственно на скважине.
Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение возможности использования устройства за счет обеспечения возможности дефектоскопии насосной штанги с насаженным на нее центратором и возможности дефектоскопии насосной штанги непосредственно на скважине.
Поставленная техническая задача решается за счет устройства дефектоскопии насосной штанги, содержащего устанавливаемые с возможностью охвата поверхности штанги узел магнитной дефектоскопии штанги с системой намагничивания и вихретоковый датчик.
Это усовершенствование заключается в том, что узел магнитной дефектоскопии штанги имеет контактные датчики, установленные с возможностью радиального перемещения на лепестках, а вихретоковый датчик установлен после узла магнитной дефектоскопии и выполнен проходным, бесконтактным с возможностью охвата штанги с центратором.
Такое конструктивное выполнение устройства для дефектоскопии насосной штанги, позволяет без демонтажа центраторов выявлять усталостные эксплуатационные дефекты, образующиеся при наплавке центратора на штангу из-за термического влияния на тело штанги под центратором, приводящее к изменению структуры металла по границам цетратора. А также выявлять дефекты (объемную область микротрещин), появляющиеся в процессе эксплуатации штанг при циклических знакопеременных нагрузках преимущественно по краям центратора, в местах с измененной структурой металла, в сочетании с агрессивной средой скважины, которые приводят к появлению и развитию усталостной поперечной трещины, приводящей при дальнейшем циклическом нагружении к обрыву штанговой колонны.
Кроме того, вихретоковый датчик может быть установлен на расстоянии от системы намагничивания не более четырех диаметров тела контролируемой штанги. Что позволяет за счет намагниченности штанги увеличить чувствительность вихретокового датчика и всего устройства к усталостным, эксплуатационным дефектам вблизи центратора и под ним.
Кроме того, проходной вихретоковый датчик может быть выполнен в виде дифференциальной измерительной катушки и генераторной катушки, что позволяет производить дефектоскопию штанги для обнаружения усталостных, эксплуатационных дефектов, не демонтируя полиамидных центраторов (в том числе и при спускоподъемных операциях непосредственно на скважине в виду компактных размеров устройства).
Кроме того, устройство может быть снабжено узлом базирования узла магнитной дефектоскопии штанги с системой намагничивания и вихретокового датчика относительно оси штанги, выполненным в виде шарнирно-рычажного механизма пантографа с направляющими телами качения, устанавливаемыми с возможностью контакта с поверхностью штанги, центратора и муфтового соединения, что обеспечивает возможность контроля штанг непосредственно при их подъеме на скважине.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображена схема размещения устройства на скважине, на фиг. 2 изображено заявляемое устройство (устьевое оборудование показано тонкой линией), на фиг. 3 - вид по А на фиг. 1. Устройство для дефектоскопии насосной штанги 1 содержит устанавливаемые с возможностью охвата поверхности штанги 1 узел 2 магнитной дефектоскопии штанги 1 с системой намагничивания 3 и вихретоковый датчик 4. Узел 2 магнитной дефектоскопии штанги 1 имеет контактные датчики 5, установленные с возможностью радиального перемещения на лепестках 6 цанги, а вихретоковый датчик 4 установлен после узла 2 магнитной дефектоскопии и выполнен проходным, бесконтактным с возможностью охвата штанги 1 с центратором 7. В приведенном варианте вихретоковый датчик 4 установлен на расстоянии от системы намагничивания 3 не более четырех диаметров тела контролируемой штанги 1. Проходной вихретоковый датчик 4 выполнен в виде дифференциальной измерительной катушки 8 и генераторной катушки 9. В приведенном варианте устройство снабжено узлом базирования узла 2 магнитной дефектоскопии штанги 1 с системой намагничивания 3 и вихретокового датчика 4 относительно оси штанги 1, выполненным в виде шарнирно-рычажного механизма пантографа 10 с направляющими телами качения 11, устанавливаемыми с возможностью контакта с поверхностью штанги 1, центратора 7 и муфтового соединения 12 штанг 1.
Устройство для дефектоскопии насосной штанги работает следующим образом.
Контролируемую штангу 1 перемещают в продольном направлении относительно узла 2 магнитной дефектоскопии, системы намагничивания 3 и вихретокового датчика 4. При этом за счет установки контактных датчиков 5 с возможностью радиального перемещения на лепестках 6 цангиузел 2 свободно перемещается вдоль намагниченной штанги 1 с насаженными на нее цетраторами без их демонтажа, осуществляя контроль диаметрального размера и дефектов тела штанги 1. Проходной бесконтактный вихретоковый датчик 4, определяет усталостные, эксплуатационные дефекты вблизи центраторов и под ними. Катушка генераторная 9 создает переменное магнитное поле. В теле штанги 1 наводятся вихревые токи. При наличии дефекта на теле штанги 1 наведенные вихревые токи меняются при прохождении вихретокового датчика 4 в месте расположения дефекта, что ведет к изменению электрических сигналов, наведенных в дифференциальной измерительной катушке 8, характеризуемых амплитудой напряжения и сдвигом по фазе (времени) относительно сигнала, наведенного в генераторной катушке 9. При наличии подмагничивания от системы магнитного контроля вихретоковый датчик 4 становится наиболее чувствительным.
В варианте использования предлагаемого устройства для контроля штанг на скважине устройство базируют на контролируемой штанге 1 посредством шарнирно-рычажного механизма пантографа 10 с направляющими телами качения 11, обеспечивая соосность контролируемой штанги 1 и узла 2 магнитной дефектоскопии с системой намагничивания 3 и вихретокового датчика 4 при продольном перемещении штанги 1 в процессе ее подъема из скважины. При относительном продольном перемещении штанги 1 и устройства дефектоскопии направляющие тела качения 11 перемещаются в радиальном направлении, контактируя с поверхностью штанги 1, центратора 7 и муфтового соединения 12 штанг 1.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет расширить возможности использования устройства за счет обеспечения возможности дефектоскопии насосной штанги с насаженным на нее центратором и возможности дефектоскопии насосной штанги непосредственно на скважине.