MTC鋼絲繩電腦探傷儀在油田的應用

　　1 問(wèn)題的提出

　　鋼絲繩在油氣田勘探開(kāi)發(fā)中應用非常廣泛，如在鉆、修井機、油井抽油、撈砂、頓鉆和清屑等方面都大量使用。 鋼絲繩在工作過(guò)程中，會(huì )發(fā)生疲勞、銹蝕、磨損、斷絲等現象，從而影響到設備和系統的安全運行和人員的生命安全。 近年來(lái)，隨著(zhù)我國深井和超深井鉆探開(kāi)采工作的不斷發(fā)展，鉆井鋼絲繩的使用條件更加惡劣， 發(fā)生了許多鋼絲繩斷裂事故，損失慘重，因此進(jìn)行鋼絲繩剩余強度定量評定方法及檢測方法的研究具有重要意義。

　　傳統的鋼絲繩檢測方法是人工目視檢查。 這一方法由專(zhuān)職檢測人員定期對使用中的鋼絲繩進(jìn)行觀(guān)察。 采用卡尺測量繩徑，手摸或肉眼尋找缺陷。 顯然，人工目視檢查只能發(fā)現鋼絲繩中露在外部的缺陷(如斷絲)，而對內部的斷絲、銹蝕等缺陷則無(wú)能為力。 且人工檢查速度較慢，受人為因素影響較大，檢查結果可靠性差。

　　目前， 鋼絲繩判廢切除主要是依據 API RP 9B規則《油田用鋼絲繩的使用、維護推薦做法》，該規則根據鋼絲繩的使用工作量評定鋼絲繩的壽命，即以鋼絲繩承受的載荷與工作行程作為鋼絲繩報廢切除的依據，這是一種經(jīng)驗的定性的方法，對具體工況下鋼絲繩的損傷和壽命無(wú)法較準確地評定：要么對鋼絲繩壽命消耗估計過(guò)少， 導致鋼絲繩斷裂;要么對鋼絲繩壽命消耗估計過(guò)多，造成過(guò)早切除浪費。 因此，對鋼絲繩進(jìn)行安全性定量評定是十分必要的。

　　2 MTC 鋼絲繩檢測原理

　　2.1 組成

　　電腦探傷儀系統的組成如圖 1。 主要由檢測傳感器、脈沖編碼器、信號處理系統、計算機系統、鋼絲繩定量分析軟件及聲光報警輔助功能裝置構成[1,2]。 傳感器將鋼絲繩缺陷所形成的漏磁場(chǎng)信號轉化為微弱的電信號; 信號處理系統將獲得的電信號經(jīng)放大、濾波、調理后進(jìn)行 A/D 轉換并送到計算機的并行口; 脈沖編碼器發(fā)出脈沖控制計算機對并行口數據采樣; 鋼絲繩定量分析軟件對采樣得到的數據進(jìn)行分析、顯示，并在檢測到缺陷時(shí)觸發(fā)聲光報警輔助功能裝置工作[3]。

　　2.2 檢測原理

　　鋼絲繩表面及內部斷絲和因磨損、疲勞、變形等引起的鋼絲繩橫截面中金屬截面積變化從而導致磁場(chǎng)發(fā)生變化，鋼絲繩檢測裝置是一種利用磁性檢測原理定量檢測漏磁場(chǎng)進(jìn)行缺陷判斷的無(wú)損檢測儀器。

　　磁性檢測原理是，在磁場(chǎng)的作用下，鋼絲繩上的物理缺陷(如斷絲、銹蝕、磨損等)影響鋼絲繩的磁場(chǎng)分布，利用磁敏檢測元件(如霍爾元件、感應線(xiàn)圈、磁敏二極管、三極管等)檢測磁場(chǎng)的變化特征，并將其轉換為電信號，通過(guò)電信號的變化表征鋼絲繩的物理缺陷[3]。

　　圖 2 為鋼絲繩磁性檢測原理示意圖， 磁鐵、銜鐵、 磁鐵與鋼絲繩間空氣隙和鋼絲繩構成勵磁回路。 磁鐵將鋼絲繩磁化至飽和狀態(tài)，當磁化區域內的鋼絲繩上存在物理缺陷時(shí)，鋼絲繩上的磁場(chǎng)分布就會(huì )變化，磁場(chǎng)分布的變化因缺陷的性質(zhì)不同而不同。 若缺陷為斷絲，在斷絲處由于空氣隙的磁阻遠大于鋼絲繩磁阻，部分磁力線(xiàn)會(huì )泄漏到鋼絲繩外從而形成漏磁場(chǎng);若缺陷為銹蝕或磨損，鋼絲繩的金屬截面積發(fā)生變化， 而使磁路的主磁通發(fā)生變化。

　　通過(guò)布置在鋼絲繩磁化段中部均勻磁場(chǎng)區域的磁敏檢測元件檢測鋼絲繩磁場(chǎng)分布的變化，可以獲得包含鋼絲繩物理缺陷特征的信號， 對信號進(jìn)行處理、分析可以實(shí)現鋼絲繩的定量檢測。 因此根據鋼絲繩的結構和缺陷特征，研究出鋼絲繩檢測的兩種方法：

　　2.2.1 金屬橫截面積損失檢測(LMA)

　　其原理是主磁通測定法，即利用強磁場(chǎng)作為勵磁源， 將處于兩磁極間的一段鋼絲繩磁化到飽和。根據磁學(xué)的有關(guān)理論， 鐵磁材料在磁飽和情況下，材料內的磁通量與金屬橫截面積的大小成正比，故由傳感器所測出的磁通量的變化，即為鋼絲繩金屬橫截面積的變化。

　　2.2.2 局部損傷檢測(LF)

　　局部損傷主要是指斷絲、銹蝕坑、變形等所引起的鋼絲繩局部物理狀態(tài)的退化。 智能鋼絲繩探傷儀采用漏磁檢測的原理檢測鋼絲繩中此類(lèi)損傷。

　　將上述兩路檢測信號(LMA)和(LF)以及距離信號分別送入計算機進(jìn)行處理， 檢測信號經(jīng)放大、濾波等處理后有計算機進(jìn)行采集和判別，得出檢測結果，檢測結果可顯示、儲存和打印。

　　鋼絲繩運行的位置有光電編碼器編碼后進(jìn)入計算機， 計算機對位置編碼器發(fā)出脈沖信號計數，通過(guò)邏輯運算后得到精確的位置。

　　2.3 設備技術(shù)性能[1]

　　采用不同的探頭規格，可以檢測的鋼絲繩范圍為 Ф5～85mm。

　　檢測繩長(cháng)：≥10 000m，距離分辨率：0.02m。 檢測繩速：0.3～3.5m/s。

　　LMA 測量誤差 ：±0.1%(LMA 量程為 20% )， 分辨率：0.01%。

　　LMA 檢測靈敏度：缺陷寬度≥10mm。

　　LMA 定量分析 ：缺陷寬度≥50mm，銹蝕 、磨損金屬橫截面積>1%。

　　LF 檢測靈敏度：銹蝕、斷絲、變形、松股。

　　工作溫度：-20℃～40℃。

　　電源：內置電池供電。