抽油杆无盲区检测方案和系统设计

　　抽油杆是石油工业中的重要工具,在使用过程中长期承受交变、振动及冲击等载荷作用,易产生疲劳裂纹和机械损伤等缺陷。抽油杆工作时还处于多种腐蚀介质环境中,其表面也容易形成腐蚀坑,造成腐蚀疲劳失效^[1]。近年来,漏磁检测以其检测速度较快、检测深度深、灵敏度高和易于实现自动化等优点被越来越多地用于抽油杆检测。目前使用的抽油杆漏磁检测仪由于其结构和方法上的不足,对抽油杆两端存在160~180 mm检测盲区。该盲区恰好是抽油杆作业中最易产生缺陷的应力集中区,屡屡发生断杆事故,造成巨大的经济损失。为此在探伤工艺上,两端再安排磁粉探伤,但因自动化检测难以实现,探伤速度慢,影响检测效率。

　　1　抽油杆无盲区检测方案设计

　　1.1　磁性检测原理及检测盲区的形成

　　抽油杆一般由导磁良好的铁磁性材料制成,其漏磁场法检测的基本原理是,采用合适的励磁回路将强磁场施加于抽油杆并将其饱和磁化,当被检区域有裂纹或偏磨等缺陷时,材料局部的磁导率降低(磁阻增加),通过该区域的磁场产生畸变,导致一部分磁场从材料中外泄出来,形成抽油杆表面局部区域的漏磁场^[2~4]。缺陷形状和几何尺寸的不同使漏磁场也不同。采用置于励磁回路(或检测探头)之成的检测单元来检测漏磁场的变化,即可获得反映抽油杆缺陷状况的信号。

　　漏磁检测要求检测探头能够始终贴近被检抽油杆,而常规的检测设备由于在结构和控制等方面的缺陷,加之抽油杆连接区形状不规则,使其无法满足这个条件,从而形成了检测盲区。图1所示为抽油杆常规漏磁检测设备,当抽油杆杆头到达感应器1时开始检测,另一杆头走过感应器2时停止检测,因此形成了检测盲区1和2。另外由于检测探头沿杆轴向的结构尺寸,也会加大盲区。

　　1.2　无盲区检测方案设计

　　采用漏磁法实现抽油杆的无盲区检测,关键是针对两个端部采用可行的检测方案,设计合理的检测探头、有效的磁化方法和保证系统高效运行的控制系统。探头的设计主要是根据抽油杆过渡区的几何形状,设计出灵活的能够紧贴被测表面的探头,并采用多个探头周向布置的方式保证整个圆周不漏检;采用适量的线圈对抽油杆的端部盲区进行整体磁化,保证被测区域在检测时能够被饱和磁化;整个系统用可编程控制器(PLC)实现全自动控制,准确高效地自动完成从上料→检测→下料的全过程。

　　为了提高自动检测的效率,抽油杆的无盲区检测分成两部分并行工作,即由两个端头检测系统实现端部检测和由一套杆体检测系统实现杆体检测。下面仅对前一部分设计进行详细的阐述,后一部分设计在文献[5~7]已有介绍。