基于磁屏蔽技术的钻杆漏磁无损检测方法..doc

利用磁屏蔽效应改善钻杆漏磁探伤信号信噪比 马义来，林立，宋强 （中国石油大学（北京）机械与储运工程学院 北京 102249） 摘要：漏磁检测技术被认为是一种高效率的无损检测方法，已被广泛应用于油田钻杆的检测。本文电磁有限元分析表明，有磁屏蔽器存在时钻杆漏磁信号将明显集中分布于缺陷附近，此时永磁体元件之间通过空气介质耦合的背景磁通会大大降低。钻杆实物漏磁测试证实了这一分析结果，配有磁屏蔽器的探头可明显提高漏磁信号信噪比，对提高缺陷漏磁识别率具有重要价值。 关键词：磁屏蔽；漏磁；无损检测；有限元分析 Improve SNR of Drill Pipe Leakage Flux Testing Signals by Using Magnetic Shielding Effect MA Yi-lai, LIN Li, SONG Qiang (College of Mechanical and Transportation Engineering in China University of Petroleum, Beijing 102249) Abstract：Magnetic flux leakage (MFL) technique is generally considered to be an efficient and effective non-destructive testing (NDT) method and has been widely used in the oil field inspection industry for the examination of drill pipe. Electromagnetic finite element analysis shows that pipe magnetic flux leakage signals are centralized near defects obviously when the magnetic shielding exists. At this time, the background magnetic flux between permanent magnet components coupling through the air medium will be reduced greatly. Drill pipe magnetic flux leakage testing confirms the analysis results, and the probe with magnetic shielding device can improve SNR of the magnetic flux leakage signals obviously. Thus, it is helpful to improve pipe leakage flux testing sensitivity. Key words：Magnetic shielding; Magnetic flux leakage(MFL); Nondestructive testing(NDT); Finite element analysis(FEA) 0.引言 钻机井口部位是II级防爆区域，基于交流励磁原理的钻杆漏磁探伤成熟技术难以在此发挥作用。为此中国石油大学开发了基于永磁铁励磁原理的井口在线探伤技术，在一定程度上解决了超深钻井、海上钻井等工况下钻杆难以及时探伤的问题[1]。然而由于永磁铁产生的钻杆磁饱和强度有限，漏磁检测中的信号信噪比过低，致使缺陷识别效果较差。本文采用理论与实验相结合的办法对漏磁信号信噪比过低的原因进行了分析，并采用磁屏蔽原理对漏磁传感器进行了结构优化，改善了漏磁检测精度。 1.钻杆漏磁检测 漏磁检测技术是从磁粉检测技术发展起来的，利用磁现象来检测铁磁性材料工件表面及近表面缺陷的一种无损检测方法[2]，漏磁检测原理如图1所示： 图1 漏磁检测原理图 图1中钻杆在外加磁场的作用下被磁化，若钻杆中无缺陷时，磁力线绝大部分通过铁磁性材料，并在钻杆内部呈均匀分布，在钻杆外部有少量的漏磁场；若钻杆表面及近表面存在缺陷(如裂纹、腐蚀坑或腐蚀孔)，由于钻杆中缺陷的磁导率远比铁磁性材料本身小，缺陷处磁阻增大，从而使通过该区域的磁场发生畸变，磁力线发生弯曲，一部分磁力线漏出钻杆表面，在缺陷部位形成漏磁场。采用霍尔元件传感器检测缺陷漏磁场，将磁场转换成电信号并进行处理，可以得到缺陷的信息。 2.缺陷磁场的有限元分析 在漏磁检测系统中，霍尔传感器的测量结果包括两个部分:缺陷产生的漏磁场和空气耦合磁场。空气耦合磁场指的是检测器的磁极通过空气耦合形成的磁场。无论钻杆存在缺陷与否