CN105548345A - 一种油田压裂弯头缺陷检测装置及检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田压裂弯头缺陷检测装置及检验方法，该检测装置包括马达、齿轮传动副、检测平台、固定平台、移动滑块、霍尔元件和磁化线圈；其中，齿轮传动副包括主动传动件和从动传动件，主动传动件安装在马达的输出轴上，马达固定在检测平台上，检测平台和固定平台之间以及从动传动件中心处铰连接在一起，且从动传动件靠近固定平台一侧固定在固定平台上；磁化线圈套装在霍尔元件外周上，且两者整体安装在霍尔元件固定环内侧；移动滑块的一端套装在检测平台上，且能够沿检测平台自由滑动，移动滑块的另一端铰连接在霍尔元件固定环外侧上；测试时，霍尔元件套装在待检测的弯头上。

Description

一种油田压裂弯头缺陷检测装置及检验方法

技术领域：

本发明涉及弯头缺陷检验方法和检测装置领域，具体涉及一种油田压裂弯头缺陷检测装置及检验方法。

背景技术：

在油田压裂施工过程中，压裂液通过压裂车和各种连接管路，最终施加在油井内。其中，弯头在管路中大量使用，其作用是改变流体方向，满足现场压裂施工要求。由于弯头内压裂液的压力非常高，最高可达100MPa左右，且含有腐蚀性介质，对弯头的内、外壁均有严重的冲蚀作用(一般外壁受到的冲蚀作用更加严重)，在弯头性能的薄弱区域，容易产生裂纹等缺陷，进而发生破裂失效，造成人员伤亡和财产损失。因此，在弯头使用过程中，对弯头缺陷进行定期检验，并且对发现的缺陷进行及时处置，显得尤为必要。

中国专利文件201220592201.1公布了一种新型弯头检测装置，该装置可以对弯头进行水压试验，通过压力传感器，检测弯头内的压力值变化，从而判断弯头的承压能力是否符合要求。但该专利并未涉及对弯头缺陷进行检测和评价。中国专利文件201310683517.0公布了一种管道弯头脉冲涡流检测装置，该装置通过脉冲涡流传感器，信号处理电路和计算机***，把弯头缺陷信息进行处理，从而检测出弯头表面的缺陷。但该装置使用的是涡流脉冲信号，与漏磁缺陷检测原理本质不同，涡流检测对象主要是对表面缺陷，对于弯头内部缺陷几乎不能检测，且该专利不涉及对缺陷的跟踪及处理。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种油田压裂弯头缺陷检测装置及检验方法，其能够较好的检测弯管的内部及表面缺陷，检测效率较高，并对缺陷进行分类评价和处理。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种油田压裂弯头缺陷检验装置，包括马达、齿轮传动副、检测平台、固定平台、移动滑块、霍尔元件和磁化线圈；其中，齿轮传动副包括主动传动件和从动传动件，主动传动件安装在马达的输出轴上，马达固定在检测平台上，检测平台和固定平台之间以及从动传动件中心处铰连接在一起，且从动传动件靠近固定平台一侧固定在固定平台上；磁化线圈套装在霍尔元件外周上，且两者整体安装在霍尔元件固定环内侧；

移动滑块的一端套装在检测平台上，且能够沿检测平台自由滑动，移动滑块的另一端铰连接在霍尔元件固定环外侧上；测试时，霍尔元件套装在待检测的弯头上。

本发明进一步的改进在于，从动传动件为不完整齿轮，该不完整齿轮的缺口端固定在固定平台上。

本发明进一步的改进在于，检测平台和固定平台之间通过固定在检测平台上的第一连接支座以及固定在固定平台上的第二连接支座铰连接在一起。

本发明进一步的改进在于，检测平台上开设有凹形滑槽，移动滑块的一端设置为与凹形滑槽相配合的凸形滑块，移动滑块一端的凸形滑块能够在检测平台上凹形滑槽内自由滑动。

本发明进一步的改进在于，霍尔元件固定环包括霍尔元件上部固定环和霍尔元件下部固定环，其中，霍尔元件上部固定环一端、霍尔元件下部固定环一端以及移动滑块的另一端铰连接在一起；霍尔元件上部固定环另一端和霍尔元件下部固定环另一端通过螺栓连接在一起。

本发明进一步的改进在于，还包括用于与待检测的弯头最对比的对比试样，该对比试样的内壁和外壁上分别开设有内刻槽和外刻槽。

本发明进一步的改进在于，内刻槽和外刻槽深度为对比试样的5％壁厚。

一种油田压裂弯头缺陷检验装置的检测方法，包括以下步骤：

1)放置好弯头对比试样，启动马达，马达和齿轮传动副作用，带动检测平台转动，从而带动移动滑块转动和滑动，进而带动霍尔元件转动；磁化线圈通电，并产生周向磁场，霍尔元件能够探测到漏磁信号；检测平台从弯头一端转动到另一端，此时，弯头对比试样上的人工缺陷信号通过连接计算机，利用霍尔效应原理，把漏磁信号转换成电压信号；

其信号转换公式为：

$V_H=R_H\frac{IB}{d}$

式中：V_H－电位差；R_H－霍尔系数；I－电流强度；B－磁感应强度；d－板厚度；

电压信号大小在计算机上表现为缺陷回波高度大小，显示计算机上；如不能清晰显示缺陷回波图像，则重新调节探测电流和电压、转动速度，直至能清晰显示人工缺陷回波图像，此时扫描灵敏度已经校核完毕；

2)取下弯头对比试样，放置上待检测的弯头，启动马达，扫描弯头管体，扫描结束后，记录缺欠信号的位置；如未发现缺欠信号，则判为合格，能够继续使用。

本发明进一步的改进在于，还包括以下步骤：

3)如果缺欠信号超过在弯头对比试样上标定的信号值，则该弯头判废或采取其它隔离措施，建议不继续使用；如果缺欠回波不超过人工缺陷回波高度，则进行步骤4)操作；

4)利用常规超声横波检测探头及仪器等对缺欠进行重新检测；在弯头对比试样上进行校核，确定对比试样的回波高度和检测灵敏度；校核结束后，对回波高度不超过人工缺陷回波高度的缺欠进行检测，如确定缺欠为表面裂纹，则判定为不合格，进行判废或隔离处理，建议不继续使用，如确定缺欠为夹杂、气孔，则能够继续使用，进行步骤5)操作；

5)缺欠回波超过人工缺陷回波50％，登记弯头的编号，缺欠的位置、长度、深度，做好记录以便查找，并酌情考虑缩短检测周期，在下次检测时予以重点关注；缺欠回波在人工缺陷回波20％至50％之间，予以记录，并在下次检测周期内进行该部位的重点检查，查看缺欠否有扩展；缺欠回波低于人工缺陷回波20％的，不予记录。

与现有技术相比，本发明所述的弯头缺陷检测装置能够较好的解决弯头的缺陷检测问题。利用漏磁检测原理和霍尔元件，本发明提供的检测装置能够形成一个环形漏磁检测环，通过检测环的转动，能够较为快速、全面的检测整个弯头的内、外表面缺陷，对整个弯头截面实现100％全覆盖，更加便于掌握整个弯头的危险点。

本发明所述检验方法提出了一种缺陷处理方法，能够对发现的不合格弯头进行及时处理，对不超标但有缺欠的弯头进行分类处理、跟踪，了解缺欠的扩展情况，从而避免弯头失效情况的发生，具有较好的使用效果和经济价值。

附图说明：

图1为霍尔效应原理图，其中，图1(a)为电子所受洛伦兹力示意图，图1(b)为正电荷所受洛伦兹力示意图。

图2为弯头缺陷检测装置的示意图。

图3为图1的A-A向视图。

图4为图1的B-B向视图。

图5为霍尔元件固定环与移动滑块连接左视图。

图6为霍尔元件固定环与移动滑块铰接示意图。

图7为检测平台右视图。

图8为弯头对比试样示意图，其中，图8(b)为图8(a)的C-C向视图。

图中：1为弯头，2为马达，3为检测平台，4为不完整齿轮，5为第一连接支座，6为固定平台，7为第二连接支座，8为移动滑块，9为霍尔元件上部固定环，10为螺栓，11为第一铰接件，12为第二铰接件，13为霍尔元件下部固定环，14为对比试样，15为霍尔元件，16为磁化线圈。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。首先对弯头缺陷检测装置的结构做一个说明。

如图2和图7所示，本发明一种油田压裂弯头缺陷检验装置，包括马达2、不完整齿轮4、检测平台3、固定平台6、移动滑块8、霍尔元件15和磁化线圈16；其中，马达2固定在检测平台3上，检测平台3有滑槽部分横跨在弯头1上，检测平台3和第一连接支座5固定连接，不完整齿轮4中心和第二连接支座7通过第一铰接件11连接，不完整此轮4右边部分固定在固定平台6上，固定平台6和第二连接支座7固定连接。

如图3和图4所示，检测平台3有凹形滑槽，移动滑块8有凸形滑块，移动滑块8的凸形滑块在检测平台3的凹形滑槽内能够自由滑动。

如图5和图6所示，霍尔元件上部固定环9和霍尔元件下部固定环13通过第二铰接件12和移动滑块8连接，磁化线圈16固定在霍尔元件上部固定环9和霍尔元件下部固定环13上，霍尔元件上部固定环9和霍尔元件下部固定环13通过螺栓10固定。

如图8所示，弯头对比试样外弧侧有内刻槽17和外刻槽18(5％壁厚深度，长度20mm，允许公差±2.0mm，刻槽类型为矩形，实践过程中，弯头外弧侧为弯头最薄弱点，容易造成壁厚减薄和产生裂纹缺陷，因此人工缺陷做在外弧侧)。

本发明一种油田压裂弯头缺陷检验方法，包括如下操作步骤：

步骤一，放置好弯头对比试样14，螺栓10上紧，启动马达2，马达2和不完全齿轮4作用，带动检测平台3转动，从而带动移动滑块8转动和滑动，进而带动霍尔元件上部固定环9和霍尔元件下部固定环13转动。磁化线圈16通电，并产生周向磁场，霍尔元件15就能够探测到漏磁信号(这里能探测的缺陷和其方向有一定关系，缺陷方向和磁场方向成90°，探测效果最好，缺陷方向和磁场方向小于20°，探测效果较差)。检测平台3匀速、缓慢、稳定地从弯头一端转动到另一端，此时，弯头对比试样14上的人工缺陷(5％壁厚深度刻槽)信号通过连接计算机和处理软件，利用霍尔效应原理(如图1所示)，把漏磁信号转换成电压信号，其信号转换公式为：

$V_H=R_H\frac{IB}{d}$

式中：V_H－电位差；R_H－霍尔系数；I－电流强度；B－磁感应强度；d－板厚度；

电压信号大小在计算机上表现为缺陷回波高度大小，显示计算机上。如不能清晰显示缺陷图像，则重新调节探测电流和电压、转动速度，直至能清晰显示人工缺陷图像(一般缺陷信号高度为整个显示高度的80％)，此时扫描灵敏度已经校核完毕。

步骤二，打开螺栓10，取下弯头对比试样，放置上被检测弯头。启动马达2，扫描弯头1管体，扫描结束后，记录处理软件上的所有缺欠信号的位置，并在弯头上做好标记。如未发现缺欠信号，则判为合格，可以继续使用。

步骤三，如有缺欠回波高度等于或大于人工缺陷回波高度(比如80％显示高度)，即可判定为缺陷，则该弯头为不合格，需进行判废或采取其它隔离措施，建议不继续使用。如果缺欠回波不超过人工缺陷回波高度，则进行步骤四操作。

步骤四，利用常规超声横波检测探头及仪器等对缺欠进行重新检测。在弯头对比试样14上进行校核，确定对比试样的回波高度和检测灵敏度。校核结束后，对回波高度不超过人工缺陷回波高度的缺欠进行检测，如确定缺欠为表面裂纹，则判定为不合格，进行判废或其它隔离措施，建议不继续使用。如为其它类型缺欠，则可继续使用，进行步骤五操作。其中，常规超声波检测***包括：超声波检测仪、横波斜探头、探头连线、耦合剂等。

步骤五，缺欠回波超过人工缺陷回波50％，应及时、准确的登记上弯头的编号，缺欠的位置、长度、深度等信息，做好记录以便查找，并酌情考虑缩短检测周期，在下次检测时予以重点关注。缺欠回波在人工缺陷回波20％至50％之间，也应予以记录，并在下次检测周期内进行该部位的重点检查，查看缺欠否有扩展。缺欠回波低于人工缺陷回波20％的，可以不予记录。

Claims (9)

1.一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，包括马达(2)、齿轮传动副、检测平台(3)、固定平台(6)、移动滑块(8)、霍尔元件(15)和磁化线圈(16)；其中，齿轮传动副包括主动传动件和从动传动件，主动传动件安装在马达(2)的输出轴上，马达(2)固定在检测平台(3)上，检测平台(3)和固定平台(6)之间以及从动传动件中心处铰连接在一起，且从动传动件靠近固定平台(6)一侧固定在固定平台(6)上；磁化线圈(16)套装在霍尔元件(15)外周上，且两者整体安装在霍尔元件固定环内侧；

移动滑块(8)的一端套装在检测平台(3)上，且能够沿检测平台(3)自由滑动，移动滑块(8)的另一端铰连接在霍尔元件固定环外侧上；测试时，霍尔元件(15)套装在待检测的弯头(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，从动传动件为不完整齿轮(4)，该不完整齿轮(4)的缺口端固定在固定平台(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，检测平台(3)和固定平台(6)之间通过固定在检测平台(3)上的第一连接支座(5)以及固定在固定平台(6)上的第二连接支座(7)铰连接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，检测平台(3)上开设有凹形滑槽，移动滑块(8)的一端设置为与凹形滑槽相配合的凸形滑块，移动滑块(8)一端的凸形滑块能够在检测平台(3)上凹形滑槽内自由滑动。

5.根据权利要求1所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，霍尔元件固定环包括霍尔元件上部固定环(9)和霍尔元件下部固定环(13)，其中，霍尔元件上部固定环(9)一端、霍尔元件下部固定环(13)一端以及移动滑块(8)的另一端铰连接在一起；霍尔元件上部固定环(9)另一端和霍尔元件下部固定环(13)另一端通过螺栓(8)连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，还包括用于与待检测的弯头(1)最对比的对比试样(14)，该对比试样(14)的内壁和外壁上分别开设有内刻槽(17)和外刻槽(18)。

7.根据权利要求6所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置，其特征在于，内刻槽(17)和外刻槽(18)深度为对比试样(14)的5％壁厚。

8.权利要求1所述的一种油田压裂弯头缺陷检验装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)放置好弯头对比试样(14)，启动马达(2)，马达(2)和齿轮传动副作用，带动检测平台(3)转动，从而带动移动滑块(8)转动和滑动，进而带动霍尔元件转动；磁化线圈(16)通电，并产生周向磁场，霍尔元件(15)能够探测到漏磁信号；检测平台(3)从弯头一端转动到另一端，此时，弯头对比试样(14)上的人工缺陷信号通过连接计算机，利用霍尔效应原理，把漏磁信号转换成电压信号；

其信号转换公式为：

$V_H=R_H\frac{IB}{d}$

式中：V_H－电位差；R_H－霍尔系数；I－电流强度；B－磁感应强度；d－板厚度；

电压信号大小在计算机上表现为缺陷回波高度大小，显示计算机上；如不能清晰显示缺陷回波图像，则重新调节探测电流和电压、转动速度，直至能清晰显示人工缺陷回波图像，此时扫描灵敏度已经校核完毕；

2)取下弯头对比试样(14)，放置上待检测的弯头(1)，启动马达(2)，扫描弯头(1)管体，扫描结束后，记录缺欠信号的位置；如未发现缺欠信号，则判为合格，能够继续使用。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

3)如果缺欠信号超过在弯头对比试样(14)上标定的信号值，则该弯头(1)判废或采取其它隔离措施，建议不继续使用；如果缺欠回波不超过人工缺陷回波高度，则进行步骤4)操作；

4)利用常规超声横波检测探头及仪器等对缺欠进行重新检测；在弯头对比试样(14)上进行校核，确定对比试样的回波高度和检测灵敏度；校核结束后，对回波高度不超过人工缺陷回波高度的缺欠进行检测，如确定缺欠为表面裂纹，则判定为不合格，进行判废或隔离处理，建议不继续使用，如确定缺欠为夹杂、气孔，则能够继续使用，进行步骤5)操作；

5)缺欠回波超过人工缺陷回波50％，登记弯头的编号，缺欠的位置、长度、深度，做好记录以便查找，并酌情考虑缩短检测周期，在下次检测时予以重点关注；缺欠回波在人工缺陷回波20％至50％之间，予以记录，并在下次检测周期内进行该部位的重点检查，查看缺欠否有扩展；缺欠回波低于人工缺陷回波20％的，不予记录。