在石油工业中，目前有多种采油方式，其中机械采油最为普遍和重要，尤其是有杆泵采油，典型的有杆泵抽油系统的组成如图7-13所示。早在石油工业问世时，我国所开发的大多数油井开采阶段都已进入了中、高含水期，许多油井的采油方式由原来的自喷式采油转为机械采油方式，有些油井甚至最初的采油方式就是机械采油。据相关资料数据统计，目前全国机械采油井已占油井总数的90％以上，机械采油井中90％以上皆为有杆泵采油方式，可见有杆泵采油方式已在我国的石油开采中占据了举足轻重的地位。
抽油杆是抽油机与深井泵之间传递动力的重要部件，长期在腐蚀介质中承受着交变载荷，极易形成如裂纹、腐蚀坑（麻点）及偏磨等缺陷，从而会降低自身强度，严重时导致断杆事故。为提高抽油杆循环利用率，一种旧抽油杆的再制造新工艺-冷拔复新制造工艺被广泛使用。在此过程中，首先需要对抽油杆进行无损检测，然后根据抽油杆质量状况采取合适的修复工艺。
常规抽油杆整体结构如图7-14所示，抽油杆杆体一般为实心圆形断面的钢杆，当杆径较大时，也有空心结构，两端为镦粗的杆头，由外螺纹接头、应力卸荷槽、推承面台肩、方径扳手、镦粗凸缘和圆弧过渡区构成。外螺纹接头与接箍相连，方径扳手装卸抽油杆接头时用于卡住抽油杆钳。
常用抽油杆规格按杆体的外径一共分为6种，分别是φ13mm、φ16mm、φ19mm、Φ22mm、φ25mm和ф28mm（1／2in、5／8in、3／4in、7／8in、1in和11／8in），长度一般为7.62m或8m。根据API Spec 11B《Specification for Sucker Rods》标准，常规钢制抽油杆长度一般为7.62m、8m和9m。常用抽油杆主要规格参数见表7-2。
抽油杆作为连接井上抽油机和井下抽油泵柱塞之间的连杆，其产生的最典型缺陷形式就是磨损。抽油杆与抽油管之间的磨损形式主要包括机械磨损、磨料磨损和电化学腐蚀。
机械磨损是单纯的抽油杆杆体与油管体发生偏磨，影响因素众多，常见诱因包括井眼轨迹形状、杆柱结构及工作参数的配合。这种常见的杆体缺陷主要表现在两个方面：在杆体挠度相对较小的位置，抽油杆的接箍与抽油管内壁极易产生碰撞摩擦，由于油管的摩擦面相对较大，因此磨损程度较轻，但是杆体接箍和杆头部分磨损严重；在抽油杆杆体挠度相对较大的地方，抽油杆的接箍与抽油管内壁产生摩擦碰撞的同时，杆本体与油管内壁也会产生摩擦，磨损比较严重，导致杆体出现严重偏磨。
腐蚀缺陷是一种广泛存在的电化学现象，受介质环境的影响巨大。杆体的偏磨与腐蚀缺陷并不是简单的累加，而是两者结合，相互作用，促使更大的破坏产生。当杆体表面被活化，成为电化学腐蚀的阳极，则形成大阴极小阳极的电化学腐蚀，而产出液是强电解质，具有强腐蚀性，对电化学腐蚀起到一个催化作用。其中，阳极则首当其冲，即发生杆体偏磨的位置会优先发生电化学腐蚀，导致产生杆体偏磨的表面更加粗糙，加剧磨损。抽油杆杆体的常见缺陷如图7-15所示。
一、检测原理
直流磁化利用直流磁化线圈产生恒定的磁场对被检测构件进行磁化，其可分为恒定直流磁化和脉动电流磁化。恒定直流磁化对电源要求较高，整流后产生波动范围较小的直流电，以免产生磁场波动而降低检测信号的信噪比。磁化电流的大小因被测构件的截面积不同而发生变化，磁化强度的大小通过控制输入电流的大小来实现调节。脉动电流磁化在电气实现上相对容易，是剩磁法检测中较常使用的直流磁化方式。
交流磁化是向磁化器中施以交变电流，进而产生交变的磁化场。但由于趋肤效应，磁化场仅存在于被检测构件表面，因此，交流磁化适合用于铁磁性构件表面或近表层缺陷的检测。
永磁磁化以永久磁铁作为磁源对铁磁性构件施加磁化。在永久磁铁磁化中通常采用磁铁、衔铁以及铁磁性构件构成磁回路。它的磁化场与恒定直流磁化产生的磁场有相通性，但磁化强度的调整不如后者方便，其磁路一旦确定磁化强度大小便不可调整。永磁磁化的吸力很大，对抽油杆的前行和检测探头的合拢均会带来不便。
检测系统主要是针对水平放置在修复车间内的在用抽油杆（即旧抽油杆）进行检测。考虑抽油杆杆径较细且两端存在较大的变径区域，永磁磁化的吸力大且尺寸规格确定后无法进行磁化强度的调节，对抽油杆的水平运动、磁化的均匀性和检测探头张紧均造成不利影响。直流线圈磁化器具有可调节磁化强度的灵活性，该方式能够在抽油杆杆体内部产生稳定、均匀的磁化场，获得分辨率良好的缺陷漏磁场。此外，从漏磁信号处理角度来看，缺陷漏磁场承载着缺陷的相关信息，为了更好地辨识出抽油杆的缺陷信号，励磁电流与缺陷信号频率之间的差距越大越好。对于一般的检测速度来说，缺陷信号的频率范围是几十赫兹到上百赫兹，故励磁电流频率应该采用低频或者高频。
对于细长铁磁性构件，磁化方式有单磁化线圈和双磁化线圈两种方式，如图7-16所示。单磁化线圈方式中，为了满足检测一致性要求，通常将检测探头放置于磁化器内部。从而导致线圈内外径增大，磁通量在抽油杆杆体外的空气中损失大，磁化效率低且磁化效果差。采用双励磁线圈进行轴向磁化时，不仅可以缩减线圈内外径，增大抽油杆的磁化强度，增加抽油杆的有效磁化区域，提高磁化效率，而且检测探头可以布置在两个检测线圈中间部位。根据霍姆赫兹线圈的磁场分布，双线圈轴向磁化在抽油杆杆体内部更易形成密集而均匀的轴向磁化场，有助于提高检测信号的灵敏度和稳定性。
以直径φ25mm抽油杆中心线为中心建立2D对称有限元模型，利用ANSYS仿真软件计算获得不同磁化方式下的抽油杆中心线方向的磁感应强度，如图7-17所示。
从图7-17分析可知，双线圈在抽油杆杆体内更易获得均匀且磁化强度相对较大的轴向磁化场，均匀轴向磁化场接近2.2T，且两磁化线圈的轴向间距达到了150mm。基于双线圈轴向直流磁化的抽油杆漏磁自动检测方案如图7-18所示，通过轴向布置两个直流励磁线圈将抽油杆杆体磁化到饱和或近饱和状态，当抽油杆杆体表面有缺陷存在时，抽油杆杆体缺陷处局部材料的磁导率会降低，磁阻增大，抽油杆杆体内部的磁力线会发生畸变，从而导致部分磁力线泄漏到空气中，形成缺陷的漏磁场，然后被处于双励磁线圈中间的漏磁传感器拾取，继而将漏磁信号转换为电压信号，之后经过信号放大器进行信号放大和滤波处理，并进入A-D转换器，完成对漏磁信号的调理和采集，最终漏磁检测数字信号进入计算机上位机软件进行分析处理和显示。
二、整体方案
抽油杆漏磁自动检测总体布局如图7-19所示。抽油杆漏磁自动检测系统主要包括：料架、气动翻料机构、传送机构、气动压紧扶正装置、检测探头气动跟踪机构。气动翻料机构完成待检测抽油杆从上料架到传送轮以及下料分选区的传递工作；气动压紧扶正装置主要用于压紧和扶正抽油杆杆体，使其平稳地通过检测设备；检测探头气动跟踪机构用于实现探头紧贴杆体表面，并保证抽油杆接箍的顺利通过。
抽油杆漏磁自动检测流程分为以下几步：
1）气动上翻料机构将待检测抽油杆从上料架送至传送线，抽油杆在传送机构的驱动下匀速传送至检测主机。
2）对磁化器通以直流电，使得磁化器产生稳定的轴向磁化场，将抽油杆杆体轴向磁化至饱和或近饱和状态。当抽油杆杆体存在缺陷时，缺陷处便会产生相应的漏磁场。
3）缺陷漏磁场被漏磁传感器拾取，并转换为电压信号，之后依次经过信号放大、滤波、A-D转换，然后完成采集，最后进入计算机的上位机软件进行显示和处理。
4）抽油杆检测完成之后，利用退磁器实现退磁，之后进行下一根抽油杆的循环检测。
1. 压紧扶正装置
如图7-20所示，检测主机由前后两个压紧扶正装置、中间检测探头板以及磁化器集于一体，组成一个完整的检测设备单元。气动压紧扶正装置如图7-21所示，主要由两个单级卧式摆线针形电动机、上下压紧轮、底部支撑气囊和顶部超薄传动气缸组成。压紧扶正装置的主要功能是实现传动构件的导向和驱动，使其平稳通过检测探头板。
2．检测探头
在漏磁检测中，被检测的量包括磁感应强度和磁感应强度的梯度，两者存在根本区别。感应线圈和霍尔元件的应用也存在根本的不同：感应线圈感应的是空间内磁感应强度的梯度，也即变化程度，与磁感应强度及其空间分布有关；霍尔元件感应的是空间内某点的磁感应强度的绝对值。为实现各类缺陷的全覆盖检测，根据检测杆体缺陷产生的信号特性选择霍尔元件和感应线圈两种传感器同时作为磁敏感元件，如图7-22所示。
根据霍尔元件和感应线圈的输出特性，感应线圈双排交错布置，相邻感应线圈串联输出，感应线圈平放布置，可最大限度地拾取缺陷漏磁信号轴向分量；霍尔元件单排立装布置，有效拾取缺陷漏磁信号轴向分量，相邻霍尔元件检测信号并联输出，磁敏感元件全覆盖布置，如图7-23所示。将16个感应线圈及8个霍尔元件均布于整圆周范围内，相邻感应线圈的中心距约为8mm，相邻感应线圈串联输出；相邻霍尔元件中心相距约为11mm，相邻霍尔元件并联后单通道输出，检测元件布置时需注意方位保持一致。
同时，在感应线圈中放置聚磁铁心，感应线圈和聚磁铁心的长、宽、高尺寸分别为：6mm×2mm×3mm和5mm×1.5mm×3mm。为给传感器提供良好的工作环境，并延长使用寿命，将感应线圈和霍尔元件安装在瓦状探靴内部，并且在探靴工作表面喷涂耐磨陶瓷。检测探靴的结构设计如图7-24所示，单个瓦状探靴的有效覆盖角度为α，相邻瓦状探靴交错β角度布置，从而实现抽油杆的全覆盖检测。
三、现场应用
抽油杆漏磁自动化检测系统实物如图7-25所示，该系统可检测的抽油杆规格范围为φ19～Φ48mm。通过对磁化器、传感器和检测探靴的设计，可对抽油杆杆体表面的裂纹、点状腐蚀等缺陷进行全面可靠的检测。整个检测过程可实现自动化，包括抽油杆上料、传送、检测、分级、标记和退磁等所有检测过程，具有良好的工程应用价值，为抽油杆的修复提供了基础。
