油井金属套管应力磁记忆检测仪

2014-12-24梁冰

石油管材与仪器 2014年6期

关键词：井径大庆油田测井

梁冰

(大庆测试技术服务分公司监测技术研发中心黑龙江大庆)

0 引言

金属磁记忆检测技术［1］是20 世纪90 年代后期，由俄罗斯学者杜波夫率先提出的。该方法不仅是对金属部件进行早期诊断唯一行之有效的方法，而且可以快速检测出已经出现的金属缺陷位置，在机械、航空、铁路、石油等领域有广泛的应用前景。

1 金属磁记忆的基本概念

磁记忆检测的基本原理是处于地磁环境下的铁制构件受工作载荷的作用，其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向，并在应力与变形集中区形成最大的漏磁场(Hp)的变化，如图1 所示。即磁场的切向分量Hp(x)具有最大值，而法向分量Hp(y)改变符号且具有零值点。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后继续保留。从而通过对漏磁场法向分量Hp(y)的测定，便可准确推断工件的应力集中部位。

图1 应力集中区漏磁场分布图

2 检测仪器的电路设计

1999 年中国机械工程学会率先从俄罗斯引进该项技术。目前，国内研制的仪器主要有两种:一种是厦门爱德森公司的EMS2000 金属磁记忆诊断仪［2］;另一种是清华大学的掌上金属磁记忆检测仪。两种仪器大部分硬件构成相似，综合两种仪器的优点、结合油田工程测井领域的具体要求，设计出了油井金属套管应力磁记忆检测仪系统原理框图，如图2 所示。

图2 油井金属套管应力磁记忆检测仪原理框图

系统主要包括:

1)传感器:仪器的关键元件，由于被检部件的磁场微弱，需选择灵敏度高的磁敏传感器。

2)温度补偿:磁敏传感器对温度较敏感，需设置温度补偿电路。

3)放大电路:不同的环境，传感器与工件的间距不同或工件表面本身的记忆磁场强弱不等，信号的大小差异较大。为了保证适当的信号动态范围，放大电路的增益需可变、受CPU 控制。此外放大电路还需完成A/ D 转换器对信号所要求的电平转换任务。

4)A/ D 转换器:为保证适当的分辨力，A/ D 转换器要求适当的位数。本仪器选用逐次通过型A/ D 转换器，同时为简化电路选用了多路输入的A/ D 变换器。

3 井下试验样机的主要设计参数

如图3 所示为井下试验样机的结构示意图。

仪器外径:90 mm;

仪器传感器测量系统采用八臂推靠式结构;

传感器耐温指标:150℃;

传感器及仪器耐压指标:60 MPa。

图3 井下试验样机的结构示意图

4 现场试验数据分析

如图4 所示是大庆油田拉15 丙264 井291 m ～308 m 首次测井曲线。从图4 中可以看到套管井接箍显示清晰，在两个接箍之间的301 m 处有一明显的应力集中区现象的显示，八个探头其中之一测得的最大的金属磁记忆峰峰值300 m/A 左右，属于产生的了应力集中现象，还没有达到塑性形变阶段。在井径测井过程中，301m 处没有丝毫套管变形显示，这就说明该处存在应力集中现象。

图4 大庆油田拉15 丙264 井磁记忆检测曲线(首次测量)

如图6 所示是大庆油田拉15 丙264 井第二次重复测井曲线。从图5 中可以看出各个探头的测试曲线显示的金属磁记忆响应的幅值稍有不同，仪器在井中旋转了方向，但可以看到首次测井的第3、4 号探头曲线趋势完全和第二次测井的第1、2 号探头曲线趋势重复较好;首次测井的第5、6 号探头曲线趋势完全和第二次测井的第3、4 号探头曲线趋势重复较好;首次测井的第7、8 号探头曲线趋势完全和第二次测井的第5、6号探头曲线趋势重复较好;首次测井的第1、2 号探头曲线趋势完全和第二次测井的第7、8 号探头曲线趋势重复较好。从二次测井曲线上看，完全验证了金属磁记忆测井仪的重复性。

图5 大庆油田拉15 丙264 的40臂井径测井曲线

如图7 所示是大庆油田高133 -36 井射孔井段内变形部位的磁记忆检测曲线，在1 003 m ～1 005 m 之间正好是套管变形位置，磁记忆响应峰峰值大约在600 A/m 左右，刚好对应了图7 中显示的高133 -36 井射孔井段内套管变形部位的16 臂井径检测曲线检测的变形部位。从井径测井结果看，该部位已经破损，应力已经部分释放。