抽油杆外穿过式涡流探头的设计制作石油仪器PETR0LEUMINSTRUMENTS201O年06月?开发设计?抽油杆外穿过式涡流探头的设计制作卢明峰矫永平刘金世(中国石油大学物理科学与技术学院山东东营)摘要:抽油杆在采油过程中发生断裂会造成很大的经济损失.发生断裂的主要原因是抽油杆表面的裂纹源在周期性栽荷作用下由袁及里地扩展.文章介绍一种自主设计的外穿过式涡流探头,此类探头可以准确,迅速地检测出抽油杆的裂纹源,与目前常用的漏磁检测探头和点式涡流探头相比,该探头简单,易制作,适合抽油杆的在线检测.关键词:抽油杆;涡流检测;点式探头;外穿过式探头;在线检测中图法分类号:TE3文献标识码:B文章编号:1004.9134(2010)03.0012.03O引言抽油杆在工作中承受拉一拉周期性的交变载荷,长期使用,表面的裂纹会由表及里地扩展,导致抽油杆断裂,这将给油田造成很大的经济损失[.抽油杆在制造,运输,安装,使用过程中,由于各种原因会产生表面裂纹,如何有效地检测出这些裂纹,减少问题抽油杆下井,是一个很重要的问题.本文检测的抽油杆是胜利油田某机械厂生产的20CrMo钢D级CYG16抽油杆.杆体直径22mm,杆头及接箍直径约为杆体直径的2倍,约41mm.两端杆头是经锻压处理而成,易出现疲劳裂纹.杆体较长,在制造,运输,安装时容易产生表面裂纹.抽油杆的表面裂纹呈椭圆状.此外,在外界腐蚀作用下,抽油杆表面会形成众多的腐蚀坑.1目前检测抽油杆的常用方法目前油田用于检测抽油杆裂纹的方法有目测法,漏磁检测法,点式涡流探头检测法等.目测法用肉眼进行观察,不仅效率低而且漏检率大,实际中只是用它做一些初步的检测.漏磁检测法是利用抽油杆被磁化后,其表面和近表面缺陷在抽油杆表面形成漏磁场,通过检测漏磁场以发现缺陷的无损检测技术.井口式抽油杆裂纹在线检测仪,其探伤传感器的组合式探头具有自动张合,浮动和随动功能,能够满足抽油杆在线检测对探伤传感器的要求[.但是通过井口上提的抽油杆存在运动中晃动,不对中等问题,这会通过提离效应影响到漏磁检测的效果.另外抽油杆表面众多的腐蚀坑会影响漏磁场的分布,这也会影响漏磁检测的效果.由于传感器紧贴抽油杆表面,传感器的使用寿命会大大减少.这些都是漏磁法用于检测抽油杆的不足之处.点式涡流探头检测方法是利用涡流检测原理检测抽油杆的,它用于在线检测抽油杆的装置外形与上面漏磁检测装置大体相同.它的不足之处与漏磁法类似,此外,它对连续变化的抽油杆缺陷不敏感3.我们制作了一些点式探头,用于检测抽油杆j.试验表明点式探头可以明显的检测出抽油杆的裂纹,但是抽油杆的晃动和腐蚀坑也会产生明显的噪声信号,因此点式探头检测法的检测效果并不是特别好.本文介绍的自主设计的外穿过式涡流探头,很好地解决了抽油杆晃动,表面腐蚀坑等问题,检测过程噪声信号很小.配合爱德森(厦门)电子生产的智能八通道涡流检测仪(编号EEC一51),可以准确,迅速地检测出抽油杆的表面裂纹源.2外穿过式涡流探头的结构和检测原理2.1探头结构自主设计的涡流检测探头为外穿过自比较差动式探头,其结构如图1所示.线圈绕在自制的骨架上,骨架用不同口径的有机塑料管制作而成.设计所用到的A,B,C三类口径的探头,骨架分别为外径5Onqm(内基金项目:国家级大学生创新性实验计划项目(081042519)专利已受理,申请号200920282077.7第一作者简介:卢明峰,男,1988年生,本科生,现就读于中国石油大学物理科学与技术学院.:2570612010年第24卷第3期卢明峰等:抽油杆外穿过式涡流探头的设计制作?13?径45mm),外径60mm(内径5Omm),外径70mm(内径6Omm),它们都可以使抽油杆无摩擦地通过.线圈是用不同直径的漆包线绕制而成.两个差动线圈的电阻,电感等参数应基本相等.它们的空载阻抗差值须控制在5%0以内,否则会影响检测信号.A线中线B线r\f.l,图1探头结构示意图2.2检测原理外穿过式涡流探头检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法.检测时,将抽油杆穿过探头,由探头线圈建立起的交变磁场会与抽油杆发生电磁感应,在抽油杆表面感应出涡流.感生出的涡流宛若多层密叠在一起的线圈中流过的电流,因此可以把抽油杆看作与检测线圈相互作用的次级线圈.涡流的大小,相位,路径与抽油杆的材料及形状等有关,而涡流产生的感应磁场会反馈作用于探头...