铁磁性物体检测装置和检测油管接箍的方法与流程

本公开的实施例涉及一种铁磁性物体检测装置和检测油管接箍的方法。

背景技术：

在油气田的一些带压作业过程中，例如在修井、测井作业过程中，经常需要在油气井内有压力的情况下进行油管提起和下放作业。当油管的接箍接近井口闸板防喷器位置时，需要迅速打开井口闸板防喷器，以便使油管能够顺利通过。因此为了保证油管能够顺利通过井口闸板防喷器，需要掌握接箍的位置。

目前，在油管提起和下放作业过程中，一种方法是操作人员目测并根据经验来估计接箍的位置，然而这种方式容易因操作人员失误而导致安全事故(例如井喷)；另一种方法是采用检测装置来自动检测接箍的位置，但是现有的检测装置在油井复杂的工况下难以得到准确的检测结果，例如在油管晃动或者油气井内存在油污等杂质的情况下容易产生误判，从而也可能导致安全事故，其实际应用效果较差。因此如何避免油管晃动等因素的干扰而准确地检测油管接箍的位置，是目前本领域需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本公开的实施例提供一种铁磁性物体检测装置和检测油管接箍的方法。该铁磁性物体检测装置包括支撑筒、磁场发生装置和磁场检测装置。支撑筒包括在第一方向上贯通的空间；磁场发生装置位于支撑筒的外侧壁上，被配置为产生磁场；磁场检测装置包括第一磁场检测元件、第二磁场检测元件和第三磁场检测元件。本公开的实施例提供的铁磁性物体检测装置可以分别检测并获得通过该检测装置的铁磁性物体的移动速度、尺寸和位置，从而实现对铁磁性物体的精确检测。

本公开一实施例提供一种铁磁性物体检测装置，包括：支撑筒，包括在第一方向上贯通的空间；磁场发生装置，位于所述支撑筒的外侧壁上，被配置为产生磁场；以及磁场检测装置，包括第一磁场检测元件、第二磁场检测元件和第三磁场检测元件，其中，所述第一磁场检测元件、所述第二磁场检测元件和所述第三磁场检测元件均位于所述支撑筒的外侧壁上且位于所述磁场发生装置产生的所述磁场范围内；所述第一磁场检测元件被配置为检测所述磁场并得到第一磁场信号以获得通过所述空间的铁磁性物体沿所述第一方向的移动速度，所述第二磁场检测元件被配置为检测所述磁场并得到第二磁场信号以获得所述铁磁性物体在垂直于所述第一方向的第二方向上的尺寸，所述第三磁场检测元件被配置为检测所述磁场并得到第三磁场信号以获得所述铁磁性物体的位置。

在一些示例中，所述磁场发生装置为励磁线圈，所述励磁线圈缠绕在所述支撑筒的外侧壁上。

在一些示例中，所述第一磁场检测元件为检测线圈，在所述第二方向，所述检测线圈位于所述支撑筒和所述磁场发生装置之间。

在一些示例中，所述第二磁场检测元件包括至少一组磁敏传感器组，每组所述磁敏传感器组包括两个第一磁敏传感器，所述两个第一磁敏传感器关于所述支撑筒的中心轴线对称设置。

在一些示例中，所述第二磁场检测元件包括多组磁敏传感器组，所述多组磁敏传感器组沿所述第一方向设置在所述磁场发生装置的两侧。

在一些示例中，所述第三磁场检测元件包括多个沿所述第一方向排列的第二磁敏传感器。

在一些示例中，所述多个第二磁敏传感器沿所述第一方向等距排列。

在一些示例中，在所述第二方向，所述第三磁场检测元件位于所述支撑筒和所述磁场发生装置之间；在所述第一方向，所述第三磁场检测元件与所述第一磁场检测元件间隔设置。

在一些示例中，所述支撑筒包括在所述第一方向上相对设置的第一连接端和第二连接端。

在一些示例中，所述支撑筒还包括间隔设置在外侧壁上的第一挡板和第二挡板，在所述第一方向，所述第一挡板和所述第二挡板位于所述第一连接端和所述第二连接端之间，所述第一挡板和所述第二挡板之间形成有第一环形槽，所述磁场发生装置缠绕在所述第一环形槽内。

在一些示例中，所述支撑筒还包括第二环形槽，所述第二环形槽沿所述第二方向从所述第一环形槽的底部向所述空间凹陷，所述第一磁场检测元件缠绕在所述第二环形槽内。

在一些示例中，所述铁磁性物体检测装置还包括控制器和声光报警器，所述声光报警器与所述控制器通信连接，所述控制器分别与所述第一磁场检测元件、所述第二磁场检测元件和所述第三磁场检测元件通信连接，所述控制器被配置为根据所述第一磁场信号、所述第二磁场信号和所述第三磁场信号控制所述声光报警器是否发出报警信号。

本公开一实施例还提供一种采用上述任一实施例提供的铁磁性物体检测装置检测油管接箍的方法，包括：所述磁场发生装置在所述支撑筒的所述空间内产生磁场；当油管沿所述第一方向通过所述支撑筒的所述空间时，所述第一磁场检测元件检测得到所述第一磁场信号以获得所述油管沿所述第一方向的移动速度；所述第二磁场检测元件检测得到所述第二磁场信号以获得所述油管在所述第二方向上的尺寸；所述第三磁场检测元件检测得到所述第三磁场信号以获得所述油管的接箍的位置。

在一些示例中，所述检测油管接箍的方法还包括：结合所述第一磁场信号修正所述第二磁场信号，对比修正后的所述第二磁场信号和预置轮廓信号得到第一信号差值，当所述第一信号差值小于预置信号差值时，判断油管处于正常状态；当所述第一信号差值大于等于所述预置信号差值时，判断油管处于非正常状态并发出报警信号。

在一些示例中，在每次所述第三磁场信号产生阶跃信号后，进入下一阶段检测，将修正后的所述第二磁场信号作为下一阶段检测的预置轮廓信号。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为一种油管接箍检测装置的结构示意图；

图2为根据本公开一实施例的铁磁性物体检测装置的结构示意图；

图3为根据本公开一实施例的铁磁性物体检测装置中的支撑筒的结构示意图；

图4为根据本公开一实施例的铁磁性物体检测装置中的第一磁敏传感器的结构示意图；以及

图5为根据本公开一实施例的铁磁性物体检测装置中的第三磁场检测元件的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1为一种油管接箍检测装置的结构示意图，该油管接箍检测装置用于检测油管接箍的位置。如图1所示，该油管接箍检测装置包括励磁线圈31和与励磁线圈31配套使用的检测线圈32、以及其他部件。其检测原理为：由于油管和接箍的壁厚不同，因此当油管和接箍通过检测线圈32时，引起的检测线圈内感应电动势的变化不同，通过检测感应电动势的变化量可以区分出油管和接箍。

然而，由于该检测装置根据检测线圈内感应电动势的变化量来判断是否有接箍通过，而在油管发生晃动或者存在油污等杂质的情况下，检测线圈内的感应电动势的变化量也可能与接箍相同或接近，这种情况容易使检测装置产生误判，因此该油管接箍检测装置无法做到对油管接箍的精确检测。

本公开的实施例提供一种铁磁性物体检测装置和检测油管接箍的方法。该铁磁性物体检测装置包括支撑筒、磁场发生装置和磁场检测装置。支撑筒包括在第一方向上贯通的空间；磁场发生装置位于支撑筒的外侧壁上，被配置为产生磁场；磁场检测装置包括第一磁场检测元件、第二磁场检测元件和第三磁场检测元件。第一磁场检测元件、第二磁场检测元件和第三磁场检测元件均位于支撑筒的外侧壁上且位于磁场发生装置产生的磁场范围内。第一磁场检测元件被配置为检测磁场并得到第一磁场信号以获得通过空间的铁磁性物体沿第一方向的移动速度；第二磁场检测元件被配置为检测磁场并得到第二磁场信号，以获得铁磁性物体在垂直于第一方向的第二方向上的尺寸；第三磁场检测元件被配置为检测磁场并得到第三磁场信号以获得铁磁性物体的位置。

在本公开的实施例提供的铁磁性物体检测装置中，磁场检测装置包括第一磁场检测元件、第二磁场检测元件和第三磁场检测元件，可以分别检测并获得通过该检测装置的铁磁性物体的移动速度、尺寸和位置，从而实现对铁磁性物体的精确检测。

下面结合附图，对本公开的实施例提供的铁磁性物体检测装置和检测油管接箍的方法进行详细描述。需要说明的是，不同的附图中相同的附图标记用于指代已描述的具有相同或相似结构的元件。

本公开一实施例提供一种铁磁性物体检测装置，图2为根据本公开一实施例的铁磁性物体检测装置的结构示意图，其中左侧为铁磁性物体检测装置的平面结构示意图，右侧为左图的剖面结构示意图。该铁磁性物体检测装置用于检测通过其的铁磁性物体的位置、尺寸等信息。

需要说明的是，铁磁性物体会对其所处的磁场产生影响，通过检测铁磁性物体所在位置的磁场变化可以获得需要的铁磁性物体的信息。铁磁性物体例如可以为包含有铁、钴、镍或钆中的一种或多种元素、及它们的合金和化合物的物体。

在油气田开发领域，油管是非常常用的工具，油管及其接箍的主要材料为钢，属于铁磁性材料，本公开实施例提供的铁磁性物体检测装置可以用于检测油管及其接箍。为了描述方便，在下文中，本公开的实施例以油管及其接箍作为待检测的铁磁性物体进行描述。但是需要说明的是，本公开实施例提供的铁磁性物体检测装置不仅可以检测油管及其接箍，还可以检测其他铁磁性物体。

如图2所示，该铁磁性物体检测装置包括：支撑筒1、磁场发生装置12和磁场检测装置11、2、3。支撑筒1包括在第一方向x上贯通的空间，油管9及其接箍10可沿第一方向x穿过该空间。磁场发生装置12位于支撑筒1的外侧壁上，被配置为产生磁场。磁场检测装置11、2、3包括第一磁场检测元件11、第二磁场检测元件2和第三磁场检测元件3。第一磁场检测元件11、第二磁场检测元件2和第三磁场检测元件3均位于支撑筒1的外侧壁上且位于磁场发生装置12产生的磁场范围内。

第一磁场检测元件11被配置为检测磁场并得到第一磁场信号，以获得通过支撑筒1的空间的油管9及其接箍10沿第一方向x的移动速度；第二磁场检测元件2被配置为检测磁场并得到第二磁场信号，以获得油管9及其接箍10在垂直于第一方向x的第二方向上的尺寸；第三磁场检测元件3被配置为检测磁场并得到第三磁场信号，以获得油管9及其接箍10的位置。

在本公开实施例提供的铁磁性物体检测装置中，磁场检测装置11、2、3包括第一磁场检测元件11、第二磁场检测元件2和第三磁场检测元件3。第一磁场检测元件11可以获得油管9及其接箍10沿第一方向x的移动速度，第二磁场检测元件2可以获得油管9及其接箍10的尺寸，第二磁场检测元件2可以获得油管9及其接箍10的位置，从而该铁磁性物体检测装置可以实现对油管9及其接箍10的精确检测。

本公开实施例提供的铁磁性物体检测装置，可以应用在修井或测井过程中的油管提起或下放作业中，用于检测到油管及接箍的位置、移动速度、轮廓尺寸等信息。例如该检测装置可以安装在地面的井口装置中，当油管及其接箍通过该检测装置时，会引起磁场变化，通过检测磁场变化可以获得油管及接箍的位置、移动速度、轮廓尺寸等信息，从而为修井或测井作业提供信息。

在一些示例中，如图2所示，支撑筒1的沿第一方向x贯通的空间例如可以为圆柱形空间，位于支撑筒1的中间部位。本公开实施例包括但不限于此，例如，该空间也可以为长方体、椭圆柱体等其他形状，只要能够允许油管9及其接箍10通过即可。

例如，支撑筒1的主体由金属制成，在工作时，支撑筒1的内部空间可以承受较大压力，而检测装置的其他部件例如磁场发生装置、磁场检测装置被支撑筒的外侧壁隔离在内部空间之外，不会内部压力影响。因此，该检测装置可以在不压井作业(油气井内具有压力时进行作业)时进行油管及接箍检测，具有较广的应用范围。

图3为支撑筒的结构示意图。如图3所示，支撑筒1包括在第一方向x上相对设置的第一连接端1.1和第二连接端1.4。第一连接端1.1和第二连接端1.4可以为法兰或其他连接结构，通过第一连接端1.1和第二连接端1.4，支撑筒1可以固定连接在井口装置上并且其内部空间与外部隔离。

在一些示例中，结合图2和图3所示，支撑筒1还包括间隔设置在外侧壁上的第一挡板1.2和第二挡板1.3。在第一方向x，第一挡板1.2和第二挡板1.3位于第一连接端1.1和第二连接端1.4之间，第一挡板1.2和第二挡板1.3之间形成有第一环形槽1.5，磁场发生装置12缠绕在第一环形槽1.5内。

在一些示例中，结合图2和图3所示，支撑筒1还包括第二环形槽1.6，第二环形槽1.6沿第二方向从第一环形槽1.5的底部向支撑筒1的内部空间凹陷。第一磁场检测元件11缠绕在第二环形槽1.6内。例如，如图3所示，在第一方向x，第二环形槽1.6位于第一挡板1.2和第二挡板1.3之间，且位于靠近第二挡板1.3的一侧。

例如，结合图2和图3所示，支撑筒1还包括安装槽1.7，安装槽1.7沿第二方向从第一环形槽1.5的底部向支撑筒1的内部空间凹陷。第三磁场检测元件3设置在安装槽1.7内。例如，如图3所示，在第一方向x，安装槽1.7位于第一挡板1.2和第二挡板1.3之间，且位于靠近第一挡板1.2的一侧。

在一些示例中，如图2所示，磁场发生装置12为励磁线圈。励磁线圈以一定方式缠绕在支撑筒1的外侧壁上，例如围绕支撑筒1的在第一方向x的中心轴线均匀地缠绕在支撑筒1的外侧壁上。例如，励磁线圈通过恒流源供电，可以在支撑筒内部的空间内产生稳定的定量磁场。需要说明的是，磁场发生装置也可以采用其它产生励磁磁场的结构，例如各种类型的永磁体、交流磁场、地磁等，本公开的实施例对此不做限定。

在一些示例中，第一磁场检测元件11为检测线圈11。例如，如图2所示，检测线圈11可以缠绕固定在磁场发生装置12的内侧，即，在垂直于第一方向x的第二方向，检测线圈11位于支撑筒1和磁场发生装置12之间。第一方向x可以为支撑筒1的轴向，第二方向可以为支撑筒1的径向。

当油管接箍通过检测装置时，检测线圈检测空间内的磁场变化得到第一磁场信号，第一磁场信号可以反映油管沿第一方向x的移动速度，该第一磁场信号可以作为油管检测算法中的一个速度分量。例如，第一磁场信号可以为检测线圈内产生的感应电动势或与感应电动势对应的其他换算值。当油管接箍通过检测装置时，检测线圈的磁通量发生变化，检测线圈内部产生感应电动势，感应电动势的幅值大小对应油管沿第一方向x的移动速度。

又例如，检测线圈11也可以沿第一方向x与磁场发生装置12并排设置。此时检测线圈11也能检测到油管接箍通过时引起的磁场变化并得到第一磁场信号。

例如，检测线圈11可以由多组缠绕在励磁线圈和支撑筒之间的线圈构成。

第二磁场检测元件2包括至少一组磁敏传感器组20，每组磁敏传感器组20包括两个第一磁敏传感器21，两个第一磁敏传感器21关于支撑筒1的中心轴线对称设置。

第一磁敏传感器是一种根据霍尔效应进行磁场检测的器件。霍尔效应是指：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向，由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差。

通过将两个第一磁敏传感器21成组设置，并且两个第一磁敏传感器21关于支撑筒1的中心轴线对称设置，如此可以提取同位置的不同方向磁场信号，滤除干扰信号后作为接箍的轮廓信号。例如，每组中的两个第一磁敏传感器沿轴向位于同一截面且沿径向对称设置，其检测磁场n极和检测磁场s极的面均朝向内侧设置，如此，可以排除油管及接箍在空间内晃动产生的干扰。第一磁敏传感器21检测磁场变化得到第二磁场信号，第二磁场信号可以反映油管及其接箍在第二方向上的轮廓尺寸(例如直径)，该第二磁场信号可以作为油管检测算法中的一个尺寸分量。

例如，如图2所示，第二磁场检测元件2包括两组磁敏传感器组20，两组磁敏传感器组沿第一方向x设置在磁场发生装置12的两侧。例如，如图2所示，沿第一方向x，两组磁敏传感器组20分别位于第一连接端1.1的侧面和第二连接端1.4的侧面，而磁场发生装置12位于第一侧板1.2和第二侧板1.3之间的第一环形槽1.5内。

需要说明的是，在图2中，第二磁场检测元件2的设置位置仅为一种示例，本公开的实施例不限定第二磁场检测元件2的设置位置。例如，第二磁场检测元件2还可以位于磁场发生装置12的内侧，即，在第二方向，第二磁场检测元件2可以与磁场发生装置12交叠且位于靠近内部空间的一侧。

例如，如图2所示，每组磁敏传感器组20包括两个第一磁敏传感器21，两个第一磁敏传感器21关于支撑筒1的中心轴线对称设置。图2中位于支撑筒上部的两个第一磁敏传感器21为一组，位于支撑筒下部的两个第一磁敏传感器21为另一组。

本公开的实施例不限定磁敏传感器组的数量。例如，第二磁场检测元件2也可以仅包括一组磁敏传感器组20，该组磁敏传感器组20可以沿第一方向x设置在支撑筒1的任意位置。又例如，第二磁场检测元件2也包括3组或大于3组的磁敏传感器组，3组或大于3组的磁敏传感器组20沿第一方向间隔设置，例如可以设置在磁场发生装置12沿第一方向的两侧，也可以设置在磁场发生装置12的内侧。

图4为第一磁敏传感器的结构示意图。例如，如图4所示，每个第一磁敏传感器21包括磁敏阵列2.1和外壳2.2，磁敏阵列2.1起到检测磁场的作用，外壳2.2用于支撑磁敏阵列2.1并与待检测物体连接。

图5为第三磁场检测元件的结构示意图。如图5所示，第三磁场检测元件3包括电路板3.2，和设置在电路板3.2上的多个依次排列的第二磁敏传感器3.1。例如，如图2所示，第三磁场检测元件3安装到铁磁性物体检测装置上后，多个第二磁敏传感器3.1沿第一方向x排列。例如，多个第二磁敏传感器3.1沿第一方向x等距排列。当接箍10通过该检测装置时，第二磁敏传感器3.1检测磁场变化得到第三磁场信号，第三磁场信号在油管异常位置会产生较大的阶跃信号，例如由于接箍的直径大于油管本体的直径，当接箍通过时，第三磁场信号会产生较大的阶跃信号，因此该阶跃信号可以反映接箍的位置，并且可以作为油管检测算法中的一个时间点分量。

在一些示例中，如图2所示，在第二方向，第三磁场检测元件3位于支撑筒1和磁场发生装置12之间；在第一方向x，第三磁场检测元件3与第一磁场检测元件11间隔设置。

在一些示例中，如图2所示，铁磁性物体检测装置还包括控制器5和声光报警器7。控制器5设置在控制器支架4上，声光报警器7用于检测到接箍通过时发出报警信号。声光报警器7与控制器5通信连接，控制器5分别与第一磁场检测元件11、第二磁场检测元件2和第三磁场检测元件3通信连接。控制器5被配置为根据第一磁场信号、第二磁场信号和第三磁场信号控制声光报警器7是否发出报警信号。例如，控制器5可以根据第一磁场信号、第二磁场信号和第三磁场信号判断接箍是否通过，若有接箍通过，则控制声光报警器7发出报警信号。

本公开一实施例还提供一种检测油管接箍的方法，采用上述任一实施例提供的铁磁性物体检测装置进行检测，该方法包括：

磁场发生装置12在支撑筒1的空间内产生磁场；

当油管9及其接箍10沿第一方向x通过支撑筒1的空间时，第一磁场检测元件11检测得到第一磁场信号以获得油管9及其接箍10沿第一方向x的移动速度；第二磁场检测元件2检测得到第二磁场信号以获得油管9及其接箍10在第二方向上的尺寸；第三磁场检测元件3检测得到第三磁场信号以获得接箍10的位置。

在本公开实施例提供的检测油管接箍的方法中，第一磁场检测元件11可以获得油管9及其接箍10沿第一方向x的移动速度，第二磁场检测元件2可以获得油管9及其接箍10的尺寸，第二磁场检测元件2可以获得油管9及其接箍10的位置，从而该铁磁性物体检测装置可以实现对油管9及其接箍10的精确检测。

本公开实施例提供的检测油管接箍的方法，可以应用在修井或测井过程中的油管提起或下放作业中，为修井或测井作业提供信息。

在一些示例中，本公开实施例提供的检测油管接箍的方法还包括：

结合第一磁场信号修正第二磁场信号，对比修正后的第二磁场信号和预置轮廓信号得到第一信号差值。当第一信号差值小于预置信号差值时，判断油管处于正常状态；当第一信号差值大于等于预置信号差值时，判断油管处于异常状态并发出报警信号。预置轮廓信号反映油管本体的初始直径尺寸；预置信号差值反映接箍与油管本体的直径允许的直径尺寸偏差。

在一些示例中，本公开实施例提供的检测油管接箍的方法还包括：在每次第三磁场信号产生阶跃信号后，进入下一阶段检测，并且将上述修正后的第二磁场信号作为下一阶段检测的预置轮廓信号。

由于接箍沿油管的延伸方向间隔分布，检测装置得到的第二磁场信号会有阶段性变化。在每一阶段检测到接箍通过后，将上次修正的第二磁场信号作为下一阶段检测时的预置轮廓信号。如此，可以使第二磁场信号实时更新，避免了油管不同段粗细不同产生的阶段性和累积性差异，提到了检测准确度。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。