封装管缆在线超声检测装置及方法与流程

1.本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及到一种封装管缆在线超声检测装置及方法。


背景技术：

2.高含水油田开发后期，层间矛盾日益突出，油藏方案调整需要井下实时数据作为依据，为此，开展了有缆式智能完井技术研究及应用。通过单芯管缆实现井下、地面数据信号的双向传输。可见，单芯封装管缆是智能完井系统的关键部分，其封装管缆质量直接影响智能分注系统的使用寿命。此外，油田测调需求日益增大，所用封装电缆质量直接影响测调成功率。但封装管缆在生产、运输、重复使用时均会出现质量问题，因此在下井前需对管缆质量进行检测。
3.目前，国内外针对封装管缆的检验方法主要分为有损和无损两种。有损检测法向钢管和绝缘层间隙注入高压液体或气体，对内层绝缘层存在损伤风险；无损检测法主要包括x射线、涡流、超声三种，x射线的辐射特性不适合在连续生产线使用；涡流只能检测表面缺陷，无法检出焊口内部缺陷；常用的超声检测采用单个探头覆盖面、效率低，对封装管缆管径小、管壁薄的特点不适用；且常规检测设备对于起、下管缆的作业过程中，无法直接使用。
4.在申请号：cn01105436.0的中国专利申请中，涉及到一种石油输送管线的超声检测装置，包括仪器仓(8)、(9)、电源仓(11)、计程、清管仓(13)、皮碗(14)、万向节(10)、探头盘(2)、温度探头(1)和超声探头(3)，仪器仓(8)、(9)内装有用于发射、接收超声信号的超声信号处理仪、检测数据处理仪以及数据存储器，电源仓(11)内装有供各仪器使用的电池，计程、清管仓(13)的仓内装有低频电磁收/发仪，在仓外装有带霍尔传感器的里程轮(12)，温度探头(1)和超声探头(3)分别装在探头盘(2)上，其特征在于：还包括电机仓(5)和电源仓(6)，电机仓(5)装有电机，探头盘(2)连接在电机的输出轴上，电源仓(6)内装有供驱动电机的电池，电机仓(5)、电源仓(6)、仪器仓(8)、(9)、电源仓(11)和计程、清管仓(13)依次分别由万向节(10)和导线管(7)相互连接，在每个仓的两端均分别装有皮碗(14)。该装置适用于大通径的石油输送管线的无损检测，使用时，通过油压驱动及旋转探头实现长距及全方位检测。但对于管径小、管壁薄的封装管缆则无法应用，更无法应用于井场的实时检测；同时，该发明的技术方案仅实现了对被检工具的超声检测，没有提出对检测对象的干预，以达到更准确的检测结果。
5.为此我们发明了一种新的封装管缆在线超声检测装置及方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种对单芯封装管缆因生产、运输、重复使用而产生的质量问题的无损检测的设备及方法，实现对封装管缆生产、作业、回收等过程的在线检测。
7.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：封装管缆在线超声检测装置，该封装管缆在线超声检测装置包括校直机构、循环耦合机构和喷淋及超声探头机构，该校直机构对封装管缆进行本体校直，该耦合循环机构连接于该校直机构，对封装管缆进行本体去污处理及耦合液耦合处理，该喷淋及超声探头机构连接于该耦合循环机构，对封装管缆进行耦合测试，并通过超声探头对封装管缆本体进行全方位无损检测。
8.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
9.该封装管缆在线超声检测装置还包括滤干机构，该滤干机构连接于该循环耦合机构，将封装管缆表面的耦合液擦除干净。
10.该校直机构包括固定架、夹紧块及导轨轮，水平及垂直方向至少一组所述导轨轮置于该固定架的两端，所述导轨轮通过该夹紧块进行固定，水平及垂直方向的所述导轨轮分别对封装管缆进行水平和垂直方向的校直，使其达到居中要求。
11.该循环耦合机构包括出入口去污毛刷、循环水槽、耦合液管、控制阀、低振动水泵及排液孔，该循环水槽中置入经除泡处理的恒声速耦合液，以用于户外高温、低温环境，且底部设置有该排液孔；该循环水槽两端分别设置一组所述出入口去污毛刷，且与封装管缆进入方向一致；两组所述耦合液管置于该循环水槽另外两端，所述耦合液管与该循环水槽水平方向连接3个直管，3个直管一端连接该喷淋及超声探头机构，与垂直方向连接1个直管，且该直管下端连接该控制阀及该低振动水泵，该低振动水泵与该循环水槽连通。
12.该喷淋及超声探头机构包括探头支架、角度调整块、耦合液喷嘴及该超声探头，6组所述喷淋及超声探头机构安装于所述耦合液管的6个直管上，且耦合液喷嘴与各个直管内部连通，该探头支架下端与该角度调整块通过丝扣连接，该耦合液喷嘴及该超声探头通过丝扣平行连接于该角度调整块上，该角度调整块进行角度调节，使6组所述耦合液喷嘴及该超声探头能覆盖进行测试的封装管缆；通过该低振动水泵进行循环耦合液抽取，该控制阀调整所述耦合液喷嘴的喷淋量，该超声探头对封装管缆进行超声检测。
13.该滤干机构包括回液管、滤干仓及除液块，该回液管与该循环水槽内部连通，且置于该滤干仓底部，使得擦拭的耦合液能回流至该循环水槽；该除液块固定于该滤干仓内部，使封装管缆可以从其内部穿过，封装管缆通过该滤干仓及该除液块，将表面的耦合液擦除干净，擦拭的耦合液由该回液管流出进入该循环水槽中。
14.该封装管缆在线超声检测装置还包括超声发射模块，该超声发射模块通过电缆连接于该喷淋及超声探头机构，产生与所选用该超声探头的声阻抗匹配的激励源，以达到最高的激励效率。
15.该封装管缆在线超声检测装置还包括超声接收模块，该超声接收模块通过电缆连接于该喷淋及超声探头机构，通过对该超声探头返回的回波信号进行高信噪比的放大处理，提高探伤精度。
16.本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：封装管缆在线超声检测方法，该封装管缆在线超声检测方法采用封装管缆在线超声检测装置，包括：步骤1，封装管缆首先经校直机构，实现本体校直；步骤2，封装管缆进入耦合循环机构，进行本体去污处理及耦合液耦合处理；步骤3，封装管缆通过喷淋及超声探头机构进行耦合测试；并通过超声探头对封装管缆本体进行全方位无损检测。
17.本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：
18.该封装管缆在线超声检测方法还包括，在步骤3之后，检测完成的封装管缆进入滤干机构，将封装管缆表面的耦合液擦除干净。
19.本发明中的封装管缆在线超声检测装置及方法，主要包括两部分：机械系统和超声系统。机械系统，设计多组排布整形滚轮实现封装管缆的校直、对中，设计全方位水射流喷射装置实现封装管缆冲刷去油污处理，设置水浴装置实现超声与管缆的耦合，提高测试质量；超声系统，设计多组高频超声收发探头进行全方位快速测试，设计探头位置可调部件实现有效贴合，配套超声数据编码解码模块实现数据的实时高效分析，实现封装管缆的实时无损探伤与缺陷预警。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.(1)创新提出井场实时高精度高频超声快速无损探伤方法，大大提高了检测可靠性与效率；
22.(2)设计多模块集成式电缆前处理机械控制系统，采用多工序渐变整形与居中模块实现不规则高硬度电缆的快速校直，采用全方位水射流模块实现快速清污；
23.(3)设计快速、全方位高频超声收发系统，激发频率可调，配套贴合、耦合机构形成多种金属材质系列电缆薄壁细管的精确无损检测与缺陷预警。
附图说明
24.图1为本发明的封装管缆在线超声检测装置的结构图；
25.图2为本发明的一具体实施例中机械控制系统图；
26.图3为本发明的一具体实施例中校直机构图；
27.图4为本发明的一具体实施例中循环耦合机构图；
28.图5为本发明的一具体实施例中可调角度喷淋机构图；
29.图6为本发明的一具体实施例中滤干机构图。
30.图7为本发明的一具体实施例中超声发射模块的电路图；
31.图8为本发明的一具体实施例中超声接收模块的电路图；
32.图中：1、校直机构；2、循环耦合机构；3、喷淋(超声探头)机构；4、滤干机构；5、封装管缆；6、固定架；7、夹紧块；8、导轨轮；9、去污毛刷；10、循环水槽；11、耦合液管；12、控制阀；13、低振动水泵；14、排液孔；15、探头支架；16、角度调整块；17、耦合液喷嘴；18、高频超声探头；19、回液管；20、滤干仓；21、除液块。
具体实施方式
33.为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
34.如图1所示，图1为本发明的封装管缆在线超声检测装置的结构图。该封装管缆在线超声检测装置主要由机械系统和超声系统组成，其中，机械系统主要由校直机构1、循环耦合机构、2、喷淋(超声探头)机构3及滤干机构4组成，见图2；超声系统主要由超声发射模块及超声接收模块组成，通过电缆与超声探头连接，主要涉及超声发射模块(见图7)和超声接收模块(见图8)。
35.具体工作流程为：现场起、下过程中(或生产过程中等)的管缆首先经校直机构1，
实现本体校直。进入循环耦合机构2，进行本体去污处理及耦合液耦合处理，并通过喷淋(超声探头)机构3进行耦合测试；同时，超声探头实现对管缆本体的全方位无损检测，并将信息反馈至pc端处理。检测完成的管缆进入滤干机构4，进行表面处理后，检测合格者即可下井或储存等。
36.由于封装管缆在生产、运输或重复起下过程中会因应力集中导致变形、弯曲，检测行进的封装管缆进行超声检测前需要先进行封装管缆校直，保证封装管缆经过超声探头时达到对中要求。如图3所示，校直机构主要包括固定架6、夹紧块7及导轨轮8，水平及垂直方向至少一组导轨轮8置于固定架6两端，导轨轮8通过夹紧块7进行固定。使用时，水平及垂直方向的导轨轮8分别对封装管缆5进行水平和垂直方向的校直，使其达到居中要求。
37.如图4所示，循环耦合机构主要由出入口去污毛刷9、循环水槽10、耦合液管11、控制阀12、低振动水泵13及排液孔14等组成，其中，循环水槽10中置入经除泡处理的恒声速耦合液，可用于户外高温、低温环境，且底部设置有排液孔14；循环水槽10两端分别设置一组去污毛刷9，且与封装管缆5进入方向一致；两组耦合液管11置于循环水槽10另外两端，本体上与循环水槽10水平方向连接3个直管，3个直管一端连接喷淋(超声探头)机构，与垂直方向连接1个直管，且该直管下端连接控制阀12及低振动水泵13，低振动水泵13与循环水槽10连通。使用时，封装管缆5进入循环耦合机构时，先通过入口去污毛刷9除去封装管缆上的污物，然后进行喷淋耦合测试，最后经过出口去污毛刷9离开循环耦合机构。
38.如图5所示，喷淋(超声探头)机构主要由探头支架15、角度调整块16、耦合液喷嘴17及高频超声探头18等组成，6组喷淋(超声探头)机构安装于耦合液管11的6个直管上，且耦合液喷嘴与各个直管内部连通。使用时，由角度调整块16进行角度调节，使6组耦合液喷嘴17及高频超声探头18能完整覆盖封装管缆5；通过低振动水泵13进行循环耦合液抽取，控制阀12调整耦合液喷嘴17的喷淋量，在保证耦合状态良好的同时避免产生飞溅气泡，进一步清污，提高超声检测准确性；高频超声探头18实现对封装管缆5的超声检测。
39.如图6所示，滤干机构主要由回液管19、滤干仓20及除液块21组成，其中回液管19与循环水槽内部连通。完成探伤的封装管缆5，通过滤干仓20及除液块21，将表面的耦合液擦除干净，避免残留耦合液对封装管缆产生腐蚀；擦拭的耦合液由回液管19流出进入循环水槽10中。
40.本发明设计的发射电路，见图7，该超声发射模块通过电缆连接于超声探头，控制超声波的发射；主要涉及超声发射电路，可以产生与所选用超声探头的声阻抗匹配的激励源，使超声发射电路达到最高的激励效率。超声发射模块包括高性能fpga、高速da和功率放大三部分，其中fpga和da可以产生可调频率和幅度的激励源，功率放大部分用来完成与所选用探头的声阻抗匹配。通过高性能fpga产生dds因子，再经过da及低通滤波器合成发射波形，经过功率放大后输出激励信号加到超声换能器两端。超声发射部分激励压电晶片产生超声；接收放大部分将反射、衍射的回波信号放大，并通过放大后的信号进行伤损逻辑判断。高频超声探头大多由压电陶瓷或蓝宝石做成，由于制作工艺的原因，其阻抗差异较大，因此，为得到较高的输出功率，需要设计具备阻抗匹配的超声发射电路，同时，高频超声探头很难做到较高的中心频率一致性，因此，需要针对不同超声探头调节激励波形，使超声发射电路达到最高的激励效率。
41.本发明设计离散器件搭建低噪声超声接收放大回路(图8)，对所设计电路进行噪
声系数测试，150mhz带宽时噪声水平小于3db，满足前置放大信噪比要求。
42.该超声接收模块通过电缆连接于超声探头，主要涉及低噪声超声接收放大回路；通过对超声探头返回的回波信号进行高信噪比的放大处理，提高探伤精度。
43.由于高频超声频率高、波长短，在传播过程中衰减较大，回波信号往往是mv甚至μv量级，因此需要对回波信号进行高信噪比的放大处理。传统的前期放大器加vga的集成ic模式不能满足高频超声放大对信噪比的要求。
44.本发明可以实现对单芯封装管缆因生产、运输、重复使用而产生的质量问题的无损检测，保证下井封装管缆产品质量。本发明可用于但不限于单芯封装管缆的生产线、下井施工现场及重复使用时的质量检测。