CN104564023A - 非接触式高精度阵列电磁测厚仪 - Google Patents

Abstract

一种非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其包括依次相连的电磁测厚仪电子短节、电磁测厚仪信号接收短节以及电磁测厚仪磁场激发短节；电磁测厚仪信号接收短节是无笼式阵列探头结构。本发明提供了一种布局合理、结构紧凑、对被测油套管表面覆盖全面、测量精度高以及能够满足高温高压油气井的工程测量的非接触式高精度阵列电磁测厚仪。

Description

非接触式高精度阵列电磁测厚仪

技术领域

本发明属于油管与套管的厚度测量领域，涉及一种电磁式钢管厚度测量仪器，尤其涉及一种可进行损伤情况分析与评估的非接触式高精度阵列电磁测厚仪。

背景技术

电磁测厚仪作为一种通过测量套管相对厚度变化进行套管损伤情况鉴定的仪器，其测量数据对于在役套管的损伤情况等具有很高的测量价值。目前，国内外对在役套管的检测通常是基于套管的涡流效应来测量厚度变化的，其结构往往是笼式结构，具有测井不方便、容易遇卡；同时，稳定性差，不适用于高温高压油气井。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种布局合理、结构紧凑、对被测油套管表面覆盖全面、测量精度高以及能够满足高温高压油气井的工程测量的非接触式高精度阵列电磁测厚仪。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特殊之处在于：所述非接触式高精度阵列电磁测厚仪包括依次相连的电磁测厚仪电子短节、电磁测厚仪信号接收短节以及电磁测厚仪磁场激发短节；所述电磁测厚仪信号接收短节是无笼式阵列探头结构。

上述电磁测厚仪信号接收短节包括依次相连的接收短节上接头、接收短节传感器上安装盘、接收短节传感器下安装盘以及接收短节下接头；所述接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘中均设置有传感器探头；所述电磁测厚仪电子短节与接收短节上接头相连；所述接收短节下接头与电磁测厚仪磁场激发短节相连。

上述接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘中均设置有多个传感器探头安装孔；所述传感器探头设置在传感器探头安装孔中。

上述传感器探头安装孔均布在接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘的圆周方向上。

上述传感器探头安装孔交错均匀排布在接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘的圆周方向上。

上述传感器探头是绝对式涡流探头或差分涡流探头。

上述电磁测厚仪电子短节包括电源单元、通讯单元、仪器倾角方位单元、温度单元、DSP数据处理与控制单元、自动增益单元、信号前置滤波放大单元、仪器内部温度探头以及套管井温探头；所述电源单元分别与通讯单元、仪器倾角方位单元、温度单元、DSP数据处理与控制单元、自动增益单元以及信号前置滤波放大单元相连；所述电磁测厚仪磁场激发短节依次通过传感器探头、信号前置滤波放大单元以及自动增益单元接入DSP数据处理与控制单元；所述DSP数据处理与控制单元反馈接入自动增益单元；所述仪器倾角方位单元以及温度单元分别接入DSP数据处理与控制单元；所述通讯单元与DSP数据处理与控制单元相连；所述仪器内部温度探头以及套管井温探头分别接入温度单元；

所述DSP数据处理与控制单元用于产生系统控制时序，控制磁场激发单元，分时切换采集通道，对传感器探头信号、温度信号以及方位信号进行采样，并完成信号的采集后计算与处理；

所述温度单元用于对传感器探头所在位置温度进行测量和调理，为采集提供合适的温度信号；

所述仪器倾角方位单元用于完成对仪器相对位置和倾斜角测量，经过调理后将相关的非电信号信号转化为电信号信号，为采集提供合适的模拟信号；

所述信号前置滤波放大用于完成传感器探头所探测得到信号的前期放大与滤波；

所述自动增益单元用于完成信号的自动放大或缩小，增大信号信噪比；

所述通讯单元用于完成命令的收发与数据传送，时仪器与地面设备进行数据交互；

所述电源单元提供仪器稳定工作所需的各种电源。

上述电源单元是DC/DC开关电源或直流稳压单元。

上述电磁测厚仪磁场激发短节包括带磁芯电感以及与带磁芯电感相连的电感驱动装置；所述DSP数据处理与控制单元与电感驱动装置相连；所述传感器探头探测带磁芯电感发出的产生交变电磁波。

本发明的优点是：

本发明提供了一种非接触式高精度阵列电磁测厚仪，该非接触式高精度阵列电磁测厚仪由电磁测厚仪电子短节、信号接收短节和磁场激发短节组成，三个短节依次组合，在电磁测厚仪电子短节的控制下，电子短节产生磁场激发短节的控制波，从而使磁场激发短节产生交变电磁波，当电磁波穿过套管时会携带套管的信息，如厚度、材质等的影响，位于信号接收短节的传感探头接收该电磁场的电磁波，然后回到电子短节处理、计算后得到电磁波的相对变化，该变化随套管厚度成线性变化，这些计算后的数据，经电子短节传给地面设备，从而通过地面出图设备的所展示的曲线的变化就可以观察和记录套管的厚度变化。本发明是针对目前油田所用笼式结构电磁测厚仪容易遇堵的情况而设计，它布局合理，结构紧凑，对被测油套管表面覆盖全面，测量精度高，能够满足高温高压油气井的工程测量，分析和评估套管的损伤情况。具体而言，本发明具有以下优点：

1)按照远场涡流技术原则开发，采用一发多收的结构，对单层油套管外侧和内侧损伤具有相同的灵敏度，尤其针对渐变或大面积钢管损伤具有杰出的检出能力，如裂缝、错断、变形、腐蚀、射孔井段等；

2)涡流探头成阵列式分布，拥有一个多频磁场发生器和多个涡流探头，涡流探头成阵列式分布，采用无笼式结构设计，对套管表面覆盖全面，保证仪器能够检出各种复杂的损伤情况，与目前广泛采用的笼式结构相比，具有测井方便，不容易遇卡的特点；

3)通过刻度可以精确地测量套管的厚度，然后与套管原始厚度、使用时间等参数的对比，可对套管的腐蚀情况进行评估，给出符合实际的建议；

4)通过测量两层管柱中确定所有接箍的位置，从而能够测量用于深度标定的短套位置，从而可用于研究井身结构，以及研究应地层等因素而造成的套管拉伸，帮助分析套管的沉降程度；

5)探头对套管壁360°覆盖，同时具有温度补偿功能，提高了测量的精度；

6)仪器集成度高，稳定性好，具有一定的防硫耐腐蚀能力，适用于175℃高温高压油气井；

7)仪器可与多臂等套管测量仪器挂接，配合单独或挂接遥传仪使用，具有较大的使用灵活性。

附图说明

图1是基于本发明所提供的电磁测厚仪在单独测井时的使用状态示意图；

图2是基于本发明所提供的电磁测厚仪在组合测井时的使用状态示意图；

图3是本发明所提供的电磁测厚仪的结构示意框图；

图4是本发明所采用的信号接收短节的结构示意图；

图5是本发明所采用的传感器探头安装孔交错配置方式结构示意图；

图6是图5的另一角度结构示意图；

图7是本发明所提供的电磁测厚仪的工作原理框图；

其中：

1-电缆头；2-扶正器；3-电磁测厚仪；4-多臂井径仪；5-遥传仪；6-地面设备；7-测井电缆；8-电磁测厚仪电子短节；9-电磁测厚仪信号接收短节；10-电磁测厚仪磁场激发短节；11-电源单元；12-通讯单元；13-仪器倾角方位单元；14-温度单元；15-DSP数据处理与控制单元；16-自动增益单元；17-信号前置滤波放大单元；18-多芯接头；19-带磁芯电感；20-电感驱动装置；21-接收短节上接头；22-接收短节传感器上安装盘；23-接收短节传感器下安装盘；24-接收短节下接头；25-传感器探头；26-单芯插头；27-仪器内部温度探头；28-套管井温探头；29-传感器探头阵列。

具体实施方式

参见图1以及图2，为一种非接触式的高精度电磁测厚仪典型测井挂接图示，当单独测井时(如图1所示)主要包括地面设备6、测井电缆7、电缆头1、两个扶正器2和电磁测厚仪3；而电磁测厚仪3与多臂井径仪4挂接成仪器串，进行组合测井时(如图2所示)，主要包括地面设备6、测井电缆7、电缆头1、遥传仪5、三个扶正器2、多臂井径仪4和电磁测厚仪3，地面设备6主要包括缆车、地面解码平台和测井计算机等。

参见图3以及图7，为一种非接触式的高精度电磁测厚仪典型结构示意图。仪器由电磁测厚仪电子短节8、电磁测厚仪信号接收短节9和电磁测厚仪磁场激发短节10组成，三个短节依次组合，在电磁测厚仪电子短节8的控制下，电子短节产生磁场激发短节的控制波，从而使电磁测厚仪磁场激发短节10产生交变电磁波，当电磁波穿过套管时会携带套管的信息，如厚度、材质等的影响，位于电磁测厚仪信号接收短节9的传感探头接收该电磁场的电磁波，然后回到电子短节处理、计算后得到电磁波的相对变化，该变化随套管厚度成线性变化，这些计算后的数据，经电子短节传给地面设备，从而通过地面出图设备的所展示的曲线的变化就可以观察和记录套管的厚度变化。

电磁测厚仪电子短节8包括电源单元11、通讯单元12、仪器倾角方位单元13、温度单元14、DSP数据处理与控制单元15、自动增益单元16、信号前置滤波放大单元17和多芯接头18共9个单元，各单元相互配合，保证电磁测厚仪电子短节8完成仪器时序协调与控制、数据采集与处理，以及与地面设备的数据交换等工作。

电源单元11提供仪器正常工作所需的各种电源，可以是DC/DC开关电源，也可以是直流稳压单元。单芯插头26接入电源单元11。

通讯单元12具体工作于电磁测厚仪3与遥传仪5之间，采用异步方式，以DSP为核心，以单芯电缆传送数字编码信息。

倾角方位单元13产生仪器的倾斜角和相对方位信号，采用带数字接口的陀螺仪、加速度计等来实现，对测厚仪的测量探头方位进行修正，同时提供套管井的倾斜角。

温度单元14包括仪器内部温度探头27和套管井温探头28两部分，前者主要用于补偿倾角方位单元，进而完成测量探头的方位修正，而后者主要用于补偿因井温变化而引起的套管磁导率和电导率变化对探头的影响，可用模拟或数字温度计来实现。

DSP数据处理与控制单元15以DSP为核心，主要完成时序控制、电磁测厚仪磁场激发短节控制、信号通道切换、数据采集和采集到的数据的处理计算，采用高性能DSP处理器完成，具有与通讯单元12实时交换数据的能力。

自动增益单元16在DSP的控制下，由地面设备6中测井计算机设定的增益值，通过自动增益单元16来调节信号的增益值，可以采用变增益芯片来实现。

信号前置滤波放大单元17包括前置放大，一阶模拟低通有缘滤波器、带通有源滤波器和输出缓冲三部分。

多芯接头18实现与电磁测厚仪信号接收短节9的快速连接，采用插接固定方式。

参见图4，电磁测厚仪信号接收短节9包括接收短节上接头21、接收短节传感器上安装盘22、接收短节传感器下安装盘23、接收短节下接头24和传感器探头25，为无笼式阵列探头结构。

参见图5以及图6接收短节传感器上安装盘22和接收短节传感器下安装盘23，每个安装盘分布多个传感器探头安装孔，且安装孔按照圆周均匀排布，接收短节传感器上安装盘22和接收短节传感器下安装盘23之间，两个安装盘上按照圆周均匀排布的多个传感器探头安装孔呈交错排布；多个传感器探头25共同构成了传感器探头阵列29。

传感器探头25可采用绝对式、差分涡流探头。

电磁测厚仪磁场激发短节10包括带磁芯电感19和电感驱动装置20，在电子短节8的控制下，产生交变的电磁场。

带磁芯电感19以电工纯铁、电工钢作为骨架，在其上绕制高温漆包线制成。

电感驱动装置20包括滤波、dc/dc开关电源和H桥三部分组合而成。

以上所述，为本发明的最佳方案之一，并非对本发明做任何限制，凡是参考本发明实例进行的任何简单修改、变形、等效的结构或原理变换等都属于本发明方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述非接触式高精度阵列电磁测厚仪包括依次相连的电磁测厚仪电子短节、电磁测厚仪信号接收短节以及电磁测厚仪磁场激发短节；所述电磁测厚仪信号接收短节是无笼式阵列探头结构。

2.根据权利要求1所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述电磁测厚仪信号接收短节包括依次相连的接收短节上接头、接收短节传感器上安装盘、接收短节传感器下安装盘以及接收短节下接头；所述接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘中均设置有传感器探头；所述电磁测厚仪电子短节与接收短节上接头相连；所述接收短节下接头与电磁测厚仪磁场激发短节相连。

3.根据权利要求2所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘中均设置有多个传感器探头安装孔；所述传感器探头设置在传感器探头安装孔中。

4.根据权利要求3所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述传感器探头安装孔均布在接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘的圆周方向上。

5.根据权利要求4所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述传感器探头安装孔交错均匀排布在接收短节传感器上安装盘以及接收短节传感器下安装盘的圆周方向上。

6.根据权利要求5所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述传感器探头是绝对式涡流探头或差分涡流探头。

7.根据权利要求2-6任一权利要求所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述电磁测厚仪电子短节包括电源单元、通讯单元、仪器倾角方位单元、温度单元、DSP数据处理与控制单元、自动增益单元、信号前置滤波放大单元、仪器内部温度探头以及套管井温探头；所述电源单元分别与通讯单元、仪器倾角方位单元、温度单元、DSP数据处理与控制单元、自动增益单元以及信号前置滤波放大单元相连；所述电磁测厚仪磁场激发短节依次通过传感器探头、信号前置滤波放大单元以及自动增益单元接入DSP数据处理与控制单元；所述DSP数据处理与控制单元反馈接入自动增益单元；所述仪器倾角方位单元以及温度单元分别接入DSP数据处理与控制单元；所述通讯单元与DSP数据处理与控制单元相连；所述仪器内部温度探头以及套管井温探头分别接入温度单元；

所述DSP数据处理与控制单元用于产生系统控制时序，控制磁场激发单元，分时切换采集通道，对传感器探头信号、温度信号以及方位信号进行采样，并完成信号的采集后计算与处理；

所述温度单元用于对传感器探头所在位置温度进行测量和调理，为采集提供合适的温度信号；

所述仪器倾角方位单元用于完成对仪器相对位置和倾斜角测量，经过调理后将相关的非电信号信号转化为电信号信号，为采集提供合适的模拟信号；

所述信号前置滤波放大用于完成传感器探头所探测得到信号的前期放大与滤波；

所述自动增益单元用于完成信号的自动放大或缩小，增大信号信噪比；

所述通讯单元用于完成命令的收发与数据传送，时仪器与地面设备进行数据交互；

所述电源单元提供仪器稳定工作所需的各种电源。

8.根据权利要求7所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述电源单元是DC/DC开关电源或直流稳压单元。

9.根据权利要求8所述的非接触式高精度阵列电磁测厚仪，其特征在于：所述电磁测厚仪磁场激发短节包括带磁芯电感以及与带磁芯电感相连的电感驱动装置；所述DSP数据处理与控制单元与电感驱动装置相连；所述传感器探头探测带磁芯电感发出的产生交变电磁波。