专利名称：改进型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。这两 种方法都是在地面上对管体进行检测，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。2008年， 国家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，2009年中国特检院发明了用于储气井井筒 壁厚测量和腐蚀检测的设备和方法。设备由三部分构成井上仪器、传输线和井下仪器，井 上和井下仪器都由计算机构成，两者通过TCP/IP协议传输数据，又由于过长的距离，传输 层用光纤完成，即井下仪器将数据发送到网口，再经过电光转换器件把数据包转换为光信 号发送到光纤，地上部分再经过电光转换器转换成电信号的数据包送入井上仪器网口得到 实时的检测数据。在没有更好的装置和方法前，这种装置和方法解决了储气井急需检测的 困境，但是随着检测工作的进一入深入，其问题也凸显出来，主要有以下几种一、检测时井下仪器是全部浸入水中的，目前还没有接插方便耐用的光纤密封接 头；二、井下仪器的供电必须得要电缆线完成，而传输信号用光缆，所以井上部分有光 缆和电缆两根分离的线接入井下仪器，光缆和电缆容易缠绕，造成仪器上升时需人为分离 光缆和电缆，严重时不得不中断上升过程。事实上如果下降时不注意放线，这种中断是频繁 出现的。为避免这种中断，需在下降进就注意放线，这样就增加了人力；
三、井下仪器采用计算机模式，由于检测时不可避免的振动都会造成计算机不能 正常工作，检测中途死机时，整个储气井不得不重新检测；四、从井下到井上仪器，信号传输所经过的器件过多，任何一个器件的故障都能使 得检测中断；五、光缆需要经常更换，成本太高。六、编码器置于定滑轮部分，每检测一口储气井都需重新安装编码器，且编码器线 没有加铠，易损坏。由于以上几点原因，造成设备的故障率比较高，其移动性、灵活性也不能完全满足 要求。故发明改进性仪器。
发明内容
本发明的目的在于改进储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统和方法，以达到对储气井 井筒壁厚及腐蚀进行高效可靠检测的效果，同时简化工作流程降低仪器故障率。本发明是采用以下技术方案实现的一种改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统，包括地上信号处理部和设置在储气 井内的地下信号收发部；地上部分设有通过铠装复合线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；铠装复合线的输出端与井上信号处理部的计算机 连接，把采集到的数个模拟量探头信号，通过计算机完成对模拟信号的数字转换和数据信 号的处理；所述的信号处理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模拟量探头阵列；所述的数个模拟量探头由一个FPGA程序探制循环工作，所述的FPGA程序固化在 电路板上；所述的铠装复合线由传输信号用的同轴电缆和井下仪器电源线分层缠绕、外层缠 绕钢丝制成，同轴电缆和电源线共用一个多芯防水密封接头。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，滚筒前的摆线器上有与计算机固定连接的编码
ο一种改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法，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；连接井 下仪器和铠装复合线；步骤2、打开井下仪器供电开关，全部探头阵列按照FPGA程序设定顺序依次激发 并接受超声信号，探头信号分时进入同轴电缆；步骤3、启动计算机，放置水下部分至井内，调节扶正器部分，使扶正器支腿与储气 井刚好接触；保证探头阵列与储气井的同轴平行；步骤4、上下升降仪器到合适的开始检测位置，启动检测软件；步骤5、计算机从同轴电缆端取得一个完整循环的探头信号； 步骤6、计算机判定数据的归属，并在所属位置画出超声测厚数据，实时数据图像在相应的屏幕显示区域显示； 步骤7、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4 ；所述的探头工作和仪器的上升下降同时进行；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。本改进型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 的优势和有益效果一、信号传输线和井下仪器供电线以及仪器悬挂线结合在一起，并共用一个多芯 接头，连接快速方便并且仪器升降自如，无需人为干预；二、井下仪器为FPGA程序控制的简单循环系统，比起计算机操作系统，可靠性更 强，抗振性更好，可长时无故障运行。三、编码器固定连接，省时省力；四、简化操作流程，减轻检测人员负荷，提高检测效率。
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为铠装复合线截面图；图4为铠装复合线滚筒示意图；图5为检测系统的井内仪器支腿闭合和张开状态示意图；图6为扶正器结构示意图；图7为本装置中双层探头阵列正视图； 图8为探头层示意图。各部分说明1为移动式检测装置；2为滚筒；3为铠装复合线；4电机；5为定滑 轮；6为计算机；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 缩弹簧；ClPl为第一探头层第一个探头；C2P1为第二探头层第一个探头；31为同轴电缆； 32为电源线；33为钢丝。
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，为改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法流程图。改进型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，移动式检测装置1的位置使得铠装复合线3能顺利通过滑轮5进入储气井11 内。将井下仪器与铠装复合线连接，在本实施例中移动式检测装置1为可移动式检测系统 车。针对之前设备，本发明的改进有结合现场环境，检测用超声频段的噪声很小，所以屏弃光纤传输信号，直接用铠装 复合线把模拟量探头信号传输到井上仪器。对模拟信号的数字转换和处理都由井上计算机完成。这样井下仪器只需要控制探头循环工作便可，各个探头的信号时分复用铠装复合线 中的同轴电缆传输到井上仪器，井下信号传输到地面所经过的器件大大减少，当然降低了 故障率，而且控制探头循环工作只需要一个简单的FPGA程序便可完成，省去了计算机，固 化在电路板上的FPGA程序的可靠性远远高于计算机操作系统，而且抗振性能大大提高。铠装复合线由同轴电缆和井下仪器电源线分层缠绕、外层缠绕钢丝制成，解决了 信号线和供电线分离的问题，这样井下仪器便能自如升降。同轴电缆和电源线共用一个多 芯防水密封接头，接插更加方 便可靠。编码器直接安装于滚筒前的摆线器部分，其接头与计算机处于固定连接状态，不 必再去安装编码器，同时编码器线在检测车内，不易受到损坏。首先打开井下仪器电源，此时井下仪器开始工作，FPGA程序首先添加一个识别信 号码到同轴电缆端口，然后激发第一个探头，激发后，仪器会留出足够的时间让此探头接收 信号；再激发第二个探头，等待第二个探头接收信号；激发第三个探头……一直到最后一个 探头接收信号完毕，再添加一个识别信号码到同轴电缆端口，然后激发第一个探头……这 样无休止循环工作。所有这些信号都和同轴电缆端口相接，因为每个探头的激发和等待接 收信号的时间都是相同的且提前设定好的，所以地上计算机通过第一个探头信号之前的识 别码就能确认到之后的信号是第一个探头的，一个固定的时间周期后的信号是第二个探头 的，再之后的一个固定的时间周期是第三个探头的一至到最后一个探头的信号。这样，就算 是某一时刻探头的信号传输不好，没有取到正常的信号，那么也是这一个循环周期的不能 得到，还是可以通过识别码依次取到下一个循环周期的所有探头信号。 然后，启动计算机6，放置井内仪器至井内，调节扶正器调节器81，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。之后启动检测软件，此时检测软件 处于监听状态，当识别到识别码后，分时段把之后的信号依次分属于不通的探头，并在相应 的屏幕显示区域显示，探头阵列中的各探头依次高速工作，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，通过滚筒前摆线器上的编码器10，计算机6能精确知道 仪器位移，检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 的检测数据可直接以图像的形式在屏幕的相应区域实时显示，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，信号处理部和设置在 储气井内的超声信号收发部；地上部分设有铠装复合线与地下部分连接的移动式检测装置 1，该检测装置1设有拖拽部与控制终端；信号采集部依附在拖拽部上，在储气井井筒内，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。图中4为电机。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 ；滚筒2前设有编码器10。前述的信号处理端设有AD转换和数据与图像处理装置。旧式储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统和方法由于井内仪器搭建在微型计算机上，而计算机操作系统复杂性和不稳定性使得仪器故障率非常高，而作为信号传输线的光缆 与电源线分离的方式又产生了长距离时光缆和电源线缠绕以至于无法分开不得不中断检 测的困境。况且自制的光纤密封接头成功率较低且易损坏不耐用、不方便快速连接的原因 使得仪器工作时须特别小心，使得检测系统的灵活性和可操作性受到极大的限制。
本改进储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统和方法首先简化井内仪器复杂性和功能， 让其只负责模拟信号部分，把AD转换、数据处理和分析的功能都在井上计算机实现。两部 分通过铠装复合线连接。这样，两部分之前的信号传输是模拟信号，信号频段为检测用超声 频段，而储气井中此频段的噪声极小，所以用模拟信号传输是完全可行的，这样又省去了数 字信号必须得按照一定协议编码传输所产生的种种故障的困挠，同时，模似信号和供电电 源线都是电信号，可以共同一个多芯密封接头，又可以方便的实现插接，省去了再去接光信 号接头的麻烦，同时少一个接头就少去了一个漏水可能，对井内仪器的防水密封性又大大 提高了。在本系统中，供电电缆和负责信号传输的铠装复合线共用马龙头达到密封和连接 要求。为了解决分开的电源线和信号线互相缠绕的问题，本改进储气井井筒壁厚及腐蚀 检测系统和方法自制了铠装复合线，其截面图如图3所示铠装复合线3由内外中三层构 成，外层是钢丝内层是相互绝缘的几条铜导线，中心是同轴电缆31。内层导线32为井内仪 器供电，而外层钢丝33主要起悬挂井内仪器作用并保护供电电缆线和同轴电缆不易被损 坏。井内仪器各探头的模拟信号时分复用同轴电缆供给计算机6。图4为铠装复合线滚筒示意图，4为电机。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，地上信号的转换和 显示采用工业控制用计算机6。地上装置井口部分有滑轮5，可使铠装电缆通过滑轮进入井 内，以免井身和电缆相互磨损，在滚筒2前安装有旋转编码器10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10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。井内仪器的超声波信号的发射和接收基于FPGA设计的简单循环系统上搭载完全 自主设计的超声波发射和接收电路，井内仪器各探头的模拟信号时分复用铠装复合线供 给计算机6处理和显示。同旧方法一样，本改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统和方法的环形水浸探头 阵列9和扶正器8部分也在井内仪器的下方，如图5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6所示，其中图5给出了支腿 张开和闭合的两种状态。请参阅图5和图6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，可适量压缩不致使仪器卡在井内。上下 两个扶正器支腿在周向上也错开一个角度，这样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。而双排密集排布的环形探头阵列9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。
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
1.一种改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统，包括地上信号处理部和设置在储气井 内的地下信号收发部；地上部分设有通过铠装复合线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；其特征在于铠装复合线中同轴电缆的输出端与井上 信号处理部的计算机连接，把采集到的数个模拟量探头信号，通过计算机完成对模拟信号 的数字转换和数据信号的处理；所述的信号处理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模拟量探头阵列；所述模拟量探头一个工作循环周期对应一个FPGA程序，所述的FPGA程序固化在电路 板上；所述的铠装复合线由同轴电缆和电源线分层缠绕并在外层缠绕钢丝制成，同轴电缆和 电源线共用一个多芯防水密封接头。
2.根据权利要求1所述的改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统，其特征在于所述 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。
3.根据权利要求1所述的改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统，其特征在于所述 的拖拽部包括滚筒和定滑轮，滚筒前的摆线器上有与计算机固定连接的编码器。
4.一种改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法，其特征在于包括以下步骤步骤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；连接井下仪 器和铠装复合线；步骤2、打开井下仪器供电开关，全部探头阵列按照FPGA程序设定顺序依次激发并接 受超声信号，探头信号分时进入铠装复合线中的同轴电缆；步骤3、启动计算机，放置水下部分至井内，调节扶正器部分，使扶正器支腿与储气井刚 好接触；保证探头阵列与储气井的同轴平行；步骤4、上下升降仪器到合适的开始检测位置，启动检测软件； 步骤5、计算机从同轴电缆端取得一个完整循环的探头信号；步骤6、计算机判定数据的归属，并在所属位置画出超声测厚数据，实时数据图像在相 应的屏幕显示区域显示；步骤7、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4 ；所述的探头工作和仪器的上升下降同时进行； 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。
全文摘要
本发明公开了一种改进型储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与检测方法，包括地上信号处理部和设置在储气井内的地下信号收发部；地上部分设有通过铠装复合线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；铠装复合线中的同轴电缆把采集到的数个模拟量探头信号输入到计算机，通过计算机完成对模拟信号的数字转换和数据信号的处理；通过扶正器在井筒内壁上下移动；还设有环形水浸模拟量探头阵列；传输信号用的同轴电缆和井下仪器电源线分层缠绕并在最外层缠绕钢丝制成铠装复合线，同轴电缆和电源线共用一个多芯防水密封接头。编码器直接安装于滚筒之前的摆线器部分，其接头与计算机处于固定连接状态，可靠性更强，抗振性更好，可长时无故障运行。
文档编号G01N17/00GK102072714SQ20101053709
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者崔高宇, 李文波, 李邦宪, 段会永, 段志祥, 滕永平, 王璟, 石坤, 范智勇, 费学智, 郑雪松, 陈力群, 陈祖志, 陈耀华, 韩红伟 申请人:中国特种设备检测研究院