Портативна електромагнітна установка для дефектоскопії кінцевих ділянок бурильних труб

Реферат: Портативна електромагнітна установка для дефектоскопії кінцевих ділянок бурильних труб працює за принципом електромагнітного визначення дефектів. Бурильну трубу з зовнішньої сторони при дефектоскопії намагнічують сідлоподібним соленоїдом змінного струму стандартної частоти, а по внутрішній поверхні труби, одночасно з переміщенням сідлоподібного соленоїда по поверхні труби, переміщують внутрішньотрубний датчик, а синхронне переміщення сідлоподібного соленоїда на поверхні труби та внутрішньотрубного датчика, що переміщують всередині труби, забезпечують жорстким кріпленням штанги з закріпленим на механічному центраторі внутрішньотрубним датчиком з утримувачем сідлоподібного соленоїда, а також забезпечують дефектоскопію при зазорі між сідлоподібним соленоїдом і трубою від 0 до 7 мм та зазором між внутрішньою поверхнею труби і внутрішньотрубним датчиком від 0 до 10 мм. UA 122756 U (12) UA 122756 U UA 122756 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до неруйнівних пристроїв для виявлення та визначення дефектів (корозійних пітингів, раковин, тріщин, зношування товщини стінок труб тощо). Відомі методи та технології неруйнівного контролю, що використовуються при проведенні технічного діагностування труб. До цих методів належать методи ультразвукової дефектоскопії, магнітопорошкового, радіаційного, оптичного контролю та інші. Сучасні засоби і методики, що використовуються для неруйнівного контролю труб нафтогазового сортаменту, це в основному ультразвукові дефектоскопи, і товщиноміри, твердоміри та магнітні коерцитиметри. Коерцитиметри КРМ-Ц, КРМ-ЦК-2М, електромагнітно-акустичні товщиноміри УТ-0,4 (ЕМА) Дельта виробляються ТОВ "Фірма "Спеціальні наукові розробки" (www.snr-ndt.com). Методи електромагнітного визначення дефектів в бурильних трубах захищені патентами США US 3611121В2, US 7505859B2. Установки, що працюють за даними методами, випускаються відомими фірмами Tuboscope Vetco, Sonoscope, Amalog. Принцип дії таких установок наступний: соленоїд постійного струму заводиться в трубу, а потім в зону соленоїда на трубу надівається хомут із керамічними башмаками, в які вмонтовані датчики Холла або магніторезістори для реєстрації магнітних полів розсіювання на дефектах. Найближчим аналогом до запропонованої установки є установка "МАГПОРТАБУР" (http://vimatec.ru/produktsiya/rasseyanie-magnitnogo-potoka/oborudovanie-metoda-magnitnogorasseyaniya/196-portativnaya-ustanovka-kontrolya-burilnykh-trub-magnitnymi-metodaminerazrushayushchego-kontrolya-magportabur) (Фігура 5). Кінематика роботи цієї установки наступна: труба виставляється на стійках, в бурильну або насосно-компресорну трубу заводиться соленоїд постійного струму, а потім за допомогою вантажно-підіймального механізму монтується установка. Вмикається електроживлення візка, соленоїда і електронної вимірювальної системи, установка переміщується між стійками, на яких стоїть труба, і синхронно проводиться запис сигналів від датчиків по тілу труби. Перед вимірюванням кожної наступної труби необхідно провести розмагнічування труби, а при зміні сортаменту труб (діаметр, товщина стінки) необхідна калібровка електронної системи. Названа електромагнітна установка має певні недоліки: вона великогабаритна і великовагова, потребує розмагнічування труб, тому що датчики реагують на намагніченість труби і показують недостовірні результати. Для її монтажу необхідне додаткове обладнання, в тому числі і підйомне (вага установки до 500 кг), необхідна очистка зовнішньої поверхні труби для забезпечення малого зазору (до 2 мм) між контактними поверхнями башмаків і трубою. Також відбувається зношування башмаків, що потребує їх періодичної заміни. В основу корисної моделі поставлена задача зробити портативну, безконтактну і швидкодіючу електромагнітну установку для неруйнівного контролю кінцевих ділянок бурильних труб, що не має вищеназваних недоліків. Кінцеві ділянки бурильних труб є критичними щодо аварійності. Статистика аварійності показує, що більше 85 % руйнувань бурильних труб відбувається в місці перехідного зменшення товщини стінки від бурильного замка до тіла труби, де виникають поперечні тріщини та розмиви труб, а також в зоні дії пневматичних клинів ротора (до 1,5 м від кінця труби). Поставлена задача вирішується тим, що виражається в сукупності суттєвих ознак, достатніх для досягнення корисною моделлю технічного результату є те, що труба з зовнішньої поверхні при дефектоскопії намагнічується сідлоподібною котушкою змінного струму промислової частоти (50 Гц), а по внутрішній поверхні труби одночасно і синхронно переміщується диференційний датчик, який сприймає електромагнітні коливання, що проходять від збуджуючої сідлоподібної котушки наскрізь через стінку бурильної труби. Внутрішньотрубний датчик є диференційним і являє собою систему широкозахватних тонкоплівкових датчиків для прийому низькочастотних електромагнітних коливань і дає можливість порівнювати амплітуди імпульсів на двох суміжних ділянках труби, що підвищує достовірність виявлення дефектів. Різниця напруг даного диференційного датчика підсилена та перетворена в аналогово-цифровому перетворювачі і є виміром дефекту в даній точці труби. Режими намагнічування труб різні і залежать від товщини стінки труби. Корисна модель дає змогу перевіряти кінцеві ділянки труб протяжністю біля 1,5 м від замка труби та забезпечує виявлення дефектів в трубах з товщиною стінки від 5,0 мм до 12,0 мм. Суть корисної моделі пояснює креслення. Внутрішньотрубний датчик (1, Фігура 1) переміщується оператором вручну синхронно із зовнішньою збуджуючою сідлоподібною котушкою (2, Фігура 1). В зв'язку з тим, що кінцеві ділянки бурильних труб мають змінний діаметр (3, Фігура 1), внутрішньотрубний датчик 1 UA 122756 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розташований на механічному центраторі (4, Фігура 1), що має гнучкість і механічно приймає форму внутрішньої поверхні труби відповідно до зміни профілю труби. Механічний центратор закріплений на штанзі (5, Фігура 1), а штанга жорстко поєднана з утримувачем збуджуючої котушки (6, Фігура 1) для переміщення по зовнішній поверхні труби. Блок-схема установки показана на Фігурі 2. Блок живлення (7, Фігура 2) подає напругу на зовнішню збуджуючу сідлоподібну котушку (2, Фігура 2). Сигнал з внутрішньотрубного датчика (9, Фігура 2) подається до підсилювача сигналів (10, Фігура 2), далі сигнал надходить до аналогово-цифрового перетворювача (11, Фігура 2) і на персональний комп'ютер (12, Фігура 2). Передбачена можливість надходження сигналів з підсилювача сигналів на світлодіодний індикатор (13, Фігура 2) (30-40 світлодіодів). Установка безконтактна. Зазор між сідлоподібною котушкою і трубою може складати до 7 мм. Зазор між внутрішньою поверхнею труби і внутрішньотрубним датчиком може складати до 10 мм. Установка не потребує суцільного очищення поверхонь труб, які були в експлуатації. Наявність на (в) трубі продуктів корозії, солей, парафінів, нафти, органічних сполук, окалини, іржі не впливає на виявлення дефектів зношування металу труб. Установка може використовуватись на металургійних підприємствах, що виготовляють труби, трубних базах і складах, безпосередньо на містках або бурових майданчиках тощо. Установка працює при переміщенні оператором пошукового пристрою вздовж труби. За один прохід вздовж труби система датчиків установки захватує по периметру -120; тому для контролю поверхні труби по всьому периметру з одного кінця необхідно проводити 4-разове сканування: переміщення в глибину труби, потім поворот на 90 і переміщення назад, а потім знову поворот установки і знову вперед і назад. Подібне 4-разове сканування необхідно проводити і на протилежному кінці бурильної труби. Фізичні характеристики установки: - діапазон діаметрів контрольованих труб 73-140 мм; - можливість виявлення втрати площі поперечного перерізу труби: а) при загальній корозії і зношуванні товщини стінки труби еквівалентна кільцевій проточці внутрішньої поверхні труби глибиною 1-2 мм і шириною 2 мм; б) при пітинговій, рівчачковій корозії еквівалентна глибині канавки 2 мм шириною 2 мм в секторі 120°; - маса установки (без комп'ютера і блока живлення) - 3 кг; - електроживлення - 220 В. На Фігурі 3 надано зовнішній вигляд установки. Установка є компактною, при роботі обслуговується двома операторами: один проводить ручне сканування труби, другий спостерігає за комп'ютерною реєстрацією дефектограм. Приклад виявлених дефектів при дефектоскопії бурильної труби 114×12 мм і насоснокомпресорної труби 089×8 мм показаний на діаграмах, наданих на Фігурі 4. Зразок установки для дефектоскопії кінцевих ділянок бурильних труб виготовлений та випробуваний в ТОВ "Полтавська бурова компанія". Фігури та графічні зображення Фігура 1, кінематика корисної моделі, де: 1 - внутрішньотрубний датчик; 2 - зовнішня збуджуюча сідлоподібна котушка; 3 - внутрішній профіль бурильної труби; 4 - механічний центратор; 5 - штанга; 6 - утримувач зовнішньої збуджуючої сідлоподібної котушки. Фігура 2, блок-схема установки, де: 1 - внутрішньотрубний датчик; 2 - зовнішня збуджуюча сідлоподібна котушка; 7 - блок живлення; 10 - підсилювач сигналів; 11 - аналогово-цифровий перетворювач; 12 - персональний комп'ютер; 13 - світлодіодний індикатор. Фігура 3, загальний вигляд установки, де: 1 - внутрішньотрубний датчик; 2 - зовнішня збуджуюча сідлоподібна котушка; 5 - штанга; 6 - утримувач зовнішньої збуджуючої сідлоподібної котушки. 2 UA 122756 U 5 Фігура 4, приклад виявлених дефектів при дефектоскопії бурильної труби 114×12 мм і насосно-компресорної труби 89×8 мм, де: 8 - діаграма корозії насосно-компресорної труби 89×8 мм; 9 - діаграма раковин бурильної труби 114×12 мм. Фігура 5, загальний вигляд установки "МАГПОРТАБУР". ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Портативна електромагнітна установка для дефектоскопії кінцевих ділянок бурильних труб, що працює за принципом електромагнітного визначення дефектів, яка відрізняється тим, що бурильну трубу з зовнішньої сторони при дефектоскопії намагнічують сідлоподібним соленоїдом змінного струму стандартної частоти, а по внутрішній поверхні труби, одночасно з переміщенням сідлоподібного соленоїда по поверхні труби, переміщують внутрішньотрубний датчик, а синхронне переміщення сідлоподібного соленоїда на поверхні труби та внутрішньотрубного датчика, що переміщують всередині труби, забезпечують жорстким кріпленням штанги з закріпленим на механічному центраторі внутрішньотрубним датчиком з утримувачем сідлоподібного соленоїда, а також забезпечують дефектоскопію при зазорі між сідлоподібним соленоїдом і трубою від 0 до 7 мм та зазором між внутрішньою поверхнею труби і внутрішньотрубним датчиком від 0 до 10 мм. 3 UA 122756 U 4 UA 122756 U 5 UA 122756 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6