способ электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах

Формула изобретения

Способ электромагнитного контроля механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах заключающийся в том, что недоступное для непосредственного контроля муфтовое соединение труб помещают в переменное магнитное поле неизменной частоты первого параметрического индуктивного преобразователя, включенного в последовательный LC-колебательный контур, а доступное и заведомо исправное муфтовое соединение труб скважины помещают в переменное магнитное поле неизменной частоты второго параметрического индуктивного преобразователя, включенного в последовательный LC-колебательный контур и соединенного по дифференциальной схеме с первым параметрическим индуктивным преобразователем LC-колебательного контура, отличающийся тем, что емкость конденсатора первого последовательного LC-колебательного контура устанавливают такой, при которой выполняется условие равенства величины реактивного сопротивления конденсатора удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя, т.е X_C=2X_L, а емкость конденсатора второго LC-колебательного контура устанавливают такой, при которой выполняется условие равенства величины реактивного сопротивления конденсатора величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя, т.е. X_C=X_L и по отклонению разности напряжений от нулевого значения на первом и втором LC-колебательных контурах судят об исправном состоянии муфтового соединения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля магнитной проницаемости и электропроводности изделий из ферромагнитных материалов, например муфтовые соединения труб в скважинах недоступные для непосредственного контроля.

Известен способ контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов (а.с. Способ контроля физико-механических параметров, SU 1259174, 23.09.86. Бюл. № 35).

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ с частотным методом выделения сигнала.

Устройство содержит генератор 1 с изменяемой частотой, соединенные последовательно параметрический индуктивный преобразователь 2, ключ 3 и эталонный резистор 4, подключенные к выходу генератора 1 с изменяемой частотой, соединенные последовательно амплитудный детектор 5, подключенный к эталонному резистору 4, и индикатор 6. Устройство содержит также конденсатор 7, подключенный параллельно индуктивному преобразователю 2 и ключу 3, и блок 8 измерений частоты, подключенный к генератору 1 с изменяемой частотой.

Для цепи из параллельно соединенных индуктивного преобразователя и компенсирующего конденсатора, подключенной к источнику переменного напряжения, удаление из цепи индуктивного преобразователя не изменяет амплитуды тока в неразветвленной части цепи, когда Х _С=2X_L. Это видно из уравнения тока такой цепи

где - эквивалентная проводимость разветвления цепи;

- реактивная проводимость компенсирующего конденсатора;

g·, b_L - соответственно активная и реактивная проводимости индуктивного преобразователя. Из равенства получают X_C=2X_L.

Способ осуществляют следующим образом. В переменное магнитное поле индуктивного преобразователя помещают контролируемое изделие (не показано). Изменением частоты питающего генератора 1 при неизменном на его выходе напряжении и постоянной величине емкости компенсирующего конденсатора 7 добиваются такого состояния, когда при работающем ключе 3 прекратятся колебания стрелки индикатора 6. В этот момент прекращают изменять частоту генератора 1 и при помощи блока 8 измерения частоты измеряют рабочую частоту генератора 1. Компенсация удвоенной величины реактивной составляющей полного сопротивления индуктивного преобразователя позволяет повысить надежность и стабильность измерений за счет того, что рабочая частота генератора , определяемая из условия X_C=2X_L, не зависит от активного сопротивления индуктивного преобразователя, поэтому влияние внешних условий, таких как изменение температуры, сказывается в меньшей степени. Это является существенным достоинством.

Недостатками этого способа контроля физико-мезанических параметров изделий из ферромагнитных материалов являются недостаточная чувствительность к их незначительным изменениям, его невозможно применить в тех случаях контроля физико-механических параметров изделий, когда необходимо сравнение с исправными изделиями, а неисправные изделия недоступны для непосредственной оценки их состояния.

Наиболее близкий по своей сути способ электромагнитного контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных электропроводящих материалов, принятый за прототип, путем сравнения полных сопротивлений индуктивных преобразователей, включенных в дифференциальную схему с двумя последовательными резонансными контурами (Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М., «Машиностроение», 1986, рис.78, стр.269). Резонансные контуры настроены на резонанс напряжения, который возникает при равенстве реактивных сопротивлений индуктивной катушки X_L и конденсатора Х_С т.е. X_L=Х_С. Использование последовательной резонансной электрической цепи при измерениях электропроводности, толщины листов стенки труб позволяет уменьшить влияние изменения зазора между индуктивной катушкой и изделием в пределах до 0,2 мм. Однако влияние температуры на результаты измерений исключить нельзя. Это является недостатком способа прототипа.

Задача предлагаемого изобретения - расширение возможностей применения способа электромагнитного контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов для оценки механической прочности муфтовых соединений труб в скважинах (фиг.2. Схема участка муфтового соединения труб в скважинах). На схеме обозначено: 10 - обсадная труба скважины, 12 - труба, например, насоса скважины, 11 - муфта резьбового соединения труб, 2 - индуктивный преобразователь.

Технический результат достигается тем, что электрическая схема, показанная на фиг.3, с помощью которой реализуется способ, содержит: генератор с изменяемой частотой переменного тока 1, к выводам которого подключена дифференциальная схема с двумя последовательными резонансными колебательными контурами. Первый колебательный контур содержит последовательно соединенные амперметр переменного тока 13, конденсатор с переменной величиной емкости 7, который может отключаться и включаться с помощью ключа 3, и индуктивный преобразователь 2. Второй колебательный контур содержит последовательно соединенные амперметр переменного тока 13, конденсатор с переменной величиной емкости 7 и индуктивные преобразователи 2. Вывод генератора 1, к которому подключены выходы индуктивных преобразователей 2, образует электрическую шину (общий проводник, к которому подключаются другие электрические элементы).

Разностный сигнал переменного тока от входов индуктивных преобразователей 2 преобразуется в сигнал постоянного тока с помощью двух полупроводниковых детекторов диодов 14 и двух электрических RC-фильтров, состоящих из конденсаторов 15, и резисторов 16, имеющих потенциометрические выводы. К потенциометрическим выводам резисторов 16 подключен вольтметр постоянного тока 17.

Первый последовательный резонансный контур настраивается на резонансное явление, возникающее при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора 7 удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя 2. Это явление достигается следующим образом. Для цепи из последовательно соединенных конденсатора и индуктивного преобразователя, подключенной к источнику переменного напряжения, короткое замыкание пластин конденсатора не приводит к изменению амплитуды тока в индуктивном преобразователе, когда величина удвоенного реактивного сопротивления индуктивного преобразователя X_L равна величине реактивного сопротивления конденсатора X_C. Это видно из уравнения тока в преобразователе при включенном в цепь и выключенном из цепи конденсаторе при условии X_C=2X_L

где R_д - активное сопротивление преобразователя (датчика).

При невыполнении условия X_C=2X_L уменьшается величина тока индуктивного преобразователя.

Второй последовательный резонансный контур настраивается на явление резонанса напряжений. Оно возникает при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора 7 величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя 3, т.е. X_C=X_L. При этом величина переменного тока в этом резонансном контуре по показаниям амперметра 13 будет наибольшей.

Частота переменного тока генератора при электромагнитном контроле и оценке механической прочности резьбового соединения труб в скважинах с помощью муфт, фиг.2, устанавливается такой, при которой глубина распределения вихревых токов возникающих в электропроводящем материале, была бы не более суммы толщины стенки трубы и половины толщины стенки муфты. Расчет распределения вихревых токов по глубине h электропроводящего материала производится по формуле (Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М., «Машиностроение», 1986, стр.208)

h=1/ f µ,

где -число 3,14; f - частота переменного тока;

- электрическая проводимость; µ - магнитная проницаемость.

Измерения по прилагаемому способу осуществляется следующим образом. В электромагнитное поле первого и второго индуктивных преобразователей размешают в доступном для контроля образце с заведомо исправным резьбовым соединением трубы скважины с помощью муфты (фиг.2).

Изменяют величину емкости конденсатора 7 первого резонансного контура и при работающем ключе 3 добиваются отсутствия колебания стрелки амперметра 13. Так создают условие равенства X_C=2X_L, при котором работает первый резонансный контур. Ключ 3 оставляют в разомкнутом состоянии (фиг.3).

Изменяют величину емкости конденсатора 7 второго резонансного контура и добиваются максимального познания амперметра 13. Это одно из условий возникновения резонанса напряжений во втором резонансном контуре, когда X _L=X_С, (фиг.3).

Изменяют положения потенциометрических выводов резисторов 16 электрических фильтров, добиваются отсутствия показания вольтметра постоянного тока 17 (фиг.3).

Индуктивный преобразователь 2 первого резонансного контура помещают поочередно в муфтовые соединения по всей длине трубы в скважине (фиг.2) и по отклонению от нулевого значения показания вольтметра постоянного тока 17, (фиг.3) судят о механической прочности конкретного муфтового соединения трубы в скважине. Резьбовое соединение трубы с помощью муфты может быть нарушено коррозионным процессом, либо когда в начале эксплуатации резьбовое соединение выполнено некачественно.

Предлагаемый способ позволит предупредить при выемке трубы, например скважинного насоса, аварию, которая значительно усложнит ремонт скважины.