一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统技术方案

本实用新型专利技术一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统，包括系统主机、环形相控阵阵列探头和包括发射模块、接收模块、延时模块、隔离模块的超声相控阵检测仪。系统主机根据发射模块发出的超声波偏转度计算出各组探头阵元相对延时，并传递给接收模块；延时模块实现各组阵元的相对延时量，发射模块激励探头各个阵元发射超声波，隔离模块保护后级电路中低电压器件不被损坏，接收模块将环形相控阵阵列探头接收的回波转换成采集卡的输入信号，光端机将经采集卡转换后数字式电信号转换为光信号并经光纤传送给系统主机；系统主机对此回波信号进行处理，用于分析成像。本实用新型专利技术可灵活调整扫查覆盖率，对腐蚀部分定位细查，检测速度快，检测精度高。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于无损探伤设备
，涉及针对天然气加气站、调峰站及储气站等设施的压缩储气井的壁厚测量和井壁蚀坑、裂纹等检测的无损探伤技术，尤其是涉及一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统。
技术介绍
压缩天然气(CNG)储气井由于安全性能高、占地面积小和建造成本低等优势，成为目前国内CNG加气站的基本储气方式。自1997年中国石油川西南矿区在四川建成第一座地下储气井组，中国至今已有8000口储气井，其中部分已进入老年期，因地层水的存在和天然气本身的低量含硫特性导致井壁腐蚀，存在着爆炸、泄露及井窜等事故隐患。为了保障储气井的安全运行，保护人民的生命财产安全，中国国家质监部门已将储气井纳入特种设备范畴，对其设计、制造、使用、检验以及维修改造实行全过程的安全监察。目前，储气井壁检测主要有两种方式，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，即依靠机械装置和控制系统自动完成。对于深度可达300米的储气井，人工检测无疑是一件繁重的劳动作业；同时，检测数据需先存储，待检测结束后再处理，所以，人工检测不具有实时性。自动检测又多分为井上设备和井下设备，井下设备是检测的直接执行者，井上设备则控制着井下设备的工作方式；两部分设备间通讯和井下部分的精确定位要求检测设备在检测过程中尽可能地保持静止，需固定整套检测装置，致使此检测方式相对复杂。诸多自动检测方法中，超声波检测因穿透性强、方向性好及灵敏度高等特点逐渐代替电阻检测法、电容检测法、射线检测法、涡流检测法等方法。现有的超声波检测技术主要采用是内旋转检测系统(IRIS)，分为单探头旋转、单探头声束旋转及多层单探头环形阵列等三种检测方式。单探头旋转检测是指探头轴向垂直于井壁360°旋转扫描；单探头声束旋转检测是指探头轴向平行于井壁，倾斜45°反射镜360°旋转完成扫描；这两种检测方式对井筒的内壁要求极高，储气井常见的井筒变形会造成探头耦合不良、检测装置在管内卡顿、检测信号丢失等现象，扫查覆盖率低，造成一定的漏检现象。多层单探头环形阵列检测是指每层探头均匀环形排列，层间探头布置错开一定角度，可依次激励探头进行扫描；相比上述两种检测方式，该检测的扫查盲区较小，但是，多个单探头的使用增加了测试装置的体积，多探头之间电性能的不一致性会带来检测误差，操作前的调校比较困难；多探头间发射角的差别、装配不到位，均会降低储气井井筒的扫查覆盖率。中国专利申请CN21010115676.7公开了一种储气井井筒壁厚及腐蚀检测系统与检测方法，采用的是上述多层单探头环形阵列检测方法。该专利申请在圆周方向布置多层环形水浸探头阵列，检测系统通过层间错开一定角度以增大覆盖测量范围，层间不同探头接收的声波需要校准，且井下设备在垂直方向上移动位置受层间距离限制，存在着结构复杂、测前调校 困难、扫查覆盖率低、检测误差大的缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统，系统检测装置结构简单，测前调校方便，扫查覆盖率高且可实时灵活地调整，能够对腐蚀部分定位细查，检测速度快，检测精度高。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案。本技术的一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统，包括井上设备、井下设备及复合电缆，所述井上设备包括系统主机、控制箱、收线架、定滑轮；所述的定滑轮安装有编码器；井下设备包括扶正器、检测仪和环形探头；所述的复合电缆由内部铜导线、光纤和外层钢丝组成；铜导线为井下设备供电，钢丝拖拽井下设备工作，光纤是系统主机与井下设备的通讯媒介，其特征在于：所述的检测仪为超声相控阵检测仪，包括延时模块、隔离模块、发射模块、接收模块、采集卡和光端机；所述的发射模块、接收模块构成超声相控阵检测仪的收发电路；所述的井下设备设置有一个所述的环形探头；所述的环形探头为环形相控阵阵列探头，含有均匀分布在一同层圆周上的多个环形相控阵阵元组；所述的每个环形相控阵阵元组具有16n个阵元；在进行储气井井筒检测时，所述的系统主机根据所述的超声相控阵检测仪的发射模块发出的超声波波束偏转角度计算出环形相控阵阵列探头的各组阵元相对延时时间，并传递给超声相控阵检测仪的接收模块；所述的超声相控阵检测仪的延时模块实现各组阵元的相对延时量，发射模块激励所述的环形相控阵阵列探头各个阵元发射超声波，隔离模块保护后级电路中低电压器件不被损坏，接收模块将环形相控阵阵列探头接收的回波信号转换成采集卡的输入信号，采集卡将电信号转换成数字式的电信号，光端机将数字式的电信号转换为光信号经光纤传送给系统主机；所述的系统主机将接收到的回波信号进行滤波、放大处理，以提取有用信号用于分析、成像。所述的超声相控阵检测仪收发电路采用阵列式设计，拥有结构相同的多路通道，每一路通道可单独激励、接收和调理超声信号，互不干扰。所述的超声相控阵检测仪的各功能模块的通道数等同于单组环形相控阵阵元数目；多个环形相控阵阵元组，分时段轮流使用超声相控阵检测仪的各个模块。所述的环形相控阵阵列探头包含有四个环形相控阵阵元组，每个环形相控阵阵元组具有16个阵元。所述的井下设备包括两个扶正器。所述的扶正器设置有三个间隔为120°连杆结构式支脚，可沿井壁接触滚动，能够同步收放。所述的检测系统可以实时实现储气井横截面成像显示和储气井竖界面成像显示。相比现有技术，本技术包括以下优点和有益效果：1.本技术采用单个环形相控阵阵列探头进行检测，既不需要像单探头旋转测量时的 旋转装置也不需要多层单探头环形阵列测量时的多层排布，克服了两种检测方式带来的技术缺陷。因不存在旋转机构导致的水流动现象，系统发射的超声波在水中传播途径和速度都不会受到影响，从根本上消除了因水流造成的检测误差。而且，相比多层环形探头，本技术节省了探头占用空间，使用维护方便，扫查覆盖率和检测灵敏度高。2.与单探头扫查成像相比，本技术的相控阵阵列探头扫查成像分辨率高，则检测系统的检测精度高。相控阵阵列探头的单次扫查线(A扫查)是探头所有阵元接收超声回波延时补偿、声束合成得到的，而单探头的单次扫查线仅是探头接收的超声回波；而且，相控阵阵列探头聚焦半径实时调整，保证不同储气井的高精度检测，而单探头的聚焦半径为常量。3.本技术在同一水平线上可完成同深度下的所有检测，无需垂直方向上的声波校准，且整体系统不受垂直检测分辨率限制。4.本技术的相控阵探头发射超声波偏转角度的步进大小可调，超声相控阵检测仪的扫查覆盖率高且可灵活地调整。可依据检测系统实时显示井壁的扫查结果，实时缩小偏转角度步进，提高扫查覆盖率，能够以更高检测精度定位扫查井壁某一部分，实现在保证检测速度的同时兼顾精度。5.当两组环形相控阵阵元组之间间隔为阵元间隔，则多组探头可组合成一个圆环相控阵探头。超声相控阵检测仪可采用电子扫查方式收发超声波完成井壁检测，无须声波偏转即可完成360°检测，本技术系统相对于探头发射的偏转超声波减弱了旁瓣效应，进一步提高成像分辨率。6.本技术系统采用超声相控阵技术，超声相控阵技术可实时S显示和C显示，且通过改变超声波偏转角度的步进大小可灵活调整扫查覆盖率，对腐蚀部分定位细查，保证检测速度时兼顾检测精度。附图说明图1是本技术系统的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统，包括井上设备、井下设备及复合电缆，所述井上设备包括系统主机、控制箱、收线架、定滑轮；所述的定滑轮安装有编码器；井下设备包括扶正器、检测仪和环形探头；所述的复合电缆由内部铜导线、光纤和外层钢丝组成；铜导线为井下设备供电，钢丝拖拽井下设备工作，光纤是系统主机与井下设备的通讯媒介，其特征在于：所述的检测仪为超声相控阵检测仪，包括延时模块、隔离模块、发射模块、接收模块、采集卡和光端机；所述的发射模块、接收模块构成超声相控阵检测仪的收发电路；所述的井下设备设置有一个所述的环形探头；所述的环形探头为环形相控阵阵列探头，含有均匀分布在一同层圆周上的多个环形相控阵阵元组；所述的每个环形相控阵阵元组具有16n个环形相控阵阵元；所述的系统主机根据所述的超声相控阵检测仪的发射模块发出的超声波波束偏转角度计算出环形相控阵阵列探头的各组阵元相对延时时间，并传递给超声相控阵检测仪的接收模块；所述的超声相控阵检测仪的延时模块实现各组阵元的相对延时量，发射模块激励所述的环形相控阵阵列探头各个阵元发射超声波，隔离模块保护后级电路中低电压器件不被损坏，接收模块将环形相控阵阵列探头接收的回波转换成采集卡的输入信号，采集卡将电信号转换成数字式的电信号，光端机将数字式的电信号转换为光信号经光纤传送给系统主机；所述的系统主机将接收到的回波信号进行滤波、放大处理，以提取有用信号用于分析、成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统，包括井上设备、井下设备及复合电缆，所述井上设备包括系统主机、控制箱、收线架、定滑轮；所述的定滑轮安装有编码器；井下设备包括扶正器、检测仪和环形探头；所述的复合电缆由内部铜导线、光纤和外层钢丝组成；铜导线为井下设备供电，钢丝拖拽井下设备工作，光纤是系统主机与井下设备的通讯媒介，其特征在于：所述的检测仪为超声相控阵检测仪，包括延时模块、隔离模块、发射模块、接收模块、采集卡和光端机；所述的发射模块、接收模块构成超声相控阵检测仪的收发电路；所述的井下设备设置有一个所述的环形探头；所述的环形探头为环形相控阵阵列探头，含有均匀分布在一同层圆周上的多个环形相控阵阵元组；所述的每个环形相控阵阵元组具有16n个环形相控阵阵元；所述的系统主机根据所述的超声相控阵检测仪的发射模块发出的超声波波束偏转角度计算出环形相控阵阵列探头的各组阵元相对延时时间，并传递给超声相控阵检测仪的接收模块；所述的超声相控阵检测仪的延时模块实现各组阵元的相对延时量，发射模块激励所述的环形相控阵阵列探头各个阵元发射超声波，隔离模块保护后级电路中低电压器件不被损坏，接收模块将环形相控阵阵列探头接收的回波转换成采集卡的输入信号，采集卡将电信号转换成数字式的电信号，光端机将数字式的电信号转换为光信号经光...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓丹，王海涛，郑凯，汪文，王晋，任毅，丁春雄，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：新型
国别省市：江苏;32