[发明专利]基于超声相控阵技术的储气井井筒检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损探伤设备技术领域，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及其检测方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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 井筒检测系统及其检测方法，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，本发明采用以下技术方案。

本发明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；