一种基于亥姆霍茨线圈的石油管柱缺陷快速检测探头的制作方法

本发明涉及一种石油管柱缺陷检测探头，特别涉及一种基于亥姆霍茨线圈的石油管柱缺陷快速检测探头。

背景技术：

钻杆、抽油杆、管道、立管等石油管柱长期工作于复杂环境承受多变载荷，容易在表面形成裂纹、腐蚀坑、凹槽等缺陷，最终引起管柱断裂和破坏，导致严重的生产事故。因此，在石油钻杆出厂和在服役过程中开展在线无损检测与评估，对防治钻杆破坏，确保工业生产安全平稳进行有着极其重要的意义。

目前针对管柱表面缺陷检测，广泛应用的无损检测方法主要有：漏磁检测法、磁粉检测法和超声检测方法。漏磁检测法是一种十分成熟的油田管道在线检测方法，其对管道腐蚀坑、裂纹等缺陷具有良好的检测效果，但漏磁效应与磁化方向和缺陷开口大小、长宽比等因素密切相关，工程中往往需要针对不同的裂纹方向和类型采用不同的磁化器以取得较高的检测灵敏性，同时漏磁检测法作业时需要对被测对象进行饱和磁化和退磁，不仅对缺陷尺寸量化产生影响，而且降低作业效率。磁粉检测法对管柱缺陷具有较好的检测效果，是目前有效的应力腐蚀裂纹检测方法，但磁粉检测技术为接触式测量方法，需要对管道表面清理，检测工序较多检测时间较长，严重增加了检测成本，很难做到频繁的巡检。超声检测法同样是应用较广的一种管柱无损检测方法，然而常规超声法检测时需要与被测工件接触，并在检测工具与被测对象之间添加耦合剂，严重限制其应用场合。

根据交流电磁场检测原理设计的外穿式交流电磁场检测探头能对轴向裂纹具有较高敏感度，仍无法满足管柱表面多类型缺陷全周向快速扫查的检测要求。

工业现场中的自然缺陷往往是任意的，生产中经常针对不同缺陷类型采用多种检测设备重复或共同扫查，不仅会导致漏检和严重的生产事故，还将严重增加检测成本和作业时间。因此急需一种对多种缺陷敏感、更可靠、更高效的检测设备用以保证工业生产中石油管柱的安全可靠服役。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足，提供了一种基于亥姆霍茨线圈的石油管柱缺陷快速检测探头，利用两个间距等于半径的圆形线圈在石油管柱表面感应出正交均匀的磁场和电流场，当正交电磁场经过缺陷时，由于缺陷处磁导率变化将导致石油管柱中磁力线在缺陷截面处产生漏磁效应，同时缺陷的阻断又将导致周围电流场绕过缺陷产生扰动效应使得感应电流场引起的磁场发生变化，最终两种效应共同导致缺陷上方的空间何磁场发生畸变。借助周向阵列排布的全周向阵列高精度磁传感器提取空间磁场变化，达到对石油管柱表面腐蚀坑、裂纹等多种类型缺陷的快速检测的目的，对石油管柱多种类型缺陷检测，预防石油管柱失效具有重要意义。

一种基于亥姆霍茨线圈的石油管柱缺陷快速检测探头，其技术方案为：将通入相同交变电流的圆形线圈缠绕在高分子聚合物骨架两端间距等于圆形线圈半径的凹槽内，高分子聚合物骨架两端设有滑槽，滑槽内装有可动传感器托架，所述可动传感器托架内装有全周向阵列高精度磁传感器，所述全周向阵列高精度磁传感器由固定带固定。

上述全周向阵列高精度磁传感器等间距均匀排布在管柱周向方向。

上述可动传感器托架可在滑槽内移动。

本发明与现有技术相比具有的有益效果如下：所述一种基于亥姆霍茨线圈的石油管柱缺陷快速检测探头可同时在石油管柱表面感应出正交的均匀电流场和磁场，同时利用缺陷引起的漏磁效应和电流扰动效应达到对多种缺陷的快速检测；同时由于亥姆霍茨产生的感应磁场分布均匀，因此可在不同管径管柱表面感应出相同电磁场；采用沿径向可移动的阵列高精度传感器，保证了传感器与管柱表面具有相同的提离高度，提高了检测灵敏度和效率，

附图说明

附图1是本发明的整体结构示意图。

附图2是本发明的高分子聚合物骨架示意图。

附图3是本发明的安装示意图。

附图4是本发明的检测原理示意图。

附图5是均匀正交电磁场在缺陷周围引起的漏磁效应和电流扰动效应示意图。

附图6是本发明的高精度磁场传感器检测到的轴向裂纹、周向裂纹和凹坑引起的轴向和径向磁场信号变化图。

上图中：圆形线圈1、高分子聚合物骨架2、凹槽2.1、滑槽2.2、全周向阵列高精度磁传感器3、可动传感器托架4、固定带5、管柱6、均匀正交电磁场7、轴向磁场7.1、周向电流场7.2、缺陷8、轴向磁场信号9、径向磁场信号10。

具体实施方式

结合附图1-6，对本发明作进一步的描述：

如附图1、2所示，本发明主要由圆形线圈1、高分子聚合物骨架2、凹槽2.1、滑槽2.2、全周向阵列高精度磁传感器3、可动传感器托架4、固定带5组成。所述高分子聚合物骨架2由凹槽2.1、滑槽2.2组成，所述圆形线圈1均匀缠绕在位于高分子聚合物骨架两端凹槽2.1内，所述凹槽2.1距离等于圆形线圈1半径，所述全周向阵列高精度磁传感器3等间距均匀排布在管柱6周向方向并固定在可动传感器托架4内，所述可动传感器托架4插在高分子聚合物骨架滑槽2.2内，所述可动传感器托架4可在滑槽内移动，可保持全周向阵列高精度磁传感器3与不同管径管柱表面具有相同提离高度，所述固定带5缠绕在高精度磁场传感器3外部，对全周向阵列高精度磁传感器3径向位移进行约束。

如图3、4、5、6所示，所述圆形线圈1当通入相同交变电流时，将在石油管柱6表面同时感应出相互正交的轴向磁场7.1和周向电流场7.2组成均匀正交电磁场7，所述轴向感应磁场7.1由于缺陷8处磁导率变化将导致石油管柱中磁力线在缺陷截面处产生漏磁效应，同时周向感应电流场7.2绕过缺陷8产生电流扰动效应使得感应电流场7.2引起的磁场发生变化，最终两种效应共同导致缺陷8上方轴向磁场信号9和径向磁场信号10大小发生改变，所述全周向阵列高精度磁场传感器3拾取石油管柱全周向360度轴向磁场信号9和径向磁场信号10，通过分析磁场信号即可达到对缺陷8的识别。

本发明的有益效果是：利用两个间距为半径的圆形激励线圈，在管柱表面形成均匀正交的轴向磁场和周向电流场，当均匀正交电磁场经过缺陷时，由于磁导率变化将在轴向引起漏磁效应，同时缺陷又将导致周围电流扰动效应，最终引起缺陷上方空间磁场发生变化。畸变的磁场信号能够反映缺陷尺寸和类型，借助全周向阵列高精度磁传感器提取管柱表面全周向360度磁场信息，达到对管柱表面腐蚀坑、裂纹等多种缺陷参数识别和快速扫查，同时采用可动传感器托架设计，保证全周向阵列高精度磁传感器与不同管径管柱具有相同提离高度，提高了探头的适应性，对预防石油管柱失效具有重要意义。