油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法和檢測裝置的製作方法

2023-06-15 04:59:16

專利名稱：油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法和檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及螺紋密封檢測技術領域，特別涉及油井油管柱螺紋及密封面損傷檢 測，是一種利用聲學檢測原理進行油管柱螺紋及密封面損傷檢測的方法和聲學檢測設備。
背景技術：
完井管柱是完井工程的重要環節，完井工程的最終目的要將完井管柱固定在井壁 上。因此完井管柱的連接強度和連接處的密封性要求很高，油管上扣後螺紋密封面的損傷 在井下複雜載荷作用下，易發生洩漏事故，尤其是在高溫高壓井中。由於井場的現有條件， 造成完井管柱密封性是比較難以保證。目前，檢驗密封完整性的方法主要是通過室內實物 試驗進行評價，然後再解剖油管接頭，查看螺紋及密封面有無損傷；油田現場採用氦氣密封 檢測裝置對上扣後的油管螺紋接頭進行密封檢測，但並不能確定螺紋密封面是否損傷，而 且這種檢測費用較高，一般只在重點井使用。因如何確定油管上扣後螺紋及密封面的完整性，進一步評判油管柱密封完整性， 如今還沒有一個良好的檢驗分析方法。而從油田現場作業情況看，在高溫高壓井中因完井 管柱洩漏使套壓升高，最終導致事故發生，在這之前即使使用了氦氣密封檢測裝置確定管 柱密封良好。現有技術存在的主要問題油管上扣後螺紋密封面有無損傷無辦法確定；現有的 氦氣密封檢測裝置只能檢測管柱密封性能，無法確定螺紋密封面的完整性，且檢驗費用較 高；室內全尺寸實物密封試驗和剖析檢驗，不能代表井內整個下入的管柱。中國專利公告號CN201218806Y，提供了一種管道對接焊縫超聲檢測裝置，包括發 射探頭(發射器)、接受探頭(接收器)、探頭架、轉換器和印表機組成。發射探頭和接受探 頭固定在連接軸上，兩個探頭的聲束傾斜於焊道並相交於焊道中心。能檢測焊縫，對焊縫缺 陷定位準確，但是測量精度不能達到要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，檢測油管上 扣後螺紋及密封面的損傷情況，並評價油管螺紋及密封面的完整性和連續性。依據檢測評 價結果，避免螺紋和密封面有損傷的油管下井，結合室內實物密封試驗評價油管柱的密封 完整性。本發明採用的技術方案是油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置，所使用的檢 測裝置主要由超聲發射探頭群、運動夾具和計算機及控制器組成。計算機及控制器由導線 連接超聲發射探頭群。超聲發射探頭群由三個換能器組成，三個換能器分為發射/接收器、 接收/發射器和校正輔助器，三個換能器分別固定在運動夾具上。三個換能器的固定位置 是發射/接收器和接收/發射器固定在運動夾具兩端的徑向調節換能器夾上，發射/接收 器或接收/發射器與油管表面的夾角在2 10°度之間，校正輔助器固定在運動夾具中間 的軸向移動換能器夾上。校正輔助器與油管接箍中心線垂直。
所述的運動夾具主要由四邊形主框架、馬達、主動輪、從動輪、徑向調節換能器夾、 軸向移動換能器夾組成。徑向調節換能器夾和軸向移動換能器夾上的微調螺栓上下旋轉運 動調節換能器與被測油管和接箍表面的耦合接觸；運動夾具上的馬達通過齒輪連杆機構帶 動傳動螺杆的旋轉運動，同時馬達通過曲柄連杆機構控制主動輪的運動，帶動從動輪；馬達 與計算機及控制器通過導線連接在一起；運動夾具上配有四個對稱的彈簧扣箍，彈簧扣箍 一端固定在四邊形主框架上，另一端扣在輪架上，輪架支撐主動輪和從動輪。所述的發射/接收器或接收/發射器與油管表面的夾角指的是以下描述的夾角 一個剖面通過油管和油管接箍的中心線，並且發射/接收器或接收/發射器在此剖面內；油 管表面和發射/接收器或接收/發射器的壓電晶片平面，與剖面之間組成一個夾角。在發 射/接收器、接收/發射器和校正輔助器的壓電晶片平面下固定有填充物，填充物包括有 機玻璃或尼龍。油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置檢測原理。參閱圖1和圖2。用於檢測油 管柱接頭螺紋和/或密封面損傷程度。徑向調節換能器夾12和軸向移動換能器夾14上的 微調螺栓11上下旋轉調節三個換能器與被測表面的耦合接觸；運動夾具4上的馬達8通過 齒輪連杆機構帶動傳動螺杆9旋轉運動，從而實現校正輔助器3的軸向運動；同時馬達8通 過曲柄連杆機構控制主動輪10的運動，帶動從動輪15，實現三個換能器的周向運動；馬達8 與計算機及控制器7通過導線連接在一起，實現計算機可控；運動夾具4上配有四個對稱的 彈簧扣箍17，彈簧扣箍17 —端固定在四邊形主框架13上，另一端扣在輪架16上，輪架16 支撐主動輪10和從動輪15，彈簧扣箍17使主動輪和從動輪緊緊抱住被測油管接箍6外表 面。被測油管接頭指由兩個油管1端部外螺紋與和一個油管接箍6連接而成；計算機 及控制器7是整個設備的控制儀器，三個換能器的運動、發射頻率的大小、接收信號的衰減 增益和校正以及信號的處理主要靠此計算機及控制器7實現。油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，A、在油管接箍的兩端分別連接油管，在油管接箍外表面和兩端面塗刷耦合劑；靠 近油管接箍的油管外表面塗刷耦合劑；B、在油管接箍上安裝運動夾具，使運動夾具的主動輪和從動輪依靠彈簧扣箍壓緊 在油管接箍外表面；C、把發射/接收器和接收/發射器分別安裝在運動夾具兩端的徑向調節換能器夾 上，並調節微調螺栓使發射/接收器和接收/發射器與油管外表面耦合接觸；D、把校正輔助器安裝在軸向移動換能器夾上，調節微調螺栓，使校正輔助器與油 管接箍外表面耦合接觸；E、把發射/接收器、接收/發射器和校正輔助器的數據線與馬達控制線接入計算 機及控制器系統，啟動檢測裝置馬達；F、計算機及控制器控制運動夾具在油管接箍外表面進行圓周運動，並帶動發射/ 接收器、接收/發射器和校正輔助器同時做周向運動，同時校正輔助器在傳動螺杆的帶動 下沿油管接箍外表面進行軸向運動；G、調節信號頻率，對接箍內螺紋密封面損傷情況檢測；H、首先發射/接收器和接收/發射器分別進行一次檢測，獲取檢測結果，然後校正輔助器做軸向運動，並在發射與接收線路上對前一檢測結果進行校正掃查；完成一次螺紋 密封面縱面檢測；I、運動夾具帶動發射/接收器、接收/發射器和校正輔助器在油管接箍外表面做 周向移動，移動角度和移動時間間隔通過馬達控制；J、循環H步驟和I步驟；運動夾具沿油管接箍表面旋轉一周，完成油管接箍與油管 的螺紋密封面檢測；K、依據檢測結果，評判油管柱螺紋密封面的損傷情況。在A步驟中塗刷耦合劑，用超聲耦合劑的目的首先是充填接觸面之間的微小空 隙，排除換能器與被測物表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入被測物，提高聲強透射 率；其次耦合劑還有減少摩擦的作用。可使用的耦合劑有機油、水、水玻璃等。發射/接收器和接收/發射器是一種超聲波檢測探頭，市場有產品銷售。本發明 發射/接收器和接收/發射器採用的是一種斜探頭。校正輔助器是一種超聲波檢測探頭，本發明主要指直探頭，主要用於校正對發射 器與接收器之間信號幅度，以防止出現漏測、誤測。本發明的有益效果本發明油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置，採用了校正 輔助器探頭，與發射器、接收器採集的信號進行對比校正，提高測量精度。能評判油管上扣 後接頭螺紋密封面是否損傷，可避免有損傷的接頭下入井內，保證管柱結構的安全，進一步 保障了整口井的生產安全，對提高整個石油生產效率具有現實意義。


圖1是利用本發明油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置，進行油管柱螺紋及密 封面損傷檢測示意圖。圖2是本發明油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置的運動夾具的結構示意圖。圖3是三個換能器與被測表面的耦合接觸示意圖。圖中，1.油管，2.發射/接收器，3.校正輔助器，4.運動夾具，5.接收/發射器， 6.油管接箍，7.計算機及控制器，8.馬達，9.傳動螺杆，10.主動輪，11.微調螺栓，12.徑向 調節換能器夾，13.四邊形主框架，14.軸向移動換能器夾，15.從動輪，16.輪架，17.彈簧扣箍。
具體實施例方式實施例1 以一個能測量直徑為88. 9mm的油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置 為例，對本發明作進一步詳細說明。參閱圖1和圖2。本發明油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測裝置，主要由聲發射 探頭群、運動夾具4和計算機及控制器7組成。聲發射探頭群由三個換能器組成，三個換能 器分為發射/接收器2、接收/發射器5和校正輔助器3，發射器和接收器放於接頭兩端且 相對應同時做周向運動，校正輔助器置於接頭表面做軸向和周向運動，這三個換能器安裝 在150mm長的運動夾具4上。三個換能器的固定位置是發射/接收器2和接收/發射器 5固定在運動夾具4兩端的徑向調節換能器夾12上。參閱圖3。發射/接收器2和接收/ 發射器5與油管接箍6中心線夾角5°。參閱圖2。校正輔助器3固定在運動夾具4中間的軸向移動換能器夾14上。通過換能器夾上的微調螺栓11上下旋轉運動調節換能器與 被測油管表面的耦合接觸；運動夾具4上的馬達8通過齒輪連杆機構帶動傳動螺杆9的旋 轉運動，從而實現校正輔助器的軸向運動；同時馬達通過曲柄連杆機構控制主動輪10的運 動，帶動從動輪15，實現換能器的周向運動；馬達與計算機及控制器通過數據電纜連接在 一起，實現計算機可控；運動夾具4上配有四個對稱的彈簧扣箍17，彈簧扣箍17 —端固定 在四邊形主框架13上，另一端扣在輪架16上，輪架16支撐主動輪10和從動輪15，彈簧扣 箍17使主動輪和從動輪緊緊抱住被測油管接箍6表面。在發射/接收器2、接收/發射器 5和校正輔助器3的壓電晶片平面下固定有填充物，填充物採用有機玻璃。填充物的下表面 為弧面型，與被測表面的弧度相等。發射/接收器2和接收/發射器5採用的是2. 5P65型 斜探頭，校正輔助器3採用的是2. 5P6型直探頭。油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法參閱圖2。1、針對88. 9mm規格的油管柱螺紋，選擇長150mm的運動夾具；2、在油管接箍6的兩端分別連接油管1，在油管接箍6外表面和兩端面塗刷耦合 劑；靠近油管接箍6的油管1外表面塗刷耦合劑(水)；3、在油管接箍6上裝卡運動夾具4，使運動夾具4的主動輪10和從動輪15依靠彈 簧扣箍17壓緊在油管接箍6外表面；4、把發射/接收器2和接收/發射器5分別安裝在運動夾具4兩端的徑向調節換 能器夾12上，並調節微調螺栓11使發射/接收器2和接收/發射器5與油管1外表面耦 合接觸；5、把校正輔助器3安裝在軸向移動換能器夾14上，調節微調螺栓11，使校正輔助 器3與油管接箍6外表面耦合接觸；6、把發射/接收器2、接收/發射器5和校正輔助器3的數據線與馬達控制線接入 計算機及控制器7系統，啟動檢測裝置馬達8 ；7、計算機及控制器7控制運動夾具4在油管接箍6外表面進行圓周運動，並帶動 發射/接收器2、接收發/射器5和校正輔助器3同時做周向運動，同時校正輔助器3在傳 動螺杆9的帶動下沿油管接箍6外表面進行軸向運動；8、調節信號頻率，對接箍內螺紋密封面損傷情況檢測；9、首先發射/接收器2和接收/發射器5分別進行一次檢測，獲取檢測結果，然後 校正輔助器3做軸向運動，並在發射與接收線路上對前一檢測結果進行校正掃查；完成一 次螺紋密封面縱面檢測；10、運動夾具4帶動發射接收器2、接收發射器5和校正輔助器3在油管接箍6外 表面做周向移動，移動角度和移動時間間隔通過馬達8控制；11、循環9步驟和10步驟；運動夾具4沿油管接箍6表面旋轉一周，完成油管接箍 6與油管1的螺紋密封面檢測；12、依據檢測結果，評判油管柱螺紋密封面的損傷情況。
權利要求
一種油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，其特徵在於A、在油管接箍(6)的兩端分別連接油管(1)，在油管接箍(6)外表面和兩端面塗刷耦合劑；靠近油管接箍(6)的油管(1)外表面塗刷耦合劑；B、在油管接箍(6)上安裝運動夾具(4)，使運動夾具(4)的主動輪(10)和從動輪(15)依靠彈簧扣箍(17)壓緊在油管接箍(6)外表面；C、把發射/接收器(2)和接收/發射器(5)分別安裝在運動夾具(4)兩端的徑向調節換能器夾(12)上，並調節微調螺栓(11)使發射/接收器(2)和接收/發射器(5)與油管(1)外表面耦合接觸；D、把校正輔助器(3)安裝在軸向移動換能器夾(14)上，調節微調螺栓(11)，使校正輔助器(3)與油管接箍(6)外表面耦合接觸；E、把發射/接收器(2)、接收/發射器(5)和校正輔助器(3)的數據線與馬達控制線接入計算機及控制器(7)系統，啟動檢測裝置馬達(8)；F、計算機及控制器(7)控制運動夾具(4)在油管接箍(6)外表面進行圓周運動，並帶動發射/接收器(2)、接收/發射器(5)和校正輔助器(3)同時做周向運動，同時校正輔助器(3)在傳動螺杆(9)的帶動下沿油管接箍(6)外表面進行軸向運動；G、調節信號頻率，對接箍內螺紋密封面損傷情況檢測；H、首先發射/接收器(2)和接收/發射器(5)分別進行一次檢測，獲取檢測結果，然後校正輔助器(3)做軸向運動，並在發射與接收線路上對前一檢測結果進行校正掃查；完成一次螺紋密封面縱面檢測；I、運動夾具(4)帶動發射/接收器(2)、接收/發射器(5)和校正輔助器(3)在油管接箍(6)外表面做周向移動，移動角度和移動時間間隔通過馬達(8)控制；J、循環H步驟和I步驟；運動夾具(4)沿油管接箍(6)表面旋轉一周，完成油管接箍(6)與油管(1)的螺紋密封面檢測；K、依據檢測結果，評判油管柱螺紋密封面的損傷情況。
2.根據權利要求1所述的油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法是其特徵是所使 用的檢測裝置主要由超聲發射探頭群、運動夾具(4)和計算機及控制器(7)組成；計算機及 控制器(7)由導線連接超聲發射探頭群，超聲發射探頭群由三個換能器組成，三個換能器 分為發射/接收器(2)、接收/發射器(5)和校正輔助器(3)，三個換能器分別固定在運動 夾具(4)上，三個換能器的固定位置是發射/接收器(2)和接收/發射器(5)固定在運動 夾具(4)兩端的徑向調節換能器夾(12)上，發射/接收器(2)或接收/發射器(5)與油管 ⑴表面的夾角在2 10°度之間，校正輔助器(3)固定在運動夾具⑷中間的軸向移動 換能器夾(14)上，校正輔助器(3)與油管接箍(6)中心線垂直。
3.根據權利要求2所述的油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，其特徵是所述的 運動夾具⑷主要由四邊形主框架(13)、馬達(8)、主動輪(10)、從動輪(15)、徑向調節換 能器夾(12)、軸向移動換能器夾(14)組成，徑向調節換能器夾(12)和軸向移動換能器夾 (14)上的微調螺栓(11)上下旋轉運動調節換能器與被測油管和接箍表面的耦合接觸；運 動夾具(4)上的馬達(8)通過齒輪連杆機構帶動傳動螺杆(9)的旋轉運動，同時馬達(8) 通過曲柄連杆機構控制主動輪(10)的運動，帶動從動輪(15)；馬達(8)與計算機及控制器(7)通過導線連接在一起；運動夾具(4)上配有四個對稱的彈簧扣箍(17)，彈簧扣箍(17)一端固定在四邊形主框架(13)上，另一端扣在輪架(16)上，輪架(16)支撐主動輪(10)和 從動輪(15)。
4.根據權利要求2所述的油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，其特徵是所述的 發射/接收器(2)或接收/發射器(5)與油管(1)表面的夾角指的是以下描述的夾角一 個剖面通過油管(1)和油管接箍(6)的中心線，並且發射/接收器(2)或接收/發射器(5) 在此剖面內；油管(1)表面和發射/接收器(2)或接收/發射器(5)的壓電晶片平面，與剖 面之間組成一個夾角。
5.根據權利要求2所述的油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，其特徵是在發射/ 接收器(2)接收/發射器(5)和校正輔助器(3)的壓電晶片平面下固定有填充物，填充物 包括有機玻璃或尼龍。
全文摘要
油管柱螺紋及密封面損傷聲學檢測方法，應用於螺紋密封檢測技術領域。安裝運動夾具，使運動夾具的主動輪和從動輪壓緊在油管接箍外表面；安裝發射/接收器和接收/發射器；把校正輔助器安裝在軸向移動換能器夾上；運動夾具在油管接箍外表面進行圓周運動；對接箍內螺紋密封面損傷情況檢測；發射/接收器和接收/發射器分別進行一次檢測後，校正輔助器對前一檢測結果進行校正檢測；依據檢測結果，評判油管柱螺紋密封面的損傷情況。效果是能檢測油管上扣後接頭螺紋密封面是否損傷，避免有損傷的接頭下入井內，保證管柱安全，進一步保障了整口井的生產安全，提高生產效率。
文檔編號G01N29/04GK101886542SQ20101022706
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者劉文紅, 李磊, 林凱, 王建東, 王建軍, 王新虎, 申昭熙 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所