专利名称：储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与检测方法
技术领域：
储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与方法是专门针对加气站、调峰站等有关设施使
用的各种类型储气井，进行壁厚测量和腐蚀程度检测，以评估其安全状况的无损检测设备 和技术手段。
背景技术：
随着石油产品的日益短缺，成品油的价格越来越高，而以汽油作为汽车主要燃料 的能源问题日益严重。近些年，随着国家清洁能源战略的部署和实施，以天然气为能源的汽 车开始大量涌现。天然气动力车的最大优点是不但运营成本非常低而且环保，因此很受社 会的欢迎。普通的汽油车经过简单改装就可以使用天然气作为动力源，可使运营成本降低 60%，所以近几年在全国各大城市出现了很多用于机动车的天然气加气站。在大部分加气 站内储存天然气的装置主要是一种地下储气设备一储气井，储气井深埋地下、而且占地小， 非常适于加气站的气体储存。然而经过一段时间的使用后，储气井往往会受到井内气体、油 污和井外地层中介质的腐蚀，使井筒产生腐蚀和壁厚变薄，从而使储气井的承载能力降低， 以致无法保证安全，最终可能发生断裂使井体冲出地面。 目前，利用现有的技术对管体实施壁厚测量和腐蚀检测时有两种方式，一种是人 工检测，即手持测厚仪进行逐点检测；另一种是自动检测，即依靠机械装置自动完成。而现 有的管体超声波自动检测设备都是使超声探头沿管体径向移动，同时使探头和管体相对旋 转(可以管体不动旋转探头或者探头不动旋转管体)来完成对管体的全面扫查。探头一般 放置于管体外部，管体不能太长，最长为十几米，超声波信号可以通过同轴电览传输到终端 信号处理单元。检测时，为保证稳定性和精确性，整套设备需要安装在固定位置，因此，不适 于现场检测。 此外，现有的检测手段都是在地面上对设备进行检测，而无法用于地下的设备。对 于最大深度可达300米的储气井来说， 一直都缺少用于储气井的测厚和腐蚀检测的专业设 备。 储气井属于特种设备，其安全状况直接关系人民生命财产的安全。目前，全国有在 用储气井5000多台，分布全国各地，已经成为很多城市机动车燃料一天然气的主要储存设 备，因此，它的安全状况如何以及停用时间长短都可能关系到城市社会的稳定。由于储气井 的这种特殊性，就要求检测设备不但满足检测需要，而且要求移动性好、灵活、组装方便，更 要效率高。2008年，国家已经发布了对全国在用储气井实施定期检验的文件，为了有效实施
对于储气井的检验检测，查明储气井的安全状况，暴露其存在的问题，对井筒壁厚进行测量 以及检测腐蚀状况是检验内容中一个非常重要的项目。因此，发明用于储气井井筒壁厚测 量和腐蚀检测的设备和方法非常必要。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统和方法，以达到可以采用移动性好、拆装迅速、高效的检测系统和方法对储气井井筒壁厚及腐蚀进行检测的效果。 本发明是采用以下技术方案实现的 —种储气井井筒壁厚腐蚀检测方法，包括地上部分、长距离信号传输部分、地下超声信号发射和接收部分以及环形水浸探头阵列布置和扶正部分；将探测的电信号经光电转换器转为光信号后由光纤传输，井上再通过光电转换器把光信号转换为电信号给计算机;主要包括以下步骤 步骤1、在储气井中注满水，在井口安装定滑轮，调整探伤仪器车的位置，然后安装好编码器，并把编码器数据线接入计算机；连接仪器和铠装电览以及光纤，光纤另一端由光电转换器接入计算机；并将以上水下探测装置进行密封； 步骤2、启动计算机，放置水下部分至井内，调节扶正器部分，使扶正器与储气井刚好接触；保证探头阵列与储气井的同轴平行； 步骤3、上下升降仪器到合适的开始检测位置，启动检测软件，此时井下仪器开始工作； 步骤4、全部探头阵列按照设定顺序依次激发并接受超声信号，探头阵列将得到的信号进行运算处理，处理后的数据进入光电转换器转变为光信号后进入光纤，在光纤另一端，又由光电转换器转换后进入计算机网口； 步骤5、计算机判定数据的归属，其实时数据图像在相应的屏幕显示区域显示；
步骤6、判断是否完成检测，如完成检测则存储数据图像或打印数据图像；如没有完成检测，则由计算机控制返回到步骤3 ;
所述的探头工作和仪器的上升下降同时进行。 前述的环形水浸探头阵列在层之间的圆周方向上错开一定的角度。 前述的地上部分通过铠装电览与地下超声信号发射和接收部分相连，电机通过滚
筒缠绕铠装电览使地下超声信号发射和接收部分匀速下降和上升。 —种储气井井筒壁厚腐蚀检测系统，包括地上控制部和设置在储气井内的地下信号采集部与信号处理部；地上部分设有通过光纤与地下部分连接的移动式检测装置，该检测装置设有拖拽部与控制终端；信号采集部通过拖拽部由地面探入到储气井井筒内，通过扶正器在井筒内壁上下移动，与扶正器连接的还有由至少二层探头组成的环形水浸探头阵列。 前述的扶正器上设有多个与井筒内壁滚动接触的支腿；在扶正器的轴向方向设有弹簧。 前述的拖拽部包括滚筒和定滑轮；定滑轮上设有编码器。
前述的控制终端设有数据与图像处理装置。 本发明一种储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与方法与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果 本发明一种储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与方法，通过光纤通讯将环形水浸探头阵列采集到的，有关储气井井筒壁厚及腐蚀情况的模拟信号转换为数字信号编码后，通过光纤传输到地上部分以供进行控制和显示或保存。提高了检测的稳定性和精确性。
同时，由于在环形水浸探头阵列层之间的圆周方向上错开一个角度，以最大化的对被测量范围的覆盖，使其测量结果更加可靠。
图1为储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法流程图； 图2为检测系统连接示意图； 图3为铠装电缆与光纤滚筒示意图； 图4为检测系统的井内仪器支腿闭合状态示意图； 图5为检测系统的井内仪器支腿张开状态示意图； 图6为声束在横截面垂直进入井壁示意图； 图7为声束在纵截面垂直进入井壁示意图； 图8为双层探头阵列示意图； 图9为本装置中三层探头阵列正视图； 图10为扶正器结构示意图。 各部分说明1为检测系统车；2为滚筒；3为铠装电览；4为光纤；5为定滑轮；6为笔记本计算机；7为仪器密封筒；8为扶正器；9为环形水浸探头阵列；10为编码器；11为储
气井；81为扶正器调节器；82为扶正器支腿；83为支扶正器支腿上的滚轮；84为扶正器伸
縮弹簧；100为密封筒；B1为储气井内壁；B2为储气井外壁；P1为超声波探头；S1为超声波声束示意；A为双层探头的错开角度；C1P1为第一探头层第一个探头；C2P1为第二探头层第一个探头；
具体实施例方式以下结合说明书附图对本发明作进一步的说明 请参阅图1所示，为储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法流程图。 —种储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法，首先在11储气井中注满水，在井口安装好定滑轮5，调整检测系统车1的位置使得铠装电览3和光纤4能顺利通过滑轮5进入储气井1内。然后安装好编码器10，并把编码器数据线接入计算机。将井内仪器与铠装电览、光纤连接，光纤另一端由光电转换器接入计算机6。 打开仪器电源，启动计算机6，放置井内仪器至井内，调节扶正器调节器12，使扶正器各支腿与储气井11内壁刚好接触，这时就能保证环形探头阵列9与储气井11的同轴平行。调节滚筒牵拽装置确定井内仪器到需要的起始检测位置，启动检测软件，此时井内仪器开始工作。 首先，井内仪器激发9中某一超声波探头发出超声波，超声波信号通过水层进入储气井ll井壁，在井壁内外表面来回反射，并有一部分超声波透射出内表面，通过水层后又被此超声波探头接收，并最终被检测仪采集到信号，检测仪得到信号后进行运算处理，把处理后的数据输到网口 ，网口通过网线进入光电转换器转变为光信号后进入光纤4，在光纤另一端，又由光电转换器转换后进入计算机网口 ，检测软件时刻处于监听状态，得到数据，分析该数据所属的探头，并在相应的屏幕显示区域显示，探头阵列中的各探头同时高速工作，检测相对应的井筒部分。井内仪器由滚筒装置控制上升或是下降，通过定滑轮5上的编码器10，计算机6不仅能知道仪器是上升还是下降，还能精确知道上升或是下降的距离，检
5测仪又控制探头工作，完成这一部分的检测工作，并把数据显示于对应屏幕区域。在实际的检测中，探头工作和仪器的上升下降是同时进行的，不同探头在各个不同位置的检测数据可直接在屏幕的相应区域显示出来，形成储气井壁厚和腐蚀状态图像以供分析，检测完成后保存数据和图像。 请参阅图2所示，为检测系统连接示意图；包括地上控制部和设置在储气井内的地下信号采集部与信号处理部；地上部分设有通过光纤10与地下部分连接的移动式检测装置l，该检测装置1设有拖拽部与控制终端；信号采集部通过拖拽部由地面探入到储气井井筒内，通过扶正器8在井筒内壁上下移动，与扶正器连接的还有由至少二层探头组成的环形水浸探头阵列9。 扶正器8上设有多个与井筒内壁滚动接触的支腿82;在扶正器的轴向方向设有弹簧84。 前述的拖拽部包括滚筒2和定滑轮5 ;定滑轮5上设有编码器10。
前述的控制终端设有数据与图像处理装置。 由于储气井具有内径小、井身长，而且垂直深埋地下的特点，因此本检测系统具有在井内检测、采集数据、信号处理，并把初步处理的信号传输到地上做进一步处理和分析的功能。为了实现快速检测，而且信号传输尽可能的简单，仪器的信号处理分为两个部分，一部分存在依靠铠装电览悬挂的井内仪器(储气井井筒壁厚及腐蚀检测仪)装置中，置于探头阵列上方，处理各个探头的信号，转换为数字信号编码后通过光纤传输到地上机器以供显示和保存；另一部分在地上，主要负责信号的显示和人机交换的操作。两部分通过光纤通信。因为超声波无法在空气中传播，所以必须借助耦合物质才能使探头所发出的声信号进入井壁。根据储气井的特点，通常选用水作为耦合剂，这样就要求井内仪器及连接部位必须密封性能良好，否则会损坏仪器。在本系统中，电览采用马龙头达到密封和连接要求。但是现在还没有民用的光纤密封连接器，所以光纤采用自制的密封连接器实现密封和快速连接、断开。众所周知，光缆由光纤和保护光纤的内外护套、加强件等组成，但是除光纤以外的部分都可能造成渗水，即使是光纤表层的涂敷也会造成渗水。光纤的防水密封现在还没有成熟的产品，在此装置中所采取的方法是在整条光缆中间做出一个密封段，使两端不互相渗水就行，然后在一头焊接普通的方便连接的连接器就可实现密封和快速连接。所以在做密封头时，从光缆中抽出光纤，剥开涂敷层，然后把整条光缆穿过自制的密封器，使裸纤处于密封器的中间，在中空部灌注可固化的胶状物，等到固化后便可实现防水密封。
井内仪器激发超声探头发出超声波，超声波声束经过水层垂直储气井井筒内表面进入井壁ll，在井壁11内多次反射，每次反射总有一部分声波透射出内表面通过水层再被探头接收，传回仪器。储气井是一个圆筒形物体，横截面为一圆环。如图6所示，B1、B2为井壁前后表面。做一个多边形内接于圆，当边数足够多时，可近似认为此多边形代表内表圆，而多边形的每个边是一条直线，这时探头Pl所产生的超声波声束Sl垂直于一个边进入井壁，可认为其在横截面上垂直于内表进入井壁。近似内表圆的多边形边数可根据实际需求选择，当选择的边数较多，而探头无法保证加工为那么小的部件时可分为两层三层或多层，层之间在圆周方向上错开一个角度来实现。 如图8为两层探头阵列示意图，其探头阵列中实线部分为第一层，虚线部分为第二层，第一层和第二层错开的角度为A。
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图9为本装置中三层探头阵列示意图。从图中可以看出，第一层和第二层错开的状态；其实要求最少用两层来实现，同时探头做的稍大一点，可以满足声束覆盖整个表面。
请参阅图6、图7，图6为声束在横截面垂直进入井壁示意图。图7为声束在纵截面垂直进入井壁示意图；储气井纵截面是一个矩形，由于储气井井筒与仪器都是中心对称的，为了保证超声波声束垂直于内表Bl进入井壁，需要在探头上下两端都加一个扶正器8，扶正器有若干完全一样的支腿均匀分布于圆周方向上(如图10中标号为82的部分)，当上下扶正器的所有支腿都触到井内壁B1时可保证仪器与储气井筒中心轴重合，这时探头P1所发的声束Sl也必然在纵截面上垂直于井壁Bl，当横向和纵向两个方向上声束Sl都垂直于井壁B1时，那么声束S1即在空间上垂直于井壁。若干如P1—样的探头排成一圈成为一层探头，再有若干层，组成超声探头阵列(如图2、图4、图5中标号为9的部分)，这样所有的探头发出的声束都垂直进入井壁。在实际设备中，扶正器的调节可选用不同的方式以便于调节，如图4、图5和图10中标号为81的部分就是其中的一种方式。因为储气井本身内径大小不一，在使用中又不可避免的发生了腐蚀，所以扶正器支腿最好在一定范围内连续可调，图4、图5左右两边分别给出了支腿调节前后的不同状态。 地上部分主要是负责接收井内仪器的信号并进行显示，以及对正在检测井筒部位的深度进行测定。由于设备本身所需要的移动性和耐环境影响的要求，地上信号的显示采用笔记本式计算机6。地上装置井口部分有滑轮5，可使铠装电览通过滑轮进入井内，以免井身和电览相互磨损，在滑轮上安装旋转编码器io接入到自制的编码读取电路板，此电路板插在笔记本计算机上，则计算机可以通过旋转编码器io精确读取井内仪器的位置，而这正是检测的储气井11的部位。铠装电览3由内外两层构成，内层是相互绝缘的几条铜导线，外层是钢丝。内层导线为井内仪器供电，而外层钢丝主要起悬挂井内仪器作用。井内仪器所收到的超声波信号因为距离长会产生很大的衰减，甚至根本无法分清信号与噪声，同时高频信号又易受到干扰，因此普通的以太网线又无法实现如此长距离高质量信号的传输。本系统选择把电信号经光电转换器转为光信号后由光纤传输，在地上再通过光电转换器把光信号转换为电信号供给计算机。 井内仪器的超声波信号的发射和接收采用在微型PC系统上搭载完全自主设计的超声波发射和接收电路，与硬件相匹配的软件部分又能完成对储气井11的快速检测，以及对伪信号的去除和真实信号的快速处理和计算，最后把结果通过网口再由光纤发送到地面的计算机显示。 在井内仪器中，给仪器供电的铠装电览3、作为输出信号的光纤4和探头9是浸泡在水中的。仪器也在水下工作，这就要求电路系统必须置于密封筒100内。而探头9，电览3和光纤4又必须很方便、容易的与设备连接，且不能由这几部分漏水或是渗水到密封筒内。在本仪器中采用环氧树脂加固化剂浇注接头部分，在实现快速插拔连接的同时达到防水密封效果，筒内的二级密封结构使得即使在最恶劣的情况下也能保证仪器的正常工作。
环形水浸探头阵列9和扶正器8部分在井内仪器的下方。如图10所示，在实际使用时，调节81使扶正器支腿82张开，使83滚轮接触到储气井内壁，如图2、图5、图5和图6所示，其中图4和图5给出了支腿张开和闭合的两种状态。 请参阅图10所示，在探头阵列上下有两个扶正器，可保证探头阵列与储气井的同轴平行。支腿上的滚轮可使支腿与内壁紧密接触的同时还能保证井下部分的上下自由活动。为防止扶正器支腿在井内卡住，在8扶正器中安装有弹性部件84，正常情况下保证仪器与井筒的同轴平行，而在井壁有不规则凸起点时，可适量压縮不致使仪器卡在井内。8和9与上端仪器相连的地方可小幅度的活动，目的是在井筒弯曲很大的部分也最大可能的保证环形水浸探头阵列9真正与井壁平行，得到真正可用的超声回波信号。而三排密集排布的环形阵列探头可使仪器在由下至上的过程中就可以完成对储气井的检测，而无需对探头进行旋转。 由于储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统在井内仪器上升和下降的过程中都可对储气井实施检测，因此可以得到上升和下降的两幅壁厚和腐蚀状态图像，由于检测结果几乎完全相同，所以可选用任何一幅壁厚和腐蚀状态图像进行评价。
权利要求
一种储气井井筒壁厚腐蚀检测方法，包括地上部分、长距离信号传输部分、地下超声信号发射和接收部分以及环形水浸探头阵列布置和扶正部分；其特征在于，将探测的电信号经光电转换器转为光信号后由光纤传输，井上再通过光电转换器把光信号转换为电信号给计算机；主要包括以下步骤步骤1、在储气井中注满水，在井口安装定滑轮，调整探伤仪器车的位置，然后安装好编码器，并把编码器数据线接入计算机；连接仪器和铠装电览以及光纤，光纤另一端由光电转换器接入计算机；并将以上水下探测装置进行密封；步骤2、启动计算机，放置水下部分至井内，调节扶正器部分，使扶正器与储气井刚好接触；保证探头阵列与储气井同轴平行；步骤3、上下升降仪器到合适的开始检测位置，启动检测软件，此时井下仪器开始工作；步骤4、全部探头阵列按照设定顺序依次激发并接受超声信号，探头阵列将得到的信号后进行运算处理，处理后的数据进入光电转换器转变为光信号后进入光纤，在光纤另一端，又由光电转换器转换后进入计算机网口；步骤5、计算机判定数据的归属，并在所属位置画出超声测厚数据，其实时数据图像在相应的屏幕显示区域显示；步骤6、判断是否完成检测，如完成检测则存储数据图像或打印数据图像；如没有完成检测，则由计算机控制返回到步骤3；所述的探头工作和仪器的上升下降同时进行。
2. 根据权利要求1所述的储气井井筒壁厚腐蚀检测方法，其特征在于步骤4所述的环形水浸探头阵列在层之间的圆周方向上错开一定的角度。
3. 根据权利要求1所述的储气井井筒壁厚腐蚀检测方法，其特征在于所述的地上部分通过铠装电览与地下超声信号发射和接收部分相连，电机通过滚筒缠绕铠装电览使地下超声信号发射和接收部分匀速下降和上升。
4. 一种储气井井筒壁厚腐蚀检测系统，包括地上控制部和设置在储气井内的地下信号采集部与信号处理部；其特征在于所述的地上部分设有通过光纤(4)与地下部分连接的移动式检测装置(l)，该检测装置设有拖拽部与控制终端；所述的信号采集部通过拖拽部由地面探入到储气井井筒内，通过扶正器(8)在井筒内壁上下移动，与扶正器(8)连接的还有由至少二层探头组成的环形水浸探头阵列(9)。
5. 根据权利要求4所述的储气井井筒壁厚腐蚀检测系统，其特征在于所述的扶正器(8)上设有多个与井筒内壁滚动接触的支腿；在扶正器(8)的轴向方向设有弹性部件。
6. 根据权利要求5所述的储气井井筒壁厚腐蚀检测系统，其特征在于所述的弹性部件为弹簧。
7. 根据权利要求4所述的储气井井筒壁厚腐蚀检测系统，其特征在于所述的拖拽部包括滚筒(2)和定滑轮(5);定滑轮(5)上设有编码器(10)。
8. 根据权利要求4所述的储气井井筒壁厚腐蚀检测系统，其特征在于所述的控制终端设有数据与图像处理装置。
全文摘要
一种储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与检测方法，包括地上部分、长距离信号传输部分、地下超声信号发射和接收部分以及环形水浸探头阵列布置和扶正部分；将探测的电信号经光电转换器转为光信号后由光纤传输，井上再通过光电转换器把光信号转换为电信号给计算机；启动计算机，放置水下部分至井内，调节扶正器部分，保证探头阵列与储气井的同轴平行；启动检测软件，层之间错开一定角度的探头阵列层之间激发并接受超声信号，将得到的信号后进行运算处理，进入光电转换器转变为光信号后进入光纤，在光纤另一端，又由光电转换器转换后进入计算机网口；实时数据图像在相应的屏幕显示区域显示。提高了检测的稳定性和精确性。
文档编号G01N29/04GK101782553SQ20101011567
公开日2010年7月21日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者姚鹏远, 崔高宇, 李邦宪, 林树青, 滕永平, 石坤, 范智勇, 费学智, 郑雪松, 郭元亮 申请人:中国特种设备检测研究院